永磁同步風力發電機的原理是什麼?有什麼特點和應用?

2020-11-26 電子發燒友

永磁同步風力發電機的原理是什麼？有什麼特點和應用？

工程師黃明星 發表於 2018-07-21 06:28:00

我國風能資源豐富，可開發的風能潛力巨大。根據有關資料，我國陸地風能資源可開發量23.8億千瓦，海上風能資源可開發量約2億千瓦。我國風能資源比較集中，「三北」地區（華北、東北和西北）以及東南沿海地區、沿海島嶼潛在風能資源開發量約佔全國的80%。風能資源與煤炭資源的地理分布具有較高的重合度，與電力負荷則呈逆向分布。

近日，一款擁有自主智慧財產權，最大功率為2.5MW的高速永磁同步風力發電機在南車株洲電機有限公司成功下線。該發電機具有效率高、體積小、結構緊湊、成本低、可靠性高、維護量小等諸多優點，採用全功率變流控制，使機組具有良好的低電壓穿越性能；該發電機與直驅型永磁同步風力發電機相比，體積大大減小、重量大大減輕，特別是磁鋼用量大大減少，在稀土價格居高不下的今天，該產品的高性價比優勢更加突出，具有很好的市場前景。該發電機的成功研製標誌著我國企業已具備自主研發具有國際先進水平高速永磁同步風力發電機的能力。

「十二五」時期，我國風電裝機容量佔發電總容量比例將進一步加大，出於電網安全考慮，風電機組必須在「低電壓穿越」保障下「御風而行」。據中國國家發改委能源研究所有關人士透露，2020年陸地風電的成本將與煤電持平，之後風電將逐步脫離國家補貼，「降低成本」也成為風電行業未來發展面臨的新的「瓶頸」。南車株洲電機有限公司成功推出2.5MW高速永磁同步風力發電機，實現了發電機低成本製造，使機組極易實現低電壓穿越，在國內處於技術領先水平。

永磁同步風力發電機由於機械損耗小、運行效率高、維護成本低等優點成為繼雙饋感應風電機組之後的又一重要風力發電機型受到廣泛關注，並逐漸開始投入使用。永磁同步風力發電系統基本結構如圖1所示，它主要由風力機、永磁同步發動機、變頻器和變壓器組成。

圖1 永磁同步風力發電原理圖

（1）基本原理

永磁同步風力發電的基本原理，就是利用風力帶動風力機葉片旋轉，拖動永磁同步發電機的轉子旋轉，實現發電。永磁同步風力發電系統和籠型變速恆頻風力發電系統類似，只是所採用的發電機為永磁式發電機，轉子為永磁式結構，不需外部提供勵磁電源，提高了效率。它的變頻恆速控制是在定子迴路中實現的，把永磁同步發電機的變頻的交流電通過變頻器轉變為電網同頻的交流電，實現風力發電的併網，因此變頻器的容量與系統的額定容量相同。

（2）技術特點

在過去的幾十年裡，由於永磁材料性能和電力電子裝置的改善，永磁同步發電機已變得越來越具吸引力了。採用永磁同步發電機的風力發電系統具有以下特點：

1）永磁同步發電機系統不需要勵磁裝置，具有重量輕、效率高、功率因數高、可靠性好等優點；

2）變速運行範圍寬，即可超同步運行也可以亞同步運行；

3）轉子無勵磁繞組，磁極結構簡單、變頻器容量小，可以做成多極電機；

4）同步轉速降低，使風輪機和永磁發電機可直接耦合，省去了風力發電系統中的齒輪增速箱，減小了發電機的維護工作並降低噪聲，使直驅永磁風力發電機系統。

（3）適用場合

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

2）在單機容量比較小的風場，永磁同步發電系統能夠高效併網發電；

3）為農村、牧區、邊防哨所、氣象臺站等偏遠、負載較輕的用戶，提供交流或直流電源。

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