雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)1

雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)雙饋風(fēng)力發(fā)電技術(shù)基木概念雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一種繞線式感應(yīng)發(fā)電機(jī)是變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心部件，也是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組國產(chǎn)化的關(guān)鍵部件之一。該發(fā)電機(jī)主要由電機(jī)木體和冷卻系統(tǒng)兩大部分組成。電機(jī)木體由定子、轉(zhuǎn)子和軸承系統(tǒng)組成，冷卻系統(tǒng)分為水冷、空空冷和空水冷三種結(jié)構(gòu)。雙饋異步發(fā)電機(jī)的定子繞組直接與電網(wǎng)相連，轉(zhuǎn)子繞組通過變頻器與電網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子繞組電源的頻率、電壓、幅值和相位按運行要求由變頻器自動調(diào)節(jié)，機(jī)組可以在不同的轉(zhuǎn)速下實現(xiàn)恒頻發(fā)電，滿足用電負(fù)載和并網(wǎng)的要求。由于采用了交流勵磁，發(fā)電機(jī)和電力系統(tǒng)構(gòu)成了"柔性連接〃，即可以根據(jù)電網(wǎng)電壓、電流和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)勵磁電流，精確的調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出電壓，使其能滿足要求。雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有以下特點：技術(shù)成熟、質(zhì)量可靠。自工業(yè)化革命以來，齒輪傳動已經(jīng)成為技術(shù)最成熟、最主流的傳動方式，廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶、汽車、鐘表等工業(yè)和生活領(lǐng)域。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作環(huán)境惡劣，對機(jī)組可靠性要求很高。雙饋機(jī)組采用的大功率大速比齒輪箱技術(shù)從20世紀(jì)90年代起己經(jīng)開始應(yīng)用其在風(fēng)電中的故障率已低于電氣系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。葉輪+齒輪箱+發(fā)電機(jī)的傳動鏈結(jié)構(gòu)簡單，各類載荷分配合理，整體質(zhì)量可靠性高。效率高、性價比優(yōu)。該技術(shù)有效分配了機(jī)械傳動系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)的參數(shù)配置，通過高速比齒輪箱提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，大幅提高發(fā)電機(jī)效率。同時該機(jī)型僅有占額定功率1/5?1/3的轉(zhuǎn)差功率通過變流器，變流器的能星損失小。整機(jī)效率高、性價比優(yōu)?？删S護(hù)性好。雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般采用葉片+輪轂+齒輪箱+聯(lián)軸器+發(fā)電機(jī)的傳動結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)各主要部件相對獨立，可以分別進(jìn)行維護(hù)和維修?，F(xiàn)場維修容易，時間響應(yīng)及時。電能質(zhì)量好，低電壓穿越能力強(qiáng)。雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用雙饋式感應(yīng)電機(jī)和部分功率變流技術(shù)，發(fā)出的70%以上的電能通過定子輸送到電網(wǎng)，產(chǎn)生的諧波小、電能質(zhì)量好。