永磁直驅式風機

永磁直驅式風機，是一種風機設備，國內風力發電機主要包括永磁直驅風機和雙饋風機兩種。

直驅型永磁風力發電機組是近幾年推出的最新技術產品，主要針對傳統型風機的弱點，全面進行了技術升級和改進，具有十分顯著的技術優勢，其最大的特點是風輪與發電機轉子直聯。

基本介紹

• 中文名：永磁直驅式風機
• 外文名：Direct-drive WindTurbine Generator
• 類別：風機設備
• 特點：風輪直連轉子
• 優點：能耗低、套用範圍廣
• 結構：機械傳動、制動系統；發電機

介紹

直驅型永磁風力發電機組主要針對傳統型風機的弱點，全面進行了技術升級和改進，具有十分顯著的技術優勢，其最大的特點是風輪與發電機轉子直聯。

以某新一代2. 5 MW直驅式風力發電機組為例展示永磁直驅式風機的結構、原理。2. 5 MW直驅型永磁風力發電機組主要由風輪、永磁同步發電機、機架及偏航系統、主控系統、變流器、空－空循環冷卻系統、液壓系統、潤滑系統、變壓器、中央監控系統、塔架、機艙等組成。

機械傳動系統

發電機通過法蘭與風輪直接相連，省去了影響風機可靠性的最薄弱環節———齒輪箱，以及主軸系統、聯軸器等傳動部件。風輪與發電機轉子直聯，簡化了結構，縮短了傳動鏈，最大限度地提高了機組的可靠性和傳動效率，相比常規風力發電機組提高發電量5% ～ 15% 。同時也減少了日常的維護，降低了後續的運行成本。機組採用低轉速運行，沒有高速轉動部件，從而最佳化了機組的運行工況，提高了機組運行壽命，降低了噪音，進一步提高整機可靠性。

風輪

風輪在7 ～ 14. 5 r/min的轉速範圍內進行變速運動，葉片採用獨立變槳技術，由直流或交流電機驅動，確保系統穩定可靠，提供最佳能量產出。其主要包括葉片、輪轂、變槳系統、導流罩等，如圖2所示。

系統及機架

2. 5 MW直驅型永磁風力發電機組採用主動偏航對風，機艙後部配有一套感測器———風速計和風向標。控制器根據其傳遞的信號，控制6個偏航驅動裝置轉動機艙自動反饋對準主風向，偏離角度小於5°，以保證最大的能量產出，並同時避免由於傾斜入流引起的附加負載。

發電機

發電機採用永磁電機，無需電勵磁系統，減少了勵磁損耗，並且減少了碳刷等易損部件，減少了檢修維護工作量、發電機採用外轉子結構，結構更緊湊，重量減輕。採用密閉空冷系統，冷卻可靠，不受外部環境影響，有效防止沙塵、鹽霧和水汽對發電機的侵蝕，確保機組運行可靠。發電機防護等級為IP54，可以防止沙塵、雨水等進入電機，有效保護電機繞組和磁鋼，保證電機長期安全運行。

制動系統

風輪制動系統由空氣制動系統和機械剎車系統組成，具有三重冗餘保護概念。

(1) 主制動系統為空氣制動系統，即通過葉片順槳剎車。

(2) 在正常制動工況下，機械剎車不投入使用，僅靠葉片順槳進行制動，有效減小制動對傳動系統的衝擊，並提高機械剎車的使用壽命。

(3) 在1隻葉片的變槳裝置均失效的情況下，其餘2隻葉片順槳仍然能使機組減速，確保機組安全。

(4) 在發電機定軸上安裝了2個盤式制動器( 常開式) ，構成機械剎車系統，剎車片具有磨損自檢測及報警功能。機組進入緊急剎車程式時，首先葉片以8° /s的速率快速順槳至90°，使風輪轉速迅速降低，當轉速降至1r/min時再投入機械剎車聯合作用將轉速降至零。

(5) 在電機內部安裝了1個液壓轉子鎖定裝置，用於風機運行條件限制和維護時使用。

優點

直驅式風力發電機組具有以下幾個顯著的特點：

(1) 結構簡單緊湊，大幅提高了整機的可靠性，機組的可利用率高，因而機組發電量提高。

(2) 傳動效率高，傳動鏈短，永磁發電機無勵磁損耗，機組運行效 率 提 高，再次提 高了發電量。

(3) 運行成本低，傳動鏈短，無薄弱環節，大幅降低了機組的故障率，發電機無碳刷滑環，免維護，大幅減少了維修維護費用。

(4) 低轉速，機組在低轉速下運行，沒有高速轉動部件，從而最佳化了機組的運行工況，提高了機組運行壽命，降低了噪音，進一步提高整機可靠性。

(5) 控制技術先進，變速變槳距恆頻控制，最大限度地捕獲風能，尤其在低風速時性能更優越，機組具有更為最佳化的功率曲線。並實現與電網的柔性連線，有效降低機組的載荷，改善風機運行工況，減少對機組和電網的衝擊。

(6) 全功率變頻，電能品質高。

(7) 具有低電壓穿越功能。直驅式風機的技術出現較晚，但隨著風機技術的不斷完善與發展，隨著單機容量的提升，直驅式機組的裝機規模不斷擴大，在去年已達新裝機總量的25%以上。由此可見，直驅式風機已受到電力運營商們越來越多的肯定與重視，可以預見，在風電行業以後的發展中，直驅式技術必將取得更大的輝煌。

風機分類比較

國內風力發電機主要包括永磁直驅風機和雙饋風機兩種。兩者的最大區別在於不同的傳動、發電結構。以下通過分析風機的主要結構特性來比較兩者的優劣勢：

特性	永磁直驅式和; 雙饋式風機比較	分析
電網兼容性	永磁直驅風機更強，	永磁直驅風機具備較強電容補償、低電壓穿越能力，對電網衝擊小
維護成本	永磁直驅風機更低	永磁直驅風機省去齒輪箱維修費用
空氣動力學性能	永磁直驅式受風速限制較小	永磁直驅風機通過電磁感應原理髮電，在額定的低轉速下輸出功率較大、效率較高
噪音	永磁直驅風機噪音更低	永磁直驅風機省去了齒輪箱，噪音低
效率	永磁直驅風機效率更高，發電效率平均提高5-10%	雙饋式風機支持齒輪箱工作，本身也耗電
運輸難度	永磁直驅風機運輸難度更大	永磁直驅風機體積較大，運輸難度更大
電控要求	永磁直驅風機要求更高	永磁直驅風機省去齒輪箱，全功率逆變
改進空間	永磁直驅風機改進空間更大	永磁直驅風機技術較新，電子化程度高

相較於雙饋式電機，永磁直驅風機更能適應低風速，且能耗較少、後續維護成本低。此外，永磁直驅風機的套用對於我國具有更加重要的意義，我國低風速的三類風區占到全部風能資源的50%左右，更適合使用永磁直驅式風電機組。 　綜合來看，永磁直驅風機將是我國風力發電機未來發展趨勢。 　我國企業擁有直驅風機的自主智慧財產權，結合《關於風電建設管理有關要求的通知》中風機國產化率要求及我國風機套用領域逐步擴展至低風速區域的要求，我們預計，我國永磁直驅風機占全國新增風機的比例不斷提高。預計至2014年，我國永磁直驅風機產量將達到4000台，占2014年新增風機總量53%，其中1.5兆瓦永磁直驅風機和2.5兆瓦永磁直驅風機各占50%。