引言 能源、环境问题是当今人类生存和发展所面(3)
2013-05-15 20:29
导读：（2）复合励磁永磁同步发电机 复合励磁永磁同步发电机采用稀土永磁和辅助电励磁相结合励磁结构，同时具有稀土永磁发电机和电励磁发电机的优点，解
（2）复合励磁永磁同步发电机
复合励磁永磁同步发电机采用稀土永磁和辅助电励磁相结合励磁结构，同时具有稀土永磁发电机和电励磁发电机的优点，解决了稀土永磁发电机的调压难题。
湖南大学研究的具有高效率的兆瓦级自调压永磁风力发电装置中采用了复合励磁稀土永磁同步发电机，简化了发电系统结构，提高了系统的可靠性[8]。
（3）高压发电机
高压发电机是在发电机定子线圈的上采用一整条高压电缆，其余的结构与常规电机基本相同。高压发电机的使用可以降低发电机的铜耗，并使功率变换器的输出电压足够高，不需要变压器就可以与当地电网相连。目前，只有少数的风力发电机组采用了高压发电机，如ABB 公司研制的Windformer 型风力发电机。高压发电机对风电场的其他方面也有较高的要求。
3 风力发电机的发展趋势
随着风电技术的发展，适用于变速恒频和直驱系统的发电机将成为发展主流。为提高风电系统的效率、实现稳定可靠运行、降低成本、改善电能质量、减少噪声，风力发电机将向着以下几个方向发展[13]：
（1）风力发电机单机容量大型化。大型风力发电机可以减少占地量，降低成本和单位功率造价，有利于提高风能利用效率。1997 年之前，全球MW 级机组的市场份额还不到10％，2001 年超过50%，2002 年达到62.1％，2003 年全球安装的风电机组平均单机容量达1.2MW；我国风电机组单机容量也从600kW 逐步走向MW 级。此外，海上风电场的建设也需要单机容量更大的机组。可以预见，兆瓦级风力发电机组将在风电市场特别是海上风电场中占主导地位。
（2）风力发电机直驱式。目前绝大多风电系统中的发电机与风轮是通过变速齿轮相连而不是直接相连。这种机械结构不仅降低了系统的效率，增加了系统的成本，而且很容易出现故障。直驱式风力发电机的出现，省去变速齿轮箱，减少了能量损失、降低了发电成本和噪声。它不仅增加了系统的稳定性，提高了系统的效率和可靠性，而且特别适合于变速恒频的风电控制系统，因此直驱式也成为风力发电系统中发电机的主流发展方向。
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（3）风力发电机无刷化。无刷化可提高系统的可靠性，实现免维护，从而提高发电效率。
（4）风力发电机永磁化。采用永磁风力发电机，不仅可以提高发电机的效率，而且能在增大电机容量的同时，减少体积，也是风力发电机的发展趋势之一。
为了评估风力发电机的发展趋势，对不同类型风力发电机市场应用情况及商业市场上不同风力发电机制造商进行了相关考察[14-15]。给出了来自多个国家和地区的公司生产的2MW 以上功率等级的风力发电机，包括Vestas，Gamesa，GE wind，Repower，Nordex 等公司。风力机类型、发电机型式、额定功率和风轮转速等数据都是由相关公司的网站获得。
由可见，大部分制造商采用了齿轮箱增速的风力机类型。Vestas，Gamesa，GE wind，Repower，Nordex，Ecotecnia 等公司制造的风力机采用了双馈感应发电机和多级增速齿轮箱的配合。故在当前的风力发电的商业市场上占统治地位的是双馈感应发电机和多级增速齿轮，而最常用的发电机为感应电机，包括双馈感应电机和鼠笼感应电机两种。Multibrid 和Win Wind 公司采用的是单级齿轮增速的永磁同步发电机，而Enercon 和Zephyros 公司生产的直接驱动风力机则分别采用了电励磁同步发电机和永磁同步发电机[16]。
风电系统中的机电能量转换正由恒速恒频向变速恒频系统过渡，变速恒频系统优点是在不同风速下都可获得最大得能量转换，延长风力发电机组的寿命[17]。
常见的变速恒频风力发电系统有：鼠笼式异步发电机变速恒频风力发电系统[18]、绕线式异步发电机变速恒频风力发电系统[19-20]、无刷双馈异步发电机变速恒频风力发电系统[21-22]。
目前，变速恒频控制技术是一种较为先进、理想的发电技术。交流励磁双馈发电机变速恒频风力发电方案是通过在双馈电机的转子侧施加三相交流电进行励磁，调节励磁电流的幅值、频率和相位，实现定子侧输出恒频电压；由于采用了矢量控制技术，实现了有功、无功功率的独立调节，从而改善风力发电机组和电网的动态和静态特性[23-27]。
