永磁直驱风力发电机组及其离网和并网运行
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永磁直驱风力发电机组及其 离网和并网运行
世界最先研究成功的第一台发电机就是永磁发电机。
内蒙古是全世界首先量产和成规模使用直驱的风力发电机组的地区，虽然 当时规模很小，容量只有50W-100W，而且在八十年代时期，其质量或性 能指标也是世界领先水平。现在从江南和广东等地的厂家中内蒙古新能源 的标，其中的小型风力发电机组的技术质量也不如我们上世纪80-90年代 的水平，这是低价竞标造成的。使内蒙古的风机企业几乎倒闭光，内蒙是 风电人才走到全国最多的省份。
不可控整流
逆变器
永磁发电机
电网
IZK
UZK
Control
IGrid
此种方法整流可靠、简单，整个变流器结构也简单，变流器可以不可控整流。 当直驱机的转速达到切入转速时，此时的空载电压经不可控整流后达到可以 上网的电压或充电电压。而风速增大转速增高时电压也在增高，但靠电枢反 应压制电压的增加使输出直流电压稳定到一个合适的值，使变流器也能作到 恒频恒压输出，也能调控输出的功率因数并按指令或自己根据转速或电压信 号完成最大功率跟踪，它对永磁发电机的设计要更为复杂一些。电机设计时 要考虑到逆变器、整流器对电机输出电流的影响，应尽可能的使电流的连续 性好，用电枢反应来稳定电压使在比较大的范围内直流母线电压变动不大， 在额定风速附近基本稳定。也可以在永磁电机的输出端联接电力电容使功率 因数提高，并使交轴电抗向超前方向移动，调整永磁发电机的特性。这样并 不一定追求每相电流的正弦性，这种方法一般100kW以下的直驱机都在使 用，而兆瓦机也有相当数量的使用，它具有结构简单可靠，性价比更好。但 毕竟直流母线电压变化大一些，主要是切入风速时直流母线电压偏小。但是 由于算法上允许直流母线电压变化大一些，所以低电压穿越的特性更为顺畅。 这一点也得到证明，在直流母线电容处，设置蓄电池就可以离网运行。
及 提 水 系 统
1995年永磁直驱风力发电机组并网离网两用机 （电动调向逆变器上网变速恒频）
100kW并网和离网两用型永磁直驱风力发电机组
万德1.5MW并网型永磁直驱风力发电机组
1.5MW
网上 运海 行万
德 永 磁 直 驱 机 组 并
对于永磁直驱机这一基本结构从300W的机组到5MW的机组没有什么不 同，有些人把小型机组和大型机组非要说成截然不同的两种东西是没有 道理的。它们只是大小的区别，从强度、载荷计算和控制算法上没有什 么不同，而且不同时期大型风力发电机组和小型风力发电机组的定义也 不同。目前IEC标准规定，扫掠面积大于200㎡算大机组，而原来大于 40㎡算大机组。
2．不可控整流但有Boost升压电路的变流器
如图：
不可控整流+Boost+逆变器 永磁直驱式风力发电机组的发电机的变频的交流电，经整流
2kW户用风光互补风力发电系统
1984年永磁直驱可变几何形立轴风力发电机组（ 5kW）
四子王旗多台风机并型发电提水系统
（用标准潜水电泵变流器驱动）
西藏阿里10kW村落用风光互补发电系统
上海江弯多台机组并联并网发电
（四 它子 就王 是旗 使村 用民 通用 用风 潜光 水互 电补 泵发 ）电
在离网系统中，PWM泄荷器主要是用于稳定电压、保护自身系统及防 止蓄电池过充电，所以在离网系统中泄荷电阻是长时间工作的。
在并网系统中PWM泄荷器有限制电压、保护变流器自身、系统及进行 低电压穿越的控制，卸荷电阻工作只要能超过3秒就可以了。
二、永磁直驱风力发电机和变流器的匹配问题
1．不可控整流
在效率方面它和常规双馈机组相比，永磁机有着独特的优 点：永磁电机在额定点上效率可达98%，直驱机不用配置 变速箱，所以总效率非常出色。而在额定点前效率更高， 表现出极好的低风速特性。
