永磁发电机及未来应用发展

自20世纪80年代至21世纪，永磁发电机被广泛地应用在离网风电机中，并进行了大、中功率永磁发电机应用在并网风电机组上的尝试。

在这些年中，人们追求用微机控制风轮转速以达到发电机并网的频率和电压，这是一个极其困难而艰巨的工作。这是因为风能——这个无污染可再生的清洁能源的变化是随机性的，很难用微机控制风轮转速去满足发电机并网的频率和电压。

进入21世纪，随着科学的发展和技术的进步，人们研发出IGBT大功率模块组成交-直-交逆变器，并采用PWM技术，使之成为将风电机组永磁发电机的在一定范围内的变频交流电逆变成符合并网频率和电压的交流电，进行软并网。这种逆变器实际上是变流器。变流器是功率变换器，它确保风电机组并网的频率和电压而改变电流以满足风电机组输出功率的变化。自从有了IGBT大功率模块而构成的变流器之后，才使人们从依靠微机控制风轮转速以满足风电并网的频率和电压的技术瓶颈中走出来。

现代的风电机组已经广泛应用变流器，它使计算机控制的风轮转速放宽到一定转速范围内，就可以实现风电的安全并网。变流器的使用，使中、大功率的永磁发电机在风电机组上得到更广泛的应用。

图12-1 风力发电机用永磁发电机软并网变流器电原理图

图12-1所示是当代由IGBT模块组成的采用多重化PWM技术及采用双DSP及CPLD（大规模门阵列）的全数字化控制。这种变流器实现了永磁发电机风电机组电力软并网及软解列的无人值守。(www.xing528.com)

进入21世纪，世界各国都在开发无污染可再生能源并节能减排，以改善地球环境，共同保护全人类的共同家园——地球。

风能是无污染、可再生、零成本、不分国界的清洁能源，利用风能发电已为全世界所共识。由于永磁发电机的特点特别适合风电机组用发电机，才得以随着风电的快速发展而被广泛采用。可以说，风电为永磁发电机找到了发挥其价值的空间，永磁发电机有了被大量使用的市场。风电，这个每年以30%以上增容速度发展的清洁能源，为永磁发电机提供了巨大市场的同时，又促进了永磁发电机的发展。

可以预见，已经投入运行的风电机组当更换增速器时将换上永磁发电机，同时也可以看到，正在生产及未来制造的风电机组也必将采用永磁发电机。

可以想象，当全世界很多国家的风电达到其供电能力的12%，甚至达到其供电能力的20%、30%的时候，对永磁发电机的需求量有多大。永磁发电机不仅用在风电机组上，还广泛地应用在海流发电、浪涌发电（亦称潮汐发电）等无污染可再生能源发电上。工业发达国家甚至尝试在商店门前及商店人流密集的地面下安装永磁发电机，经变流器为商店照明提供电力。

永磁发电机被广泛使用，势必促进永磁体的研发。当磁综合性能更好的永磁体磁极的磁感应强度达到0.7T、0.8T，甚至达到1.0T的永磁体问世时，永磁发电机功率可以达到30MW、600MW甚至更大，到那时，不论火电、水电还是核电都会采用永磁发电机。到那时，永磁发电机取代励磁发电机将成为必然。这正像内燃机取代蒸汽机一样的不可逆转，这是科学技术发展的必然。这犹如我的著作《风力发电机设计及运行维护》在2003年出版时，很多人还认为风电是可有可无的补充能源，之后随着风电的发展，风电再也不是可有可无的补充能源，而成为具有巨大商业价值和巨大潜力的重要能源之一一样，永磁发电机将再也不是可用可不用的发电机，而将成为具有巨大商业价值和节能效益的不可缺的发电机。