双馈风电机组与直驱风电机组比较-1019

双馈风电机组与直驱风电机组比较

现在全世界风电机组中，约85%以上是双馈机型。尤其在技术、稳定性及可靠性要求更高的海上机组中，基本采用了技术成熟且可靠性好的传统技术方案。从目前国内的情况来看，双馈变桨变速型风机的装机容量最大。代表厂家包括vestas，GE，GAMESA，华锐，东汽，国电联合动力、明阳、上海电气、运达等。 1 部件差异

在发电机、变频器、齿轮箱等风机主要部件中，双馈和直驱机型都存在一定的差异。

从发电机看：目前双馈机组采用双馈式异步发电机，高速异步电机技术成熟。而直驱机组多采用低速多极发电机，发电机的励磁方式分为永磁和电励磁两类。直驱式发电机由于转数低，且磁极数很多，通常在90极以上，而且体积和重量相比双馈式机组也大很多，对其轴承等转动部件要求极高。另外，永磁材料在震动、冲击、高温、电机短路情况下容易发生失磁的现象；而且材料中含有铁，在海上强盐雾的情况下防腐问题难以解决；同时，由于永磁材料存在永久的强磁性，无法在现场条件下检修，所以一旦出现问题只有返回厂家才能维修，现场不具有可维护性，给运行带来了很大的隐患。而双馈式异步风电机则具有技术成熟可靠，成本低，重量轻、易维护等优点。

从变频器看：直驱机组采用的是全功率变频器，容量大，必须采用多模块并联，增加了故障率，价格昂贵，并且变频器产生谐波大。双馈机组中仅有转差功率经过变频器，充分发挥了双馈发电机以小博大的优点，所以变频器容量小，价格低，并且机组的谐波小。

从齿轮箱看：直驱机组不采用齿轮箱，风轮直接带动发电机转子旋转。省去齿轮箱会减少齿轮箱的机械故障，但风轮与发电机直接连接会增加叶片的冲击载荷，并且将其直接传递到发电机上，增加了发电机出故障的可能性。双馈机组采用齿轮箱将风轮转速升高，提高了发电机的效率，而齿轮箱技术从上世纪90年代起已经发展的非常成熟，其故障率已经非常低。

从主轴承看：直驱机组主轴承尺寸非常大，承载复杂，为保证电机气隙均衡，抗变形要求高。

2 发电性能

湘电2MW直驱机组的转速范围为9-17.5r/min，运达2.5MW机组的转速范围为8.4-13.9r/min。直驱机组的转速范围更宽，但直驱式风机所使用的全功率变频器存在较高的功率损耗的问题，变频器的效率均为97%左右，但由于直驱机组全功率变频器的容量是双馈风机中变频器的三倍左右，所以变频器的功率器件和冷却等设备所消耗功率也要大很多。同时，风电机组可以吸收的风能与风速的三次方成正比，所以在低的切入风速的情况下可利用的风能非常有限。而在机组满负荷情况下，直驱机组的发电机效率仅有93%，双馈机组能达到97%。综合考虑以上两个方面，在低风速下双馈式风机和直驱式风机的实际发电功率是差不多的，而在满负荷情况下，双馈机组的效率比直驱机组高。

3 成本

永磁同步技术虽然降低或省去了齿轮箱成本，但其发电机和全功率变频器均较双馈技术更加昂贵，整机成本高。

4 可靠性

运达2.5MW双馈机组采用了一系列先进的控制技术，降低了机组载荷，提高了机组可靠性。采用传动链阻尼控制技术，尽可能减小了传动链的振动和疲劳载荷，延长了齿轮箱的寿命。采用塔架加速度反馈控制技术，在转速-变桨控制环中引入塔架前后振动加速度反馈，实现塔架阻尼，从而抑制塔架和机舱的振动，能有效减小塔架疲劳载荷，利于塔架轻量化设计，并能提高塔架和整机的寿命。而直驱机组根据等级不同，永磁材料在80-150摄氏度温度范围内会发生退磁现象，退磁问题目前尚未得到解决，也未得到验证。由于目前直驱机组只能配备风冷系统，因此其温度运行范围较窄。

5 维护性

从故障维修方面看，直驱技术由于没有齿轮箱会减少相对应的故障率，但是直驱的发电机散热与机头载荷给机组带来了问题。由于直驱机组必须通过空气流过转子和定子之间的间隙来进行冷却，空气中含有的带电粒子、灰尘等会在永磁场的作用下附着在永磁体的表面，造成风机气隙发生变化，在发电机体内积聚水分，加强腐蚀。从而影响机组性能，由于存在强磁场，附着后的带电粒子和灰尘很难去除。因此直驱机组在高原多云雾，海上，北方多沙尘地区的可靠性会降低。

此外，直驱机组虽然省去了“齿轮箱”却增加了其机头载荷，机身更大，用钢材更多。机头重量过重容易使机舱、轮毂的联合处磨损。而且由于存在强的永磁场，在机组上进行维修几乎不可能，金属工具在机组上也很难运作，一旦发生故障就要将整个机舱运回车间维修，而在项目现场一旦发生故障则需将整个机舱拆下，拆卸和安装成本非常大。而双馈机型可以单独对齿轮箱、发电机等部件单独维修，其维护难度和维护成本要远远低于直驱机型。齿轮箱齿轮油一般三年一检，五年一换。

6 结论

双馈技术在过去的十多年中已经成为了不可争辩的主流技术，可以肯定，风电机组技术的成熟性、质量的稳定性和可靠性、及时而低成本的维护特性将是市场选择的最重要标准，特别是在海上风电的选择中。目前看来，带齿轮箱的风电机组仍是市场的主流机型。