张朝宇
福建省福能新能源有限责任公司，福建省 莆田市351100
摘要：自20世纪80年代以来，我国国家和政府充分认识到了提高资源利用率的重要价值，加大了对可再生能源的有效利用，由于风能的利用成本较低且应用范围十分广泛，我国科研人员结合当今先进的科学技术，投入大量的人力、物力、财力来深入推进风力发电技术，确保我国风力发电技术的良性发展。就目前风力发电方面的实际发展情况来看，我国风力发电技术已经处于成熟的发展阶段，在全球范围风力发电技术都位于各国先列。到目前为止，风力发电机常见的类型主要有笼型异步发电机、绕线型异步发电机、双馈异步发电机以及全功率型发电机等，本文将针对风力发电机两种主要机型，从多个方面展开较为详细的对比分析探讨，争取为我国日后的风力发电技术奠定良好的理论基础。
关键词：风力发电机；主要机型；发电机组；对比探究；
风力发电机的种类有很多，其中双馈异步发电机和直驱型永磁同步发电机在实际风力发电技术中的应用效果较好，尤其是在变速恒频发电机组中，双馈异步发电机和直驱型永磁同步发电机为其整个机组的正常运行提供了基础保障。双馈一不发电机和直驱式永磁同步发电机在使用过程中，通常表现出了极强的稳定性和可靠性，本文将在此基础上，对双馈异步发电机和直驱型永磁同步发电机的发电成本、低电压穿越能力等方面展开比较研究，进一步明确双馈异步发电机和直驱型永磁同步发电机所表现出来的独特优势，同时也对其应用缺陷进行分析，力求找到更好的完善措施，达到提升我国风力发电技术的最终目的。
一、风力发电机
风力发电机的使用性能通常是由机组的风能转换效率来决定的，在使用过程中为了确保风力发电机的风能转换效率始终处于较高的运作水平，首先应该检查其最佳尖速比，只有将其工作效率维持在最佳尖速比，才能确保风力发电机的高效率运转，因此，工作人员在应用风力发电机时，应时刻监测风速的实时变化情况，通过改变风力发电机的转速来使其与风速相适应，提高风力发电机的实际使用效率。
并网运行的笼型异步发电机为保证其工作效率最大化，必须确保其工作高于同步速附近的区域，这很大程度上限制了风力发电机的应用范围，由于其只能在较小的范围内调节速度，甚至这个调节范围可以忽略不计， 经常被认为是恒速恒频的运行，虽然笼型异步发电机的发电效率也处于较高的水平，但其应用范围始终得不到有效扩大。不仅如此，笼型异步发电机一旦发生从电网电压跌落情况时，其转速会瞬间增加，使得笼型异步发电机处于超速运行的状态，大大影响其发电的稳定性，这很容易导致增加电网检修难度，对于电网电压的恢复来说也起到了不小的限制作用，随着风力发电机技术的发展，笼型发电机已经逐渐淡出了人们的视野，被其他新型发电机所取代 [1]。
随着我国科学技术水平的发展，电力行业中电子技术和计算机网络技术的发展均得以飞速的提高，人们对于电力的需求量越来越大，传统风力发电机已经无法很好的满足当今风能的转换效率，因此，变速恒频控制方法步入了人们的视野并得到大家的广泛关注。在变速恒频控制方式中，应用的风力发电机机型为双馈异步发电机和直驱式永磁同步发电机这两种，其中，本文将双馈异步发电机的工作原理以图片的形式展现出来，如图1所示；直驱式永磁同步发电机的工作原理如图2所示：
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二、发电成本
发电成本也是对风力发电机在实际发电过程中应用需要考察的重点内容，直驱式永磁同步发电机的运行成本较高，且由于直驱式永磁同步发电机的机身非常庞大，使得直驱式永磁同步发电机在设备采购时也需要花费较高的价格，而双馈异步发电机的采购成本要低于直驱式永磁同步发电机。但不可否认的是，直驱式永磁同步发电机在实际发电过程中，通常表现出能耗较低的特点，且其运行效率较高，相同时间可以达到较高的发电水平，将直驱式永磁同步发电机和双馈异步发电机的运行成本进行计算，发现直驱式永磁同步发电机的成本要远远低于双馈异步发电机。
