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    世界風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)報(bào)道：盡管去年出現(xiàn)了金融危機(jī)，但風(fēng)力發(fā)電的建設(shè)在中國(guó)卻仍然如火如荼，一片紅紅火火，呈現(xiàn)出前所未有的繁榮景象。無(wú)論投資者，決策者，還是經(jīng)營(yíng)者心中都隱含著不小的擔(dān)憂(yōu)，國(guó)產(chǎn)風(fēng)電行業(yè)缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和核心技術(shù)，投資高、收益低、風(fēng)險(xiǎn)高、可靠性低、有效運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)、電能質(zhì)量不穩(wěn)定影響并網(wǎng)及長(zhǎng)距離傳輸困難等因素，制約了風(fēng)電建設(shè)的發(fā)展。問(wèn)題的嚴(yán)重性還不僅僅如此，國(guó)外對(duì)我們進(jìn)行封鎖，而我們非常崇拜的技術(shù)真就那么先進(jìn)完善嗎？現(xiàn)我們就引進(jìn)國(guó)外技術(shù)生產(chǎn)建設(shè)的國(guó)內(nèi)風(fēng)電現(xiàn)狀進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討。

    一、現(xiàn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題

　　1、系統(tǒng)整體效率低

　　傳統(tǒng)風(fēng)電場(chǎng)整體發(fā)電運(yùn)行效率低，輸出功率的有效時(shí)間每年只有2000多小時(shí)，不到全年8760小時(shí)的30%，即便在這么短的有效時(shí)間里，真正能滿(mǎn)發(fā)功率的時(shí)候也不到10%，其余時(shí)間里發(fā)電機(jī)的效率大部分在35%左右。據(jù)有關(guān)部門(mén)對(duì)現(xiàn)行風(fēng)電場(chǎng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)總結(jié)出的概率如圖1。

　　目前國(guó)內(nèi)引進(jìn)的機(jī)型主要為雙饋和永磁直驅(qū)。雙饋齒輪箱就吃掉10％，轉(zhuǎn)速范圍窄，在低于額定轉(zhuǎn)速1/5時(shí)就不能并網(wǎng)發(fā)電，小風(fēng)不能發(fā)電，甚至于反過(guò)來(lái)靠電網(wǎng)拖著轉(zhuǎn)，齒輪箱在冬天還要靠電加熱。

    永磁直驅(qū)的傳動(dòng)效率比雙饋有所提高但仍存在起動(dòng)阻力矩較大，不能真正做到微風(fēng)發(fā)電，控制和調(diào)節(jié)過(guò)程中仍可能出現(xiàn)倒拖的問(wèn)題，所以現(xiàn)行的風(fēng)電系統(tǒng)整體效率極低。

圖1、某風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的概率分布圖

　　2、無(wú)功消耗大、系統(tǒng)穩(wěn)定性差

　　目前的主要方式是，大功率并網(wǎng)性機(jī)組，不管是雙饋或直驅(qū)，采用690伏電壓，每臺(tái)機(jī)組帶一套變流器，后面再掛一個(gè)箱式變壓器。發(fā)電功率很小或不發(fā)電時(shí)，變流器、變壓器常年掛網(wǎng)運(yùn)行，使整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)需要實(shí)時(shí)補(bǔ)償大量無(wú)功能量。由于風(fēng)力的不穩(wěn)定特性，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)會(huì)頻繁的投入和退出，風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的輸電網(wǎng)是一個(gè)有限的小電網(wǎng)，某一機(jī)組的進(jìn)退都會(huì)嚴(yán)重影響電壓的波動(dòng)，而電網(wǎng)卻又不允許電壓出現(xiàn)較大的波動(dòng)，于是只有加大變流器的無(wú)功補(bǔ)償和電壓穩(wěn)定能力，這無(wú)疑加大了變流器的的成本和有功的消耗。就是這樣還仍然滿(mǎn)足不了并網(wǎng)的無(wú)功需要，所以各風(fēng)電場(chǎng)毫無(wú)例外地還要配備高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。所以現(xiàn)行的這種風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)是低效、脆弱、極不可靠的系統(tǒng)。

　　3、輸電損耗大、海上遠(yuǎn)距離交流傳輸更困難

　　單機(jī)功率越來(lái)越大，傳輸距離越來(lái)越遠(yuǎn)，傳輸?shù)膿p耗更為顯著。海上風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)后向的陸地遠(yuǎn)距離交流輸電過(guò)程中存在因輸電電纜內(nèi)部的屏蔽層和電線之間的電容效應(yīng)，通過(guò)導(dǎo)體和電纜屏蔽層的電流大大增加，使線損及無(wú)功損耗非常大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高壓交流輸送電能。另外，由于變化的風(fēng)力負(fù)載導(dǎo)致傳輸線上的電壓波動(dòng)，直接影響就近的電力用戶(hù)。中國(guó)風(fēng)能資源的70％在近海，離陸地愈遠(yuǎn)，風(fēng)能愈好。而海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電時(shí)間可比陸地發(fā)電時(shí)間增加1000至2000小時(shí)。所以海上風(fēng)電的高效傳輸是決定海上風(fēng)電發(fā)展的重大關(guān)鍵技術(shù)。