同時，該技術(shù)具有功率因數(shù)可調(diào)、有功功率和無功功率控制方便，低電壓穿越性能好等特點，可實現(xiàn)電網(wǎng)友好型接入。但在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實際運行中，齒輪箱是故障率較高的部件。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般安裝在高山、荒野、海灘、海島等風(fēng)口處，受無規(guī)律的變向變負(fù)荷的風(fēng)力作用以及強(qiáng)陣風(fēng)的沖擊，常年經(jīng)受酷暑嚴(yán)寒和極端溫差的影響，加Z所處自然環(huán)境交通不便，齒輪箱安裝在塔頂?shù)莫M小空間內(nèi)，一旦出現(xiàn)故障，修復(fù)非常困難，故對其可靠性和使用壽命都提出了比一般機(jī)械高得多的要求。例如對構(gòu)件材料的要求，除了常規(guī)狀態(tài)下機(jī)械性能外，還應(yīng)該具有低溫狀態(tài)下抗冷脆性等特性；應(yīng)保證齒輪箱平穩(wěn)工作，防止振動和沖擊；保證充分的潤滑條件等。對冬夏溫差巨大的地區(qū)，要配置合適的加熱和冷卻裝置。還要設(shè)置監(jiān)控點，對運轉(zhuǎn)和潤滑狀態(tài)進(jìn)行遙控。與直驅(qū)式發(fā)電機(jī)對比直驅(qū)：多極永磁同步電機(jī)無齒輪箱，潤滑油泄漏、噪音、齒輪箱過載和損壞的問題因而消失了，同時也會降低用戶的運行和維護(hù)成木。技術(shù)不成熟，主要問題集屮在變槳和變流上，機(jī)械問題主要在發(fā)電機(jī)軸承。直驅(qū)坐的越大發(fā)電機(jī)也越大不方便運輸和吊裝。雙饋：技術(shù)相對成熟，異步發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)相對較小，有齒輪箱，漏油，隨著時間的增加機(jī)械問題會越來越嚴(yán)重，更換齒輪箱加大了運行和維護(hù)的成木。發(fā)展歷程古代風(fēng)力機(jī)風(fēng)能，是人類最早使用的能源z—。最初的古代風(fēng)機(jī)是一種簡單的垂直軸風(fēng)力機(jī)，公元644年波斯人制造了立軸式磨面用風(fēng)力機(jī)，如圖1.8——古代風(fēng)力機(jī)。以后又發(fā)展了一種水平軸風(fēng)力機(jī)它的風(fēng)輪具有十根梁，其間用張線固定每根梁上有一塊小帆布。至今在江蘇一帶還可見到竹木帆布結(jié)構(gòu)的風(fēng)力機(jī)這種風(fēng)力機(jī)在農(nóng)田灌溉和鹽池提水方面仍起重要作用。屮世紀(jì)風(fēng)力機(jī)到公元11世紀(jì)，在中東，古代風(fēng)力機(jī)應(yīng)用很廣泛，到13世紀(jì)，這種風(fēng)力機(jī)傳到了歐洲。到14世紀(jì)，荷蘭率先改進(jìn)了古代風(fēng)力機(jī)，并廣泛利用這種改進(jìn)后的風(fēng)力機(jī)為萊茵河三角洲的沼澤地和湖泊抽水。在16世紀(jì)，荷蘭先后建造了當(dāng)時的第一個制油廠、第一個造紙廠以及鋸木廠，這些都是利用風(fēng)力機(jī)作動力的。到19世紀(jì)中葉，在荷蘭有9000臺傳統(tǒng)風(fēng)力機(jī)在運行，如圖1.9中世紀(jì)傳統(tǒng)風(fēng)力機(jī)。中國宋朝是風(fēng)力機(jī)的全盛時期，當(dāng)時流行著垂直軸天津風(fēng)車。在產(chǎn)業(yè)革命期間，由于蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，荷蘭的風(fēng)力機(jī)利用開始走下坡路。到20世紀(jì)，荷蘭只有2500臺風(fēng)力機(jī)在運行。到1960年，仍在運行的風(fēng)力機(jī)不到1000臺。美國屮西部的多葉式風(fēng)力提水機(jī)，在十八世紀(jì)末曾多達(dá)數(shù)百萬臺。近現(xiàn)代風(fēng)力機(jī)在十九世紀(jì)末，丹麥擁有3千臺工業(yè)用的風(fēng)力機(jī)和3萬臺用于家庭和農(nóng)場的風(fēng)力機(jī)。從50年代到60年代，中國研制了十兒種風(fēng)力機(jī)，最大的已超過30千瓦。從60年代開始研制的小型風(fēng)力提水機(jī)，有30種不同型號，對我國開發(fā)利用風(fēng)能起了積極作用。