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永磁同步风力发电机的原理和前景
我国风能资源非常丰富,可开发的风能潜力巨大。根据相关资料显示,我国陆地风能资源可开发量大约有23.8亿千瓦,海上风能资源可开发量约2亿千瓦。我国风能资源比较集中,“三北”地区(华北、东北和西北)以及东南沿海地区、沿海岛屿潜在风能资源开发量约占全国的80%.风能资源与煤炭资源的地理分布具有较高的重合度,与电力负荷则呈逆向分布。
“十三五”时期,我国风力发电机装机容量占发电机总容量比例将进一步加大,出于电网考虑,风力发电机组必须在“低电压穿越”保障下“御风而行”。根据 发改委能源研究所有关人士透露,2020年陆地风电的成本将与煤电持平,之后风电将逐步脱离 补贴,“降低成本”也成为风电行业未来发展面临的新的“瓶颈”。扬州市引江发电设备有限公司成功推出2.5MW高速永磁同步风力发电机,实现了发电机低成本制造,使机组极易实现低电压穿越,在国内处于技术领先水平。
永磁同步风力发电机由于机械损耗小、运行效率高、维护成本低等优点成为继双馈感应风电机组之后的又一重要风力发电机型受到社会广泛关注,并逐渐开始投入使用。永磁同步风力发电机主要由风力机、永磁同步发动机、变频器和变压器组成。
(1)基本原理
永磁同步风力发电的基本原理,就是利用风力带动风力机叶片旋转,拖动永磁同步发电机的转子旋转,实现发电。永磁同步风力发电系统和笼型变速恒频风力发电系统类似,只是所采用的发电机为永磁式发电机,转子为永磁式结构,不需外部提供励磁电源,提高了效率。它的变频恒速控制是在定子回路中实现的,把永磁同步发电机的变频的交流电通过变频器转变为电网同频的交流电,实现风力发电的并网,因此变频器的容量与系统的额定容量相同。
(2)技术特点
随着科学技术的发展和更新,由于永磁材料性能和电力电子装置的改善,永磁同步发电机已变得越来越具吸引力了。
采用永磁同步发电机的风力发电系统具有以下特点:1)永磁同步发电机系统不需要励磁装置,具有重量轻、效率高、功率因数高、可靠性好等优点;2)变速运行范围宽,即可超同步运行也可以亚同步运行;3)转子无励磁绕组,磁极结构简单、变频器容量小,可以做成多极电机;4)同步转速降低,使风轮机和永磁发电机可直接耦合,省去了风力发电系统中的齿轮增速箱,减小了发电机的维护工作并降低噪声,使直驱永磁风力发电机系统。
(3)适用场合
1)在电力供应匮乏、交通不便、燃料短缺,但是风力资源丰富的地区,可以解决部分用电问题,如为高速公路照明设备提供电源等;2)在单机容量比较小的风场,永磁同步发电系统能够并网发电;3)为农村、牧区、边防哨所、气象台站等偏远、负载较轻的用户,提供电力。
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1、发电机没有按规定的技术条件运行,如定子电压过高,铁损增大;负荷电流过大,定子绕组铜损增大;频率过低,使冷却风扇转速变慢,影响发电机散热;功率因数太低,使转子励磁电流增大,造成转子发热。应检查监视仪表的指示是否正常。如不正常,要进行必要的调节和处理,使发电机按照规定的技术条件运行。
2、发电机出租中的三相负荷电流不平衡,过载的一相绕组会过热;若三相电流之差超过额定电流的10%,即属于严重蛄相电流不平衡,三相电流不平衡会产生负序磁场,从而增加损耗,引起磁极绕组及套箍等部件发热。应调整三相负荷,使各相电流尽量保持平衡。
3、风道被积尘堵塞,通风不良,造成发电机散热困难。应风道积尘、油垢、使风道畅通无阻。
4、进风温度过高或进水温度过高,冷却器有堵塞现象。应降低进风或进水温度冷却器内的堵塞物。在故障未排除前,应限制发电机负荷,以降低发电机温度。
5、轴承加润滑脂过多或过少,应按规定加润滑脂,通常为轴承室的1/2~1/3(转速低的取上限,转速高的取下限),并以不超过轴承室的70%为宜。
6、轴承磨损。若磨损不严重,使轴承局部过热;若磨损严重,有可能使定子和转子摩擦,造成定子和转子避部过热。应检查轴承有无噪音,若发现定子和转子摩擦,应立即停机进行检修或更换轴承。
7、定子铁芯绝缘损坏,引起片间短路,造成铁芯局部的涡流损失增加而发热,严重时会使定子绕组损坏。应立即停机进行检修,也可送到发电机出租的厂家进行维修。
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