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一、風力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀
1.世界風力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀
根據(jù)全球風能理事會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2008年底，世界風電總裝機容量達到12079萬千瓦，這意味著每年發(fā)電2600億千瓦時，減少二氧化碳排放1.58億噸?？傃b機容量排在前五位的國家依次是美國、德國、西班牙、中國和印度，他們的裝機容量總和占世界裝機容量的72.6%，即8768萬千瓦。美國的累計裝機容量達到2517萬千瓦，占世界裝機總量的20.8％，超過德國，成為世界第一。
2008年，全球新增裝機容量2706萬千瓦，新增裝機容量排在前五位的國家是美國、中國、印度、德國和西班牙。中國在2008年世界新增裝機容量中所占比例為23%。
2.中國風力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀
自1986年建設(shè)山東榮成第一個示范風電場至今，經(jīng)過近23年的努力，風電場裝機規(guī)模不斷擴大。根據(jù)中國風能協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截止2008年底，全國累計安裝風電機組11600多臺，裝機規(guī)模約1215.3萬千瓦，裝機增長率為106%。裝機分布在24個?。ㄊ小⒆灾螀^(qū)），比2008年增加了重慶、江西和云南三個省市。累計裝機容量排名前五位的省依次是內(nèi)蒙古、遼寧、河北、吉林和黑龍江。
在累計裝機中，中國內(nèi)資與合資企業(yè)產(chǎn)品占61.8%，金風科技的份額最大，占累計總裝機的21.6%。外資企業(yè)產(chǎn)品占38.2%，西班牙歌美颯（Gamesa）的份額最大，占累計總裝機的12.8%。
2008年內(nèi)資（合資）企業(yè)新增裝機容量排名前十位的依次是華銳、金風、東汽、運達、上海電氣、明陽、航天安迅能、湘電、常牽新譽和北重。前三位華銳、金風和東汽的新增裝機容量總和約為359萬千瓦，占2008年新增裝機比例為57.43%。
數(shù)據(jù)來源：中國風能協(xié)會
二、風力發(fā)電機
1.風力發(fā)電機的組成
風力發(fā)電機主要部件有葉片、齒輪箱、發(fā)電機、控制系統(tǒng)、變流器、塔架、偏航系統(tǒng)、輪轂、變槳系統(tǒng)和主軸等幾部分組成。風力發(fā)電機組中各部分零部件占總裝機成本的比例如表1所示。
表1：風力發(fā)電機組中各部分零部件占總裝機成本的比例
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部件名稱
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占總成本比例
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部件名稱
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占總成本比例
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部件名稱
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占總成本比例
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葉片
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23.3%
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塔筒
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18.9%
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齒輪箱
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16.2%
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變流器
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7.3%
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控制器
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5.0%
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變槳系統(tǒng)
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3.9%
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變壓器
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3.59%
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發(fā)電機
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3.4%
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輪轂
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3.0%
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機架
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2.8%
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主軸
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2.2%
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偏航
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2.0%
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機艙罩
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1.9%
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熱交換系統(tǒng)
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1.3%
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軸承
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1.22%
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螺栓
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1.04%
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電纜
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0.96%
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制動系統(tǒng)
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0.6%
