多級變速風力發電機的比較

　　 ?????? 隨著人類社會的發展，地球上煤炭、石油、天然氣等地下資源正面臨著枯竭的危險，同時嚴重的環境污染也成為威脅人類生存的主要問題。發展利用風能源巳成為我國長期的能源戰略，目前我國風力發電裝機容量僅占我國可利用風力資源0.1%，根據《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》，風電到2020年很可能超越核電，成為我國第三大發電形式。在風力發電中如何提高風能利用率及風電質量是至關得要的，是首先要面對并解決的工程技術，它和采用哪種風力發電技術有直接的關系，傳統上可分為“恒速恒頻”和“變速恒頻”2種風力發電技術。“恒速恒頻”技術中風力機的葉輪速始終保持不變以達到標準的頻率、電壓等電力要求，該技術只能在某一風速下風力機都能獲得最大的風能利用，自20世紀70年代中期形成以來，變速恒頻技術巳越來越受到重視，并逐步得到應用，但由于該技術的恒頻控制裝置，較為復雜和昂貴，因而還沒有大量地被采用：“多級變速”風力發電技術中風力機的葉輪能在幾個葉輪轉速點，可實現幾個風速下風力機獲得最大的風能利用，并輸出頻率恒定的電能，該技術風能利用率相對較高、經濟實用、簡單可靠。
????? 一、風能利用比較分析
風能利用率與風力機輸出功率系數有直接的關系，而功率在特定的風力條件下主要受風力機葉尖速功率才達到最大值，且尖速比離該點越遠風力機輸出功率下降越快，風能利用就緒越低。傳統的“恒速恒頻”的風力機轉速始終保持不變，而當風速變化時葉尖速比值必然發生變化，顯然不可能保持在最大值，其風能利用率也相對較低；只有風機葉輪轉速和發電機主軸轉速隨風速的變化可在很大范圍內變化，才能使用力機的葉尖速比處于或接近于最佳值，從而最大限度地利用風能，這種技術稱為變速恒頻風力發電技術。假設恒速恒頻風力發電方式在10m/s風速時獲得最大風能，即該點功率系數最大。
????? 二、多級變速風力發電優點
多級變速風力發電的技術方案盡管增加了一個小功率的多極對數發電機，設置了一個變速器，但其優點也是明顯的，主要有以下幾點：
?? 1、? 相比恒速恒頻發電機系統的增速箱，多級變速風力發電的變速器為低變速箱，降低了潤滑要求，減少了維護費用。
?? 2、? 小功率的多極對數發電機和永磁直驅發電機相比，極對數并不多，并且是小功率電機，其體積不足以影響風機氣流，成本也相對不高。
?? 3、? 由于風速不大、風機輸入功率較小時，只有小功率發電機起發電作用，不存在“大功率發小電”現象，提高了發電機的效率，延長了大功率發電機的夀命。
?? 4、? 把發電機的電力頻率和機械轉速，通過繞線型異步發電機“合頻”，降低了大功率發電機的機械增速比，基本實現了“直接驅動”
?? 5、? 通過變速器的機械變速和發電機定子繞組的變極，實現風機葉輪轉速在一定范圍內能有級變化，使得葉輪在一定范圍的風力變化中都能以較佳的葉尖速比捕捉風能，提高風能利用率。控制發電機轉子繞組的電阻值，改變電機的滑差率，進一步擴大了葉輪轉速的變化范圍。
?????? 綜上所述，多級變速風力發電技術的核心在于：按照風力大小變化特點，增加了一個小功率的多極對數發電機，利用繞線式異步發電機“合頻”特性，既提高了發電機發電效率，又降低了大功率發電機的機械增速比，基本實現了“直接驅動”；同時，通過機械變速和電機變極，實現風機轉速在一定范圍內能有級變化，并使電能保持恒頻，提高了風能利用率。

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