國際上也開發(fā)研制了多種風(fēng)力機(jī)。1890年丹麥的P?拉庫爾研制成功了風(fēng)力發(fā)電機(jī)，1908年丹麥已建成兒百個小型風(fēng)力發(fā)電站。自二十世紀(jì)初至二十世紀(jì)六十年代末，一些國家對風(fēng)能資源的開發(fā)，尚處于小規(guī)模的利用階段。隨著大型水電、火電機(jī)組的采用和電力系統(tǒng)的發(fā)展，1970年以前研制的中、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組因造價高和可靠性差而逐漸被淘汰>到二十世紀(jì)六十年代末相繼都停止了運轉(zhuǎn)。這一階段的試驗研究表明，這些屮、大型機(jī)組一般在技術(shù)上還是可行的，它為二十世紀(jì)七十年代后期的大發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1973年，國際上出現(xiàn)了石油危機(jī)，不少國家面臨能源短缺的困境，為此提出了能源多樣化發(fā)展戰(zhàn)略，因而風(fēng)能的研究和開發(fā)工作又重新得到了重視。美國、荷蘭、丹麥、英國、德國、日木、蘇聯(lián)、加拿大等國都對大力開發(fā)風(fēng)能制定了規(guī)劃，制定了采取扶持資助的鼓勵性政策和法規(guī)。屮國也開始重視風(fēng)能的研究和開炭表1.3列舉了國際上1970年至1980年初投入運行的100kW以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。1980年以來，國際上風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)日益走向商業(yè)化。主要機(jī)組容量有300kW>600kW.750kW、850kW、1MW、2MW。1991年丹麥在Vindeby建成了世界上第一個海上風(fēng)電場，由11臺丹麥Bonus450kW單機(jī)組成，總裝機(jī)4.95MW。隨后荷蘭、瑞典、英國相繼建成了自己的海上風(fēng)電場。發(fā)展現(xiàn)狀2009年以來，亞洲風(fēng)電迅速崛起.規(guī)模增長穩(wěn)居世界首位，2014年新增裝機(jī)容量24.16GW,占全球新增總量的50.7%。中國是亞洲風(fēng)電市場的絕對主力，總占比超過80%,2014年屮國風(fēng)電新增裝機(jī)容量達(dá)23.2GW。占全球新增裝機(jī)量的45%。累計裝機(jī)容量己超過114.6GW,占全球總裝機(jī)量的31%o以英國為代表的歐洲國家在海上風(fēng)電開發(fā)方面引領(lǐng)世界潮流＞在大型風(fēng)機(jī)技術(shù)和海上施工能力方而不斷取得突破，開發(fā)范目達(dá)到水深40米，離岸距離100公里。彭博新聞報道截至2015年6月30日，歐共有3072座海上風(fēng)機(jī)并網(wǎng)發(fā)電，總裝機(jī)容量達(dá)10.4GW,占全球裝機(jī)容量的91%0目前我國海上風(fēng)電處于起步發(fā)展階段還存在諸多技術(shù)難題海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)體系有待進(jìn)一步健全。2014年屮國海上風(fēng)機(jī)新增裝機(jī)容量229.3MW，海上風(fēng)機(jī)累計裝機(jī)容量657.88MW,占全球總裝機(jī)量的7.5%。目前1.5'3MW風(fēng)機(jī)已經(jīng)成為陸上風(fēng)電主力機(jī)型，2014年全球新增機(jī)組平均單機(jī)容量超過2MWO海上風(fēng)電方而，單機(jī)容量3飛MW的風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)開始商業(yè)化運營。風(fēng)電成木主要包括風(fēng)電項目投資成木和運行維護(hù)成木，投資成木約占70%運行維護(hù)成木約占20%,其余占10%。自2009年開始。全球風(fēng)機(jī)制造商之間出現(xiàn)激烈竟?fàn)?，投資成木開始顯著下降2008^2014年。全球風(fēng)電投資成木至少下降了35%,運維成本下降了約47%o至于雙饋技術(shù)的諸多優(yōu)點由雙饋風(fēng)機(jī)組成的發(fā)電機(jī)組成為目前國際上發(fā)展最成熟，應(yīng)用最廣發(fā)的機(jī)型。