　　4、成本高昂、系統(tǒng)復(fù)雜、維護(hù)困難、可靠性差

　　每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)都要配一套四象限的變流器，其控制要求很高，如果再配上容易損壞的效率不高的升速箱，價(jià)格不菲，而一旦出現(xiàn)故障，眾所周知，將付出很高的費(fèi)用。實(shí)際上我們還是用常規(guī)傳統(tǒng)的電網(wǎng)觀念來(lái)建設(shè)現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電分布范圍廣，大多在交通不便的地方，而海上風(fēng)力發(fā)電維護(hù)費(fèi)用就更高，這就必然要求風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)該簡(jiǎn)單可靠、免維護(hù)、高效率、低成本。

　　5、風(fēng)電與大電網(wǎng)的聯(lián)接還沒(méi)準(zhǔn)備好

　　由于風(fēng)電的比例過(guò)去都很小，電網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)都沒(méi)有特別注意是很正常的。現(xiàn)有電網(wǎng)設(shè)計(jì)是以傳統(tǒng)電力輸送為主，大多沒(méi)有考慮風(fēng)電上網(wǎng)的情況，而且電網(wǎng)是專(zhuān)網(wǎng)專(zhuān)用，用現(xiàn)有的電網(wǎng)接納風(fēng)電，在風(fēng)電高速發(fā)展并占到越來(lái)越大的比例時(shí)，矛盾就尤為突出；由于風(fēng)電的不穩(wěn)定，不受控，風(fēng)力發(fā)電區(qū)與用戶(hù)區(qū)相隔遙遠(yuǎn)，遠(yuǎn)程大容量穩(wěn)定傳輸有很多問(wèn)題需要解決。

　　二、建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)

　　1、高效的堅(jiān)強(qiáng)智能風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)技術(shù)

　　引進(jìn)使我們學(xué)會(huì)了走路，但創(chuàng)新才能使我們超越。既然現(xiàn)行風(fēng)力發(fā)電存在如此眾多問(wèn)題，再如此投入巨資著實(shí)令人擔(dān)憂(yōu)。但能否迅速改變這種局面，建設(shè)一種有別于傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其技術(shù)先進(jìn)，效率高、成本低、可靠性高、投資省的風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)呢？成都佳靈電氣制造有限公司經(jīng)過(guò)十多年的潛心研究，推出的新方案可以大幅降低系統(tǒng)成本，輸出電能質(zhì)量穩(wěn)定，解決風(fēng)電目前長(zhǎng)距離海上輸送存在的技術(shù)瓶頸和高質(zhì)量并網(wǎng)的難題，在現(xiàn)有裝機(jī)條件下大量增加發(fā)電輸出量，可對(duì)電力主網(wǎng)提供無(wú)功補(bǔ)償，取消傳統(tǒng)風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備和大量的箱變?cè)O(shè)備，實(shí)現(xiàn)低、高風(fēng)速條件下都能高效穩(wěn)定發(fā)電運(yùn)行。

　　所謂的堅(jiān)強(qiáng)智能風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)是一種新型高壓直流集中逆變隔離型直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，它具有四大特征，即：高效傳動(dòng)、單向并網(wǎng)、高壓直流、集中逆變。
 
　　該系統(tǒng)解決了現(xiàn)有雙饋或直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電兩種方案的共同缺點(diǎn)，即風(fēng)電場(chǎng)需要補(bǔ)償大量無(wú)功能量，并大量地消耗有功能量，電網(wǎng)電壓波動(dòng)，出現(xiàn)閃變。

　　該系統(tǒng)與現(xiàn)在的兩種方案相比有明顯進(jìn)步，成本降低，可靠性提高，發(fā)電量增大，自身?yè)p耗減小，實(shí)現(xiàn)海上遠(yuǎn)距離安全高效傳輸，有利于大小風(fēng)電場(chǎng)，特別是海上風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)。

　　本方案采用高壓直流輸電，直流側(cè)無(wú)無(wú)功補(bǔ)償，發(fā)電系統(tǒng)不存在倒流。高壓直流遠(yuǎn)距離輸電，線損小，系統(tǒng)極其穩(wěn)定。特別是該系統(tǒng)的投資成本大幅減少，對(duì)100兆瓦級(jí)風(fēng)電場(chǎng)，至少可多發(fā)電20％，還可節(jié)約投資1億元以上。

　　2、堅(jiān)強(qiáng)智能風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成原理及特點(diǎn)簡(jiǎn)述

　　2.1 高效傳動(dòng)

