永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理和應(yīng)用

　　我國風(fēng)能資源豐富，可開發(fā)的風(fēng)能潛力巨大。根據(jù)有關(guān)資料，我國陸地風(fēng)能資源可開發(fā)量23.8億千瓦，海上風(fēng)能資源可開發(fā)量約2億千瓦。我國風(fēng)能資源比較集中，“三北”地區(qū)（華北、東北和西北）以及東南沿海地區(qū)、沿海島嶼潛在風(fēng)能資源開發(fā)量約占全國的80%。風(fēng)能資源與煤炭資源的地理分布具有較高的重合度，與電力負(fù)荷則呈逆向分布。

　　近日，一款擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，最大功率為2.5MW的高速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)在南車株洲電機(jī)有限公司成功下線。該發(fā)電機(jī)具有效率高、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、可靠性高、維護(hù)量小等諸多優(yōu)點(diǎn)，采用全功率變流控制，使機(jī)組具有良好的低電壓穿越性能；該發(fā)電機(jī)與直驅(qū)型永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，體積大大減小、重量大大減輕，特別是磁鋼用量大大減少，在稀土價(jià)格居高不下的今天，該產(chǎn)品的高性價(jià)比優(yōu)勢更加突出，具有很好的市場前景。該發(fā)電機(jī)的成功研制標(biāo)志著我國企業(yè)已具備自主研發(fā)具有國際先進(jìn)水平高速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的能力。

　　“十二五”時(shí)期，我國風(fēng)電裝機(jī)容量占發(fā)電總?cè)萘勘壤龑⑦M(jìn)一步加大，出于電網(wǎng)安全考慮，風(fēng)電機(jī)組必須在“低電壓穿越”保障下“御風(fēng)而行”。據(jù)中國國家發(fā)改委能源研究所有關(guān)人士透露，2020年陸地風(fēng)電的成本將與煤電持平，之后風(fēng)電將逐步脫離國家補(bǔ)貼，“降低成本”也成為風(fēng)電行業(yè)未來發(fā)展面臨的新的“瓶頸”。南車株洲電機(jī)有限公司成功推出2.5MW高速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)低成本制造，使機(jī)組極易實(shí)現(xiàn)低電壓穿越，在國內(nèi)處于技術(shù)領(lǐng)先水平。

　　永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于機(jī)械損耗小、運(yùn)行效率高、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)成為繼雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組之后的又一重要風(fēng)力發(fā)電機(jī)型受到廣泛關(guān)注，并逐漸開始投入使用。永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，它主要由風(fēng)力機(jī)、永磁同步發(fā)動(dòng)機(jī)、變頻器和變壓器組成。

　　圖1 永磁同步風(fēng)力發(fā)電原理圖

　?。?）基本原理

　　永磁同步風(fēng)力發(fā)電的基本原理，就是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)力機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)，拖動(dòng)永磁同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電。永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和籠型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)類似，只是所采用的發(fā)電機(jī)為永磁式發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子為永磁式結(jié)構(gòu)，不需外部提供勵(lì)磁電源，提高了效率。它的變頻恒速控制是在定子回路中實(shí)現(xiàn)的，把永磁同步發(fā)電機(jī)的變頻的交流電通過變頻器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娋W(wǎng)同頻的交流電，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電的并網(wǎng)，因此變頻器的容量與系統(tǒng)的額定容量相同。

　?。?）技術(shù)特點(diǎn)

　　在過去的幾十年里，由于永磁材料性能和電力電子裝置的改善，永磁同步發(fā)電機(jī)已變得越來越具吸引力了。采用永磁同步發(fā)電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

　　1）永磁同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)不需要?jiǎng)?lì)磁裝置，具有重量輕、效率高、功率因數(shù)高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)；

　　2）變速運(yùn)行范圍寬，即可超同步運(yùn)行也可以亞同步運(yùn)行；

　　3）轉(zhuǎn)子無勵(lì)磁繞組，磁極結(jié)構(gòu)簡單、變頻器容量小，可以做成多極電機(jī)；

　　4）同步轉(zhuǎn)速降低，使風(fēng)輪機(jī)和永磁發(fā)電機(jī)可直接耦合，省去了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的齒輪增速箱，減小了發(fā)電機(jī)的維護(hù)工作并降低噪聲，使直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。

　?。?）適用場合

　　1）在電力設(shè)施匱乏、交通不便、缺乏常規(guī)燃料，但風(fēng)力資源豐富的地區(qū)，可以解決部分用電問題，如為高速公路照明設(shè)備提供電源等；

　　2）在單機(jī)容量比較小的風(fēng)場，永磁同步發(fā)電系統(tǒng)能夠高效并網(wǎng)發(fā)電；

　　3）為農(nóng)村、牧區(qū)、邊防哨所、氣象臺(tái)站等偏遠(yuǎn)、負(fù)載較輕的用戶，提供交流或直流電源。