3.9萬
最近北京風電展(China WindPower)正在進行中，是既上海光伏展、PCIM 展和工博會之后的又一個比較大的展會，只是地址不再是魔都，而是帝都，大家有機會的可以去逛逛。每個展會都會展現其主題相關行業(yè)的現狀和發(fā)展趨勢，也是相關從業(yè)人員交流的地方；對于不同崗位來說，參展后的收獲不盡相同，感觸也不同。只想說，無論哪個行業(yè)，哪個方向，只要你能夠穩(wěn)穩(wěn)地深入，又能夠吸收新的內容，你方可成“一方霸主“，也就是我們俗稱的大牛，權威 ...... 加油把，工作(or 生活)是一碗湯，我不想做一根叉子，爭做湯匙吧~
我們先來看看北京風電展的 LOGO
是不是凸顯出來了北京和風電兩個關鍵元素，還略帶點中國風的味道。今天我們就來聊聊直驅和雙饋風力發(fā)電。
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風力發(fā)電機組
風力發(fā)電機組是將葉輪吸收的風能轉化為機械能，再經由發(fā)電機將機械能轉化為電能，最終輸出交流電。跟太陽能發(fā)電類似的，其實從廣義上講，風能也是太陽能的一種形式，有種說法是，風力發(fā)電機是一種以太陽為熱源，以大氣為工作介質的發(fā)電機。
風力發(fā)電機組的分類：
①按照槳葉數量分類可分為：單葉片、雙葉片、三葉片和多葉片機型；
②按照風機接受風的方向可分為：上風向型和下風向型；
③根據風機旋轉主軸的方向可分為：水平軸式風機和垂直軸式風機；
④按照功率傳遞的機械連接方式可分為：直驅型和雙饋風機；√
今天，我們來聊聊第四種分類，了解下直驅型和雙饋風力發(fā)電。
02
直驅 VS 雙饋
直驅式風力發(fā)電機，是一種由風力直接驅動的發(fā)電機，也稱為無齒輪風力發(fā)電機。這種發(fā)電機采用多級電機和葉輪直接連接進行驅動，省去了齒輪箱這一傳統(tǒng)部件，主要由風輪、永磁同步電機、AC-DC-AC 變流器、變壓器等部分組成。
雙饋風力發(fā)電機組主要由風輪、增速箱、雙饋異步發(fā)電機、AC-DC-AC 變流器、變壓器等組成。風輪經過增速后帶動發(fā)電機，發(fā)電機定子繞組線端是發(fā)電機電力的輸出端，通過開關箱連接到交流電網。發(fā)電機轉子繞組通過集電環(huán)連接到 AC-DC-AC 變流器，變流器的另一端連接到變壓器，變壓器的副邊側通過開關箱連接到交流電網，這樣的系統(tǒng)可以在發(fā)電機轉速低于同步轉速 40%和高于同步轉速 15%內正常運行。
直驅發(fā)電機和雙饋發(fā)電機的區(qū)別
直驅發(fā)電機：直驅同步發(fā)電機也叫低轉速發(fā)電機，都是多極結構，有多極內轉子結構和多極外轉子結構等，只是在結構的要求上有變化。采用永磁體(略受歡迎的一種)技術的直驅式發(fā)電機結構簡單、效率高。磁直驅式發(fā)電機在結構上有軸式和盤式兩種結構。
雙饋發(fā)電機：雙饋式異步發(fā)電機的定子繞組直接與電網相連，轉子繞組通過變流器與電網連接，轉子繞組電源的頻率、電壓、幅值和相位按照運行要求自動調節(jié)，機組可以在不同的轉速下實現恒頻發(fā)電，滿足用電負載和并網要求。由于采用了交流勵磁，發(fā)電機和電力系統(tǒng)構成了"柔性連接"，即可以根據電網電壓、電流和發(fā)電機的轉速來調節(jié)勵磁電流，精確地調節(jié)發(fā)電機輸出電壓，使其能夠滿足要求。
03
Differences
★傳動結構的區(qū)別
上文說到直驅風機組的風輪是直接連接到發(fā)電機上的，而雙饋發(fā)電系統(tǒng)的傳動一般包括風輪、主承軸、低速軸、高速軸、齒輪箱、聯軸節(jié)和制動器等，不是所有的都包含上述所有的部件。
什么是齒輪箱呢？齒輪箱又叫變速箱，一種傳動機構，通過不同齒數的齒輪嚙合，將馬達的轉速轉換到執(zhí)行設備所需的轉速，同時能改變轉矩的結構。大概可以進行下面的幾種分類：
①按照內部傳動鏈結構可分為：平行軸結構齒輪箱和行星結構齒輪箱以及兩者相互結合的齒輪箱；