实际中永磁直驱风力发电机组不是什么新的东西，国际上在上世纪70年 代就出现，我国在70年代末也有商品使用，而到80年代已有上万台在内 蒙草原上运行，这和现在的机组结构形式没有原则上的区别，也是风轮、 永磁电机、塔架、变流器。在90年代和现在各种机型已大量出口全世界， 有离网的也有并网的。一些人硬是要把机组分成离网和并网两种，这是 不洽当的。同样的机组只是工作方向、服务对象不同，只是软件不同， 它们没有根本的不同。
一、永磁发电机技术是在最近尤其是大型兆瓦级永磁直驱 风力发电机组并网才成为风力发电行业的新宠，过去全球 顶尖的风力机制造商多使用双馈异步发电机或其它励磁感 应发电机技术。如今它们已经纷纷开始启用永磁发电机， 其多数方案采用永磁同步发电机和全功率变流器组成的机 组。虽然双馈异步技术仍然是常用的发电机技术，但这一 情况正在迅速的改变，风力发电机制造商正在努力提高整 体效率、可靠性和故障穿越能力及电能质量要求，对每台 风力发电机组在整个工作速度范围内精确地控制风力发电 机组的有功功率和无功功率。因为在这些方面永磁直驱风 力发电机组有着其它机型不可比拟的优点才使制造商去开 发永磁直驱风力发电机组。
内蒙是全国最好的风资源地区，是稀土材料最多的地区。希望内蒙成为永 磁直驱风力发电机组的生产大区。
电网需要各种规格的永磁直驱风力发电机组，分散式并网正在火爆的宣传 中。分散式并网在电网末端，用兆瓦机组对电网不利，双馈机组对末端电 网的有功补偿也不适应。而永磁直驱机组有它特有的优势，能很好的补偿 电网的有功和无功。如我们销售到日本的机组主要是20kW，销售到意大 利的机组主要是60kW，销售到英国、加拿大的机组主要是100kW。它们 都是分散式并网，上网电压是400V，直接进入用户电网。我们就是要做 世界上最好的永磁直驱风力发电机组，当然价格也比较高，但物有所值。 在国内很少销售，只有优值才能有低的维护费用和高的可靠性。
离网运行和并网运行的相同和区别
对于永磁直驱机来讲并网运行和离网运行主要区别在逆变器的软件，而 离网运行有蓄电池，对风轮、永磁电机没什么不同，而变流器控制器的 硬件也没什么不同，只是软件有区别。所以一般来讲永磁直驱风力发电 机组用于离网或并网只是改变软件。有足够多的蓄电池即便是兆瓦机也 可以独立离网运行。
世界最先研究成功的第一台发电机就是永磁发电机。
内蒙古是全世界首先量产和成规模使用直驱的风力发电机组的地区，虽然 当时规模很小，容量只有50W-100W，而且在八十年代时期，其质量或性 能指标也是世界领先水平。现在从江南和广东等地的厂家中内蒙古新能源 的标，其中的小型风力发电机组的技术质量也不如我们上世纪80-90年代 的水平，这是低价竞标造成的。使内蒙古的风机企业几乎倒闭光，内蒙是 风电人才走到全国最多的省份。
不可控整流
逆变器
永磁发电机
电网
IZK
UZK
Control
IGrid
此种方法整流可靠、简单，整个变流器结构也简单，变流器可以不可控整流。 当直驱机的转速达到切入转速时，此时的空载电压经不可控整流后达到可以 上网的电压或充电电压。而风速增大转速增高时电压也在增高，但靠电枢反 应压制电压的增加使输出直流电压稳定到一个合适的值，使变流器也能作到 恒频恒压输出，也能调控输出的功率因数并按指令或自己根据转速或电压信 号完成最大功率跟踪，它对永磁发电机的设计要更为复杂一些。电机设计时 要考虑到逆变器、整流器对电机输出电流的影响，应尽可能的使电流的连续 性好，用电枢反应来稳定电压使在比较大的范围内直流母线电压变动不大， 在额定风速附近基本稳定。也可以在永磁电机的输出端联接电力电容使功率 因数提高，并使交轴电抗向超前方向移动，调整永磁发电机的特性。这样并 不一定追求每相电流的正弦性，这种方法一般100kW以下的直驱机都在使 用，而兆瓦机也有相当数量的使用，它具有结构简单可靠，性价比更好。但 毕竟直流母线电压变化大一些，主要是切入风速时直流母线电压偏小。但是 由于算法上允许直流母线电压变化大一些，所以低电压穿越的特性更为顺畅。 这一点也得到证明，在直流母线电容处，设置蓄电池就可以离网运行。
及 提 水 系 统
1995年永磁直驱风力发电机组并网离网两用机 （电动调向逆变器上网变速恒频）
