直驅型風力發電機組的特點與優勢

　　為促進我國直驅型風力發電機組的研究和應用，結合雙饋型風力發電機組進行了結構設計、運行控制技術、并網控制技術綜述，通過分析對比，總結出直驅型風力發電機組的特點和優勢。

　　0 引　言
　　隨著風力發電機組單機容量的增大，雙饋型風力發電機組存在的齒輪箱故障率高、油脂污染、噪聲等缺陷日益突出，加之電機滑環和碳刷故障率高等問題，使得雙饋型風電機組系統可靠性差、維護量大。尤其是隨著機組單機容量的增大，更加突顯出在低負荷運行情況下效率較低的缺陷。而因直驅型風力發電機組采用了葉輪對發電機的直接驅動方式，減少了中間齒輪箱增速環節，使得系統運行可靠性提高；發電機設計選擇了永磁勵磁技術，省除了勵磁繞組、碳刷和滑環，使得發電機結構簡單且技術可靠性高，不僅對電網的運行影響小，還能提高發電效率；并且在運行時，不需要從電網吸取無功功率來建立磁場，可以改善電網的功率系數；另外因采用了全功率變頻器（AC-DC-AC）耦合電網，提高了機組的效率和可靠性，降低了設備的維護量和減少了污染，更容易實現低電壓穿越和有功調節功能，更好滿足電網對風力發電機組提出的并網要求。
　　本文對直驅型風力發電機組的結構設計、運行控制技術、并網控制技術等方面與雙饋型風力發電機組進行了分析對比，介紹了直驅型風力發電機組技術特點和優勢，希望為我國的直驅型風力發電機組的理論研究和應用提供參考。

圖2：直驅型風力發電機組結構

　　1. 結構設計
　　風力發電機組的結構設計最主要的部分就是發電機、傳動鏈、控制系統。
　　1.1 雙饋型風力發電機組結構設計
　　雙饋型風力發電機組即風輪通過多級齒輪增速箱驅動雙饋異步發電機，主要結構包括風輪、傳動裝置、發電機、控制系統等組成（結構見圖1）。
　　雙饋型風力發電機組由于發電機轉速比較高，風輪必須通過齒輪箱增速連接發電機，雙饋發電機存在碳刷和滑環，使得系統成本高、可靠性差、維護量大、齒輪箱噪聲和漏油污染。雙饋型風力發電機組機械最大的難點就是5-10 年需要更換齒輪箱，機組的后期維護成本太高，又需要定期維護發電機碳刷，由于定子電流比較大，對滑環的要求也很高。
　　1.2 直驅型風力發電機組的結構設計
　　直驅型風力發電機組即風輪直接驅動發電機，主要結構包括風輪、傳動裝置、發電機、控制系統等組成（結構見圖2）。
　　直驅型風力發電機組葉輪直接驅動永磁同步發電機，通過全功率變頻器（AC-DC-AC）與電網連接，由于發電機轉速低，通常發電機極對數較多，低轉速，大轉矩，徑向尺寸較大，軸向尺寸較小，呈圓環狀；由于省去了齒輪增速箱環節，從而簡化了傳動鏈，提高了系統效率，降低了機械噪聲，減小了維修量，提高了機組的壽命和運行可靠性；發電機通過變頻器（AC-DC-AC）與電網隔離，因此其應對電網故障的能力更強，更容易實現低電壓穿越功能。