②按照變速次數可分為：單級和多級；
③按照轉動的布置形式可分為：展開式、分流式、同軸式以及混合式等一些；
關于具體的齒輪箱的細節(jié)這里就不多說了，風電中的齒輪箱不僅僅指發(fā)電機的增速箱，其中偏航電機、變槳電機的減速器也都是齒輪箱；
★發(fā)電機的區(qū)別，上面已經提到過了，這里就不再贅述了。
這里我們簡單地介紹下三相交流發(fā)電機的發(fā)電原理。我們假設三相交流發(fā)電機，定子鐵芯的內圓均勻分布著 6 個槽，嵌裝著三個相互間隔 120°的同樣線圈，分別成為 A、B、C 相線圈。
當轉子勻速旋轉時三個線圈順序切割磁力線，都會感生出交流電動勢，其幅度和頻率相同，實際上的三相交流發(fā)電機定子鐵芯上有多個槽和多個三相繞組按規(guī)律均勻地分布在槽中。 ?比如說轉子有 3 對磁極，旋轉一周磁場將循環(huán) 3 個周期，每旋轉 120°磁場就變化一個周期。在定子鐵芯內圓周內有 18 個嵌線槽。在 120°機械角度里有 6 個槽，均勻分布 A、B、C 三相線圈；另外兩個 120°里也是一樣地，三個 A 相線圈串聯起來即為整機地 A 相繞組，B 相和 C 相也一樣。三個繞組地引出端為相線當轉子勻速旋轉時 A、B、C 相線圈順序切割磁力線，都會感生出交流電動勢，幅度和頻率相同。
交流電機轉速和頻率地關系是：n=60f/p，這個公式是不是很熟悉。在規(guī)定頻率后，旋轉磁場的轉速大小只和磁極對數有關，磁極對數越多，旋轉磁場的轉速就越低。但是電動機轉子的轉速總是落后于磁場同步轉速的，導致直驅發(fā)電機的極數較高的原因。
★變頻器的區(qū)別
一般使用 AC-DC-AC 這種形式，兩邊各有一個 PWM 變流器。
和電網連接的一般稱為網側變流器；和發(fā)電機連接的成為機側變流器，中間使用直流環(huán)節(jié)將兩邊連接起來。變流器可以實現整流和逆變這兩種基本功能，中間使用電容來建立直流環(huán)節(jié)。
”雙饋“，字面不難看出，指的是雙向反饋，即雙饋式風機發(fā)電的能量流動有兩種形式。一種是電網給變頻器供電，變頻器對轉子繞組進行勵磁，對轉子繞組進行饋電，能量的流向是從電網流向轉子的；另一種是發(fā)電機轉子處于發(fā)電狀態(tài)，輸出能量，此時轉子側變流器處于整流狀態(tài)，中間直流環(huán)節(jié)不變，網側變流器處于逆變狀態(tài)，將中間直流母線電壓逆變?yōu)楹碗娋W電壓幅值頻率一致的交流電，將能量輸送給電網。雙饋的優(yōu)點是變頻器的功率可以只是風機功率的三分之一，降低了成本，但是這也使得風機對電網的波動較為敏感，在電網電壓波動時，容易跳閘脫網。
全功率風力發(fā)電機一般大多采用永磁發(fā)電機，成本會高一點，但是發(fā)電機和電網全隔離，發(fā)電機受到的沖擊小，壽命長，故障率低，特別是對于電網波動的敏感較小，可以在不增加任何設備的情況下實現低電壓穿越功能（這個概念之前我們有聊過，詳情見太陽能發(fā)電 Ⅷ —— 電網電壓跌落 (PS:該話題告一段落)，其中有涉及到，大家可以參考下），在電網故障時，可以發(fā)出無功來維持電網電壓。
大功率交 - 直 - 交變流器的價格非常昂貴，在雙饋風力發(fā)電機組中的交 - 直 - 交變流器僅向轉子繞組提供勵磁電源，功率為發(fā)電機的 25%，已經夠用了，相對于全功率變流器價格便宜多了，這一點也是雙饋發(fā)電機組的主要優(yōu)點之一。
04
現狀
就目前來看，全世界的風電組中，八成以上的仍然是帶齒輪箱的機型。尤其在技術、穩(wěn)定性及可靠性要求更高的海上機組中，全都是采用技術成熟并且可靠性較高的帶齒輪箱的技術方案。包括 2MW、2.3MW、3MW、3.6MW 和 5MW 等功率等級的機型，廠商包括 VESTAS、Siemens、Repower、GE 等，全都是主要的海上風電組的生產廠商。當然，除了以上這些廠商，國內的幾大廠商，如金風電氣、遠景能源、湘電等，都在最近的 CWP 設有展位。