如果从动力系统的角度出发，双馈异步发电机的运行成本也要高于直驱式永磁同步发电机组的发电成本 [2]。直驱式永磁同步发电机往往需要较为昂贵的安装和运输费用，但其在实际运行中具有较低的维护费用，因此，从多个角度进行分析，综合各个方面进行全方位的考量，不难发现，直驱式永磁同步发电机的发电成本要远远低于双馈异步发电机。
三、低电压穿越能力对比
随着人们生产生活中对于电力的实际需求量越来越大，并网的风力发电机数量也与日俱增，其发电的容量也随之增加，电力系统相关管理人员不得不对风力发电的实际运行重新制定较高的标准，以满足人们日常生产生活的需求。电网频率控制、电网电压控制以及低电压穿越运行能力均可以直观的表现出风力发电机的发电效率和发电能力。
低电压穿越运行（LVRT）只要指的是：当电网电压突然发生跌落现象时，如果跌落现象并不是很严重，发电机不可以脱离电网运行和工作，必须保证其按照原来的发电情况保持继续工作，为电网提供正常的有功频率和无功电压等多方面的支持，确保发电机组的工作情况不收到跌落现象的影响。
双馈异步发电机的结构与其他发电机存在很多不同之处，双馈异步发电机的电网与定子侧是直接相连的，这属于直接耦合情况中较为常见的一种，在电网电压在短时间内发生快速降落的情况时，双馈异步发电机的定子端电压稳定性受到严重的影响，出现异常情况，导致电子磁链中出现直流成分，甚至使双馈异步发电机的运行中出现暂态负序分量。是电机在高速运转的状态下突然发生巨大的转差，从而使转子绕组感生出较大的电流和电势，这对于整个转子电路来说，其影响是非常恶劣的 [3]。
通过上文的分析对比得出结论，双馈异步发电机中低电压穿越运行（LVRT）就目前风力发电机的实际发展情况来看，距离实现还有很长的一段距离。无论是双馈异步发电机还是直驱式永磁同步发电机，他们的电枢绕组都是通过全功率变流器与电网直接相连接的，这使得电网电压跌落对于电枢绕组产生的影响非常小，甚至可以忽略不计，因此电网电压跌落现象发生时，发电及机组的发电情况将维持在正常运行的状态，人们日常生产生活用电也不会受到很大影响，电机中甚至都不会产生暂态直流磁链和负序旋转磁链，电流和电压将绕过电枢绕组，为发电机组在电网上的正常运行提供了基础性保障。
四、其他性能对比
在上文分析的基础上，已经发现直驱式永磁同步发电机组的体积十分庞大，这对于发电机机组的运输和安装过程均造成了不小的困难。
双馈式异步发电机的发电离不开齿轮箱，齿轮箱的运行往往伴随着较大的噪声，且齿轮箱运行的稳定性较差，操作稍有不慎便会发生较为严重的故障。
双馈式异步发电机还需要借助滑环和电刷来完成发电，而且电刷和滑环的更换频率较高，这很大程度上增加了双馈式异步发电机组的运行和维护成本，直驱式永磁同步发电机在使用过程中并不依靠电刷和滑环，避免了这部分的成本支出。
五、结束语
通过上文对风力发电机中直驱式永磁同步发电机和双馈异步发电机进行对比探析，不难发现，这两种发电机都属于并网型风力发电机中应用优势比较大的，但其仍然有很大的进步和优化空间，这两种发电机的机身体积庞大，这使得其对运行空间有着较高的标准和要求，对工作人员安装和检修也增加了一定的难度，因此在选择风力发电机时，应结合其使用的实际情况进行综合考量，确保风力发电技术得以科学、合理的应用和发展。
参考文献：
[1]刘刚, 马润. 双馈异步风力发电机并网方式优化方案[J]. 大众科技, 2018, 020(010):33-35.
[2]李放, 战春雨, 姜瀚书,等. 双馈感应发电机的GSC矢量控制技术研究[J]. 科学与信息化, 2019, 000(011):102-102.
[3]金晓航,孙毅,单继宏,吴根勇.风力发电机组故障诊断与预测技术研究综述[J].仪器仪表学报,2017,38(05):1041-1053.