探析风力发电机组构造

下面将介绍风力发电机组中最常用的发电机和电力电子器件。更详细的内容可以在Hansen L.H等人（2001a）相关研究中找到。

风力发电机组分为两大类：定转速风力发电机组和变转速风力发电机组。

1）定转速风力发电机组：配备直接与电网相连的发电机、软起动器及电容器组是最常见的风力机形式。为了增加功率输出，有些定转速风力机装备了双速发电机，取代单速发电机。

定转速风力发电机组的优点如下：

①结构简单；

②电气系统价格低。

它的缺点如下：

①电能质量控制能力有限；

②齿轮箱和传动链上有机械应力。

2）变转速风力发电机组：今天还不如定转速风力发电机组普遍^[1]，然而变转速风轮的风力发电机组的数量正在增加。变转速风力发电机组的两种结构如下：

①发电机定子与电网相连，同时转子频率受控。转速通常只在有限范围内变化。

②发电机定子通过变频器与电网相连，转速变化不受限制。

变转速风力发电机组的优点如下：

①改善了电能品质；

②减少了机械应力。

它的缺点如下：

①电力电子装置上的损耗增加；(www.xing528.com)

②变频器的价格较贵。

转子频率可调（有限的变转速）的变转速风力发电机组有两种可能的构造：

①转子阻抗可变的异步发电机（见图9-7）。丹麦制造商生产的风力发电机组带有优化转差率的发电机，通过改变转子的阻抗，发电机转差率可以达到10%。

图9-7 带可调转子阻抗的风力发电机组示意图

②带与转子回路连接变频器的双馈异步发电机（见图9-8）。这种形式的变转速风力发电机组被几个大的制造商采用。它的转子通过变频器与电网连接，变频器不是全功率变频器，因此只能用于一定的转速范围（可达70%）。

全变转速系统装备了变频器。有两种模式实现全变速。

一种是传统结构，笼型转子异步发电机通过一个全功率变频器与电网连接，如图9-9所示。变转速运行范围原则上为从零到风力发电机组能够处理的最大值。

另一种是全变转速结构，通过变频器与电网连接的多极同步发电机，变频器把频率可控的发电机电压变换为电网频率的电压。这种结构的特点是不必使用齿轮箱，如图9-10所示。

图9-8 带与转子回路连接变流器的双馈异步发电机的风力发电机组示意图

图9-9 带频率调节的风力发电机组示意图

图9-10 带同步发电机的变转速系统示意图