　　甩掉齒輪箱，擴(kuò)大風(fēng)速利用范圍是實(shí)現(xiàn)高效傳動(dòng)的關(guān)鍵。

　　本人認(rèn)為直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)與永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)都可應(yīng)用于未來(lái)的風(fēng)電場(chǎng)，而直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)比永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)可能更勝一籌。因永磁同步發(fā)電機(jī)內(nèi)部有永磁體，其啟動(dòng)阻力矩較同步發(fā)電機(jī)大，在微風(fēng)時(shí)槳葉起動(dòng)困難，有效發(fā)電時(shí)間被大大縮短，不但不發(fā)電，還消耗電能。而直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)啟動(dòng)阻力矩非常小，在低風(fēng)速時(shí)，槳葉起動(dòng)容易并且可以調(diào)整勵(lì)磁電流使輸出電壓符合高壓直流傳輸工況。即使在風(fēng)力小時(shí)，也不會(huì)出現(xiàn)倒拖，讓電網(wǎng)提供無(wú)功能量，消耗有功能量，而增加損耗。

　　直驅(qū)同步電機(jī)也可取消滑環(huán)，采用無(wú)刷勵(lì)磁，這樣就與永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)基本同樣堅(jiān)固，但減少了起動(dòng)阻力矩，真正的實(shí)現(xiàn)微風(fēng)也能發(fā)電，同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁就可調(diào)節(jié)輸出功率、輸出電壓，這對(duì)降低成本，提高效率及安全可靠性具有重大意義。

　　2.2 單向并網(wǎng)

    單向并網(wǎng)徹底消除了有功倒流、無(wú)功不穩(wěn)定、閃變等問(wèn)題并使并網(wǎng)操作不再需要。

    交流電并網(wǎng)三要素電壓、頻率、相位必須同時(shí)達(dá)到一致才能并網(wǎng)，低風(fēng)速時(shí)很難作到這一點(diǎn)，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)不斷的投入和切出中浪費(fèi)了多少發(fā)電機(jī)會(huì)啊！在本方案提出的新系統(tǒng)中，直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)的輸出經(jīng)過(guò)整流器整流后，變成高壓直流電，其輸出整流二極管因單向?qū)ㄐ阅埽诎l(fā)電機(jī)輸出電壓不足時(shí)具有和直流母線隔離的作用，在不發(fā)電時(shí)不存在能量倒流問(wèn)題，供電系統(tǒng)不需提供無(wú)功能量，發(fā)電機(jī)隨時(shí)掛在網(wǎng)上，有風(fēng)就發(fā)，風(fēng)大多發(fā)，鳳小少發(fā)，只要控制在系統(tǒng)允許的發(fā)電功率范圍內(nèi)即可。這當(dāng)然就不存在并網(wǎng)操作了，同時(shí)多發(fā)電自然是顯而易見(jiàn)的。

　　2.3 高壓直流

    功率更大，距離更遠(yuǎn)，環(huán)境更復(fù)雜高壓直流輸電是風(fēng)力發(fā)電的最佳傳輸模式。

    把每個(gè)獨(dú)立發(fā)電機(jī)輸出的電能直接變成高壓直流電，然后匯在一起構(gòu)成直流輸電系統(tǒng)。可以克服傳統(tǒng)海上風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)后向陸地遠(yuǎn)距離交流輸電過(guò)程中，因輸電電纜內(nèi)部的屏蔽層和導(dǎo)體之間的電容效應(yīng)、導(dǎo)體和電纜屏蔽層間形成大量的漏電流使線損及無(wú)功損耗非常大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高壓交流輸送電能的難題。

    這種集中直流高壓傳輸方式徹底消除了無(wú)功和并網(wǎng)問(wèn)題，提高了電網(wǎng)傳輸?shù)目煽啃裕瑴p少了輸電系統(tǒng)的能耗。根據(jù)傳輸?shù)墓β屎途嚯x，目前可優(yōu)選的電壓等級(jí)有20kv-180kv。

　　2.4 集中逆變

　　風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)聯(lián)接的樞紐，有功無(wú)功的平衡所在，堅(jiān)不堅(jiān)強(qiáng)的要害之地。

　　把集中的高壓直流電進(jìn)行遠(yuǎn)距離高壓直傳輸，在到達(dá)并網(wǎng)點(diǎn)后經(jīng)過(guò)變流器變成交流，并通過(guò)隔離變壓器送到主電網(wǎng)輸送電能。采用這種集中逆變方式較傳統(tǒng)分散逆變而言既安全又方便，而且更大的好處是能量的轉(zhuǎn)換效率和投資的費(fèi)效比極高。逆變器不僅將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，同時(shí)根據(jù)電網(wǎng)的需求提供剛好合適的無(wú)功功率，穩(wěn)定了電能輸出，有效解決風(fēng)電上網(wǎng)接入瓶頸問(wèn)題。佳靈電氣十多年來(lái)一直致力于IGBT直接串聯(lián)技術(shù)的研究與推廣，特別是在風(fēng)力發(fā)電變流器、風(fēng)力發(fā)電機(jī)試驗(yàn)站、電能優(yōu)化、電網(wǎng)智能化以及電能的存儲(chǔ)技術(shù)等方面取得了大量成功的經(jīng)驗(yàn)，為集中逆變的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的實(shí)現(xiàn)提供了良機(jī)。

　　結(jié)束語(yǔ)