100kW并网和离网两用型永磁直驱风力发电机组
万德1.5MW并网型永磁直驱风力发电机组
1.5MW
网上 运海 行万
德 永 磁 直 驱 机 组 并
对于永磁直驱机这一基本结构从300W的机组到5MW的机组没有什么不 同，有些人把小型机组和大型机组非要说成截然不同的两种东西是没有 道理的。它们只是大小的区别，从强度、载荷计算和控制算法上没有什 么不同，而且不同时期大型风力发电机组和小型风力发电机组的定义也 不同。目前IEC标准规定，扫掠面积大于200㎡算大机组，而原来大于 40㎡算大机组。
2．不可控整流但有Boost升压电路的变流器
如图：
不可控整流+Boost+逆变器 永磁直驱式风力发电机组的发电机的变频的交流电，经整流
2kW户用风光互补风力发电系统
1984年永磁直驱可变几何形立轴风力发电机组（ 5kW）
四子王旗多台风机并型发电提水系统
（用标准潜水电泵变流器驱动）
西藏阿里10kW村落用风光互补发电系统
上海江弯多台机组并联并网发电
（四 它子 就王 是旗 使村 用民 通用 用风 潜光 水互 电补 泵发 ）电
在离网系统中，PWM泄荷器主要是用于稳定电压、保护自身系统及防 止蓄电池过充电，所以在离网系统中泄荷电阻是长时间工作的。
在并网系统中PWM泄荷器有限制电压、保护变流器自身、系统及进行 低电压穿越的控制，卸荷电阻工作只要能超过3秒就可以了。
二、永磁直驱风力发电机和变流器的匹配问题
1．不可控整流
在效率方面它和常规双馈机组相比，永磁机有着独特的优 点：永磁电机在额定点上效率可达98%，直驱机不用配置 变速箱，所以总效率非常出色。而在额定点前效率更高， 表现出极好的低风速特性。
实际中永磁直驱风力发电机组不是什么新的东西，国际上在上世纪70年 代就出现，我国在70年代末也有商品使用，而到80年代已有上万台在内 蒙草原上运行，这和现在的机组结构形式没有原则上的区别，也是风轮、 永磁电机、塔架、变流器。在90年代和现在各种机型已大量出口全世界， 有离网的也有并网的。一些人硬是要把机组分成离网和并网两种，这是 不洽当的。同样的机组只是工作方向、服务对象不同，只是软件不同， 它们没有根本的不同。
一、永磁发电机技术是在最近尤其是大型兆瓦级永磁直驱 风力发电机组并网才成为风力发电行业的新宠，过去全球 顶尖的风力机制造商多使用双馈异步发电机或其它励磁感 应发电机技术。如今它们已经纷纷开始启用永磁发电机， 其多数方案采用永磁同步发电机和全功率变流器组成的机 组。虽然双馈异步技术仍然是常用的发电机技术，但这一 情况正在迅速的改变，风力发电机制造商正在努力提高整 体效率、可靠性和故障穿越能力及电能质量要求，对每台 风力发电机组在整个工作速度范围内精确地控制风力发电 机组的有功功率和无功功率。因为在这些方面永磁直驱风 力发电机组有着其它机型不可比拟的优点才使制造商去开 发永磁直驱风力发电机组。
内蒙是全国最好的风资源地区，是稀土材料最多的地区。希望内蒙成为永 磁直驱风力发电机组的生产大区。
电网需要各种规格的永磁直驱风力发电机组，分散式并网正在火爆的宣传 中。分散式并网在电网末端，用兆瓦机组对电网不利，双馈机组对末端电 网的有功补偿也不适应。而永磁直驱机组有它特有的优势，能很好的补偿 电网的有功和无功。如我们销售到日本的机组主要是20kW，销售到意大 利的机组主要是60kW，销售到英国、加拿大的机组主要是100kW。它们 都是分散式并网，上网电压是400V，直接进入用户电网。我们就是要做 世界上最好的永磁直驱风力发电机组，当然价格也比较高，但物有所值。 在国内很少销售，只有优值才能有低的维护费用和高的可靠性。
离网运行和并网运行的相同和区别
对于永磁直驱机来讲并网运行和离网运行主要区别在逆变器的软件，而 离网运行有蓄电池，对风轮、永磁电机没什么不同，而变流器控制器的 硬件也没什么不同，只是软件有区别。所以一般来讲永磁直驱风力发电 机组用于离网或并网只是改变软件。有足够多的蓄电池即便是兆瓦机也 可以独立离网运行。