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2.風力發(fā)電機的分類和技術(shù)特點
根據(jù)葉輪驅(qū)動發(fā)電機的方式，風力發(fā)電機組有三個類型：第一種為雙饋式，即葉輪輪轂通過多級齒輪增速箱驅(qū)動雙饋異步發(fā)電機；第二種為直驅(qū)式，由葉輪直接驅(qū)動多極同步發(fā)電機；第三種為半直驅(qū)式，由葉輪通過單級增速裝置驅(qū)動多極同步發(fā)電機，是直驅(qū)式和傳統(tǒng)型風力發(fā)電機的混合。
雙饋式風力發(fā)電機組的特點是采用了多級齒輪箱驅(qū)動有刷雙饋式異步發(fā)電機。它的發(fā)電機的轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)矩小，重量輕，體積小，變流器容量小，但齒輪箱的運行維護成本高且存在機械運行損耗。 直驅(qū)式風力發(fā)電機組在傳動鏈中省掉了齒輪箱，將風輪與低速同步發(fā)電機直接連接，然后通過變流器全變流上網(wǎng)，降低了機械故障的概率和定期維護的成本，同時提高了風電轉(zhuǎn)換效率和運行可靠性，但是電機體積大、價格高。根據(jù)勵磁方式的不同，這種低速同步發(fā)電機可分為永磁式、電勵磁和混合勵磁式三類。 半直驅(qū)式風力發(fā)電機組也要求全功率逆變器?，F(xiàn)多采用一級增速加雙饋異步發(fā)電機或永磁同步發(fā)電機，一般均為中速機。這種機組與直驅(qū)式比較減小了發(fā)電機的體積，與雙饋式比較減小了齒輪箱的體積、降低齒輪箱的制造成本和運行維護成本。
圖1：清能華福1.5MW變流器在風電場并網(wǎng)
目前應(yīng)用最廣泛的風力發(fā)電機組為雙饋異步式風力發(fā)電機和永磁直驅(qū)同步風力發(fā)電機。表2是對這兩個機型的比較。
表2：雙饋異步式風力發(fā)電機和永磁直驅(qū)同步風力發(fā)電機的比較
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雙饋式風電機組
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永磁直驅(qū)式風電機組
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結(jié)構(gòu)
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有齒輪箱，維護成本高
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無齒輪箱, 機組機械結(jié)構(gòu)簡單
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變流器容量
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全功率的1/3
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全功率逆變
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電機造價/尺寸/重量
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低/小/輕
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高/大/重
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電機滑環(huán)
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一般每一年更換滑環(huán)一次
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無滑環(huán)
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電網(wǎng)電壓突然降低的影響
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電機端電流迅速升高，電機扭矩迅速增大
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電流維持穩(wěn)定，扭矩保持不便
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控制
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控制回路多，控制復(fù)雜些，但控制靈活
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控制回路少，控制簡單
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電機種類
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勵磁
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永磁，設(shè)計時要考慮永磁體退磁問題
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三、1.5MW雙饋異步風力發(fā)電機變流器
1.變流器的系統(tǒng)構(gòu)成
雙饋異步風力發(fā)電機變流器由主電路系統(tǒng)、配電路系統(tǒng)及控制系統(tǒng)構(gòu)成。
?。?）主回路
? 轉(zhuǎn)子側(cè)逆變器(Rotor Inverter)
? 直流母線單元(DC Bus)
? 電網(wǎng)側(cè)整流器(Grid Rectifier)
?。?）配電系統(tǒng)及控制系統(tǒng)
配電系統(tǒng)由并網(wǎng)接觸器、主斷路器、繼電器、變壓器等組成，自身集成有并網(wǎng)控制系統(tǒng)，用戶無須再配置并網(wǎng)柜，提高了系統(tǒng)集成度，節(jié)約了機艙空間，柜中還提供供調(diào)試的220V電源。
控制器由高速數(shù)字信號處理器（DSP）、人機操作界面和PLC共同構(gòu)成。整個控制系統(tǒng)配備UPS，便于電壓跌落時系統(tǒng)具有不間斷運行能力。
2.以清能華福自主研制的QHVERT-DFIG型1.5MW雙饋異步風電機變流器（以下簡稱1.5MW變流器）為例
（1）1.5MW變流器的系統(tǒng)功能和技術(shù)特征
QHVERT-DFIG變流器采用了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的“基于雙DSP的全數(shù)字化矢量控制策略”的核心技術(shù)，采用該技術(shù)可以優(yōu)化風力發(fā)電系統(tǒng)的運行，實現(xiàn)寬風速范圍內(nèi)的變速恒頻發(fā)電，改善風機效率和傳輸鏈的工作狀況，減少發(fā)電機損耗，提高運行效率，提升風能利用率。
QHVERT-DFIG變流器具有以下一些特點：
? 優(yōu)異的控制性能；
? 完備的保護功能；
? 良好的電網(wǎng)適應(yīng)能力；
④具備高可靠性，適應(yīng)高低溫、高海拔等惡劣地區(qū)運行；
⑤提供多種通信接口，如Profibus, CANopen等（可根據(jù)用戶要求擴展），用戶可通過這些接口方便的實現(xiàn)變流器與系統(tǒng)控制器及風場遠程監(jiān)控系統(tǒng)的集成控制。
?、弈K化設(shè)計，組合式結(jié)構(gòu)，安裝維護便捷；
?、哓S富的備品備件；專業(yè)、快速的技術(shù)服務(wù)。
（2）1.5MW變流器的主要技術(shù)參數(shù) 額定容量：700kVA
對發(fā)電機要求：雙饋異步風力發(fā)電機
輸出電流正弦波失真率：<3%
功率因數(shù)：容性0.9～感性0.9 可調(diào)
變流器效率：≥97.5%
參考文獻
1.全球風能理事會. 2008年全球風電市場統(tǒng)計.
2.施鵬飛.2008中國風電場裝機容量統(tǒng)計.中國可再生能源學(xué)會風能專業(yè)委員會（中國風能協(xié)會）.
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