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风电机组传动系统应该使用永磁还是双馈?

国际新能源网  来源:CWEA《风能》  日期:2018-09-12
  在风电行业,关于现代风电机组传动系统应该使用永磁发电机还是双馈发电机到今仍然存在争议。很多技术专家及行业意见领袖都曾建议使用双馈电机,并且表达了对于永磁发电机技术的种种疑虑。
 
  斯维奇认为,无论使用何种评判标准,永磁发电机及全功率变流器系统是目前业界最好的技术。
 
  评判标准一:全生命周期成本效率
 
  总有声音认为永磁发电机和全功率变流器系统比双馈系统贵。实际上,研究证明,当把所有的投资及运营所需的成本都考虑进去时,永磁发电机及全功率变流器系统比双馈系统在机组的全生命周期内更便宜,更划算。
 
  装配有永磁发电机及全功率变流器的风电机组并网之后具有较低的成本,这相对装有双馈系统的机组来说是一个巨大的优势。双馈技术满足电网标准需要增加硬件及软件设备,从而增加成本;永磁发电机及全功率变流器传动系统已经具有诸如发无功及低电压穿越的功能,这样便拉平了和双馈设备初始投资成本之间的差距。
 
  从长期来看,永磁技术的优势是能够发出更多的电,因为它的功率曲线具有更高效率。永磁发电机及全功率变流器传动系统能够在整个运行范围内确实地提高风电机组效率。在100%功率条件下,永磁发电机及全功率变流器传动系统与双馈及双馈变流器的效率相似。然而,100%功率的风况并不常见。在通常风况下,永磁传动系统已经被证实更有效率。不管是从运行性能、电机损耗、变流器功率范围还是风况的角度来看,永磁发电机及全功率变流器传动系统都被证明有更高的年发电量。
 
  永磁发电机的设计还能够提高可靠性,从而使机组运维费用较低。根据统计,永磁发电机具有更少的电气故障和效率(故障率0.59/年,其他技术的故障率为0.69/年)。从停机时间考量,最新的永磁发电机更可靠,其停机时间为1.98天/年,而其他技术的停机时间为>2.36故障天数/年。NextWind最新研究报告中估计:双馈机组每年的服务成本,包括其齿轮箱所需的额外费用,总计比永磁机组的服务成本高20%-30%。
 
  此外,稀土原材料价格不稳定、来源有限一直被认为是永磁发电机的固有风险。其实,稀土磁钢的价格和以往相比已经降低了很多,而且在较长时间段内趋于稳定。并且,通过磁钢的结构设计也可以优化使用所需的稀土量。所以永磁发电机的这部分价格溢价可以被消除。
 
  评判标准二:可靠性及可利用率
 
  有些人错误地认为永磁发电机及全功率变流器解决方案会需要很多不可靠的电力电子设备。实际上,永磁发电机及全功率变流器系统所使用的电力电子设备数量和双馈系统相当,只不过双馈变流器所需的功率等级较低而已。无论是永磁发电机及全功率变流器传动系统,还是双馈发电机及双馈变流器系统,电力电子设备的故障率都会导致同样的结果。
 
  NextWind的研究报告得出结论:和双馈发电机相比,永磁发电机有更高的可靠性并且维护成本更低;因为永磁发电机在高热运行环境下性能更优异,而且永磁发电机无需滑环和编码器。Sciemus最新的研究报告也证实“和其他技术的发电机(故障率为0.12-0.14/年)相比,永磁发电机更可靠(故障率为0.11/年)”。
 
  永磁发电机需要使用钕铁硼磁钢,该磁钢对于腐蚀和热很敏感。因此,有些专家认为过热会导致电流损失迅速攀升。这些专家还错误地认为钕铁硼磁钢有极性翻转及去磁的风险。事实上,钕铁硼磁钢都有涂层保护,可以非常有效的使其免于腐蚀。在组装转子的时候也会使用气密封装,这也会起到保护作用。
 
  从制造的角度看,为了保证永磁发电机及全功率变流器系统的性能,合适的生产质量标准及工程制造水平都是必需的要素。为直驱风电机组生产大型的永磁发电机需要更高的专业工艺水准。实际上,转子和定子之间的气隙精度要求很高,当需要生产一个直径达6米的元部件时,不是所有的工厂都能够做到维持这一精度标准。但是,只要设计得当,生产标准执行到位,在大型直驱风电机组的生产过程中就能够达到高精度水准,而不需要再采取额外的工艺。
 
  永磁发电机及全功率变流器解决方案和双馈方案相比,维护更方便。由于不需要滑环和电刷,而且更容易符合电网标准,永磁发电机的设计提高了可靠性并使之便于维护。Sciemus最新的风能研究报告同时确认:永磁发电机的设计拥有“较低的故障率”:该报告同时指出:就停机时间来说,考虑到7种模式下最低的故障率,最新的永磁发电机设备是最可靠的。
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