尤其在技術(shù)、穩(wěn)定性及可靠性要求更高的海上機(jī)組中基木采用了技術(shù)成熟且可靠性好的傳統(tǒng)技術(shù)方案-一高速齒輪箱+雙饋/異步發(fā)電機(jī)組合。國外6.OMW以下雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計和制造技術(shù)已經(jīng)十分成熟。與直驅(qū)式發(fā)電機(jī)對比直驅(qū)：多極永磁同步電機(jī)無齒輪箱，潤滑油泄漏、噪音、齒輪箱過載和損壞的問題因而消失了，同時也會降低用戶的運行和維護(hù)成木。技術(shù)不成熟，主要問題集屮在變槳和變流上，機(jī)械問題主要在發(fā)電機(jī)軸承。直驅(qū)坐的越大發(fā)電機(jī)也越大不方便運輸和吊裝。雙饋：技術(shù)相對成熟，異步發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)相對較小，有齒輪箱，漏油，隨著時間的增加機(jī)械問題會越來越嚴(yán)重，更換齒輪箱加大了運行和維護(hù)的成木。發(fā)展前景政策方而風(fēng)能是目前最有發(fā)展前景的可再生能源，它還是一種潔凈、無污染的綠色能源，在各種可替代能源屮，風(fēng)能的利用前景最為成熟。這也在去年風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展路徑中得到了更清晰的體現(xiàn)，在行業(yè)回暖的大趨勢下，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)有望加速發(fā)展。風(fēng)電在局部地區(qū)已經(jīng)成為電力供應(yīng)的重要組成部分。但風(fēng)電仍面臨棄風(fēng)限電、補(bǔ)貼資金缺口、風(fēng)電利用技術(shù)、管理體系有待進(jìn)一步完善等問題。日前，國家能源局新能源司副處長李鵬在2015北京國際風(fēng)能大會上表示風(fēng)電十三五規(guī)劃工作重點不是裝機(jī)和并網(wǎng)目標(biāo)，而是在政策調(diào)整上，即保持政策穩(wěn)定性，重點解決棄風(fēng)限電問題，規(guī)劃目標(biāo)下限是不低于十二五時期年度市場增量，年度建設(shè)規(guī)模上不封頂，尤其是不限電地區(qū)，將充分考慮地方發(fā)展需求。同時給予資金支持，確保風(fēng)電開發(fā)企業(yè)有合理的利潤，協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)調(diào)度運行和相關(guān)電改政策落地。技術(shù)方而運行方式由恒速向變速轉(zhuǎn)變：由于電網(wǎng)頻率恒定，故要求發(fā)電機(jī)輸出頻率與電網(wǎng)保持恒定。在早期的恒速恒頻情況下，采用失速調(diào)節(jié)或主動失速調(diào)節(jié)的風(fēng)力機(jī)與異步感應(yīng)發(fā)電機(jī)相結(jié)合，保持頻率恒定;現(xiàn)在多采用雙饋電機(jī)，通過風(fēng)速反饋信號控制變頻器導(dǎo)通角，調(diào)節(jié)控制繞組電流頻率,使系統(tǒng)實現(xiàn)變速恒頻運行。單機(jī)機(jī)組容量不斷增大：隨著制造工藝、復(fù)合材料的發(fā)展，商品化的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量越來越大。機(jī)組容量的增大，使得風(fēng)力發(fā)電的成木不斷降低。20世紀(jì)80年代，商品化的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量為55kWc如今，德國Repower公司的產(chǎn)品最大可到5MW,且10MW機(jī)組也已經(jīng)在規(guī)劃屮。我國哈爾濱電站設(shè)備集團(tuán)已研制生產(chǎn)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的1.2MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)。大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)發(fā)電，已成為今后風(fēng)能發(fā)電的主要形式。風(fēng)