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    世界風力發電網報道：盡管去年出現了金融危機，但風力發電的建設在中國卻仍然如火如荼，一片紅紅火火，呈現出前所未有的繁榮景象。無論投資者，決策者，還是經營者心中都隱含著不小的擔憂，國產風電行業缺乏自主知識產權和核心技術，投資高、收益低、風險高、可靠性低、有效運行時間不長、電能質量不穩定影響并網及長距離傳輸困難等因素，制約了風電建設的發展。問題的嚴重性還不僅僅如此，國外對我們進行封鎖，而我們非常崇拜的技術真就那么先進完善嗎？現我們就引進國外技術生產建設的國內風電現狀進行簡單的探討。

    一、現行風力發電系統存在的主要問題

　　1、系統整體效率低

　　傳統風電場整體發電運行效率低，輸出功率的有效時間每年只有2000多小時，不到全年8760小時的30%，即便在這么短的有效時間里，真正能滿發功率的時候也不到10%，其余時間里發電機的效率大部分在35%左右。據有關部門對現行風電場調查統計總結出的概率如圖1。

　　目前國內引進的機型主要為雙饋和永磁直驅。雙饋齒輪箱就吃掉10％，轉速范圍窄，在低于額定轉速1/5時就不能并網發電，小風不能發電，甚至于反過來靠電網拖著轉，齒輪箱在冬天還要靠電加熱。

    永磁直驅的傳動效率比雙饋有所提高但仍存在起動阻力矩較大，不能真正做到微風發電，控制和調節過程中仍可能出現倒拖的問題，所以現行的風電系統整體效率極低。

圖1、某風電場輸出功率的概率分布圖

　　2、無功消耗大、系統穩定性差

　　目前的主要方式是，大功率并網性機組，不管是雙饋或直驅，采用690伏電壓，每臺機組帶一套變流器，后面再掛一個箱式變壓器。發電功率很小或不發電時，變流器、變壓器常年掛網運行，使整個風電場需要實時補償大量無功能量。由于風力的不穩定特性，使風力發電機會頻繁的投入和退出，風力發電場的輸電網是一個有限的小電網，某一機組的進退都會嚴重影響電壓的波動，而電網卻又不允許電壓出現較大的波動，于是只有加大變流器的無功補償和電壓穩定能力，這無疑加大了變流器的的成本和有功的消耗。就是這樣還仍然滿足不了并網的無功需要，所以各風電場毫無例外地還要配備高壓動態無功補償裝置。所以現行的這種風力發電網是低效、脆弱、極不可靠的系統。

　　3、輸電損耗大、海上遠距離交流傳輸更困難

　　單機功率越來越大，傳輸距離越來越遠，傳輸的損耗更為顯著。海上風力發電并網后向的陸地遠距離交流輸電過程中存在因輸電電纜內部的屏蔽層和電線之間的電容效應，通過導體和電纜屏蔽層的電流大大增加，使線損及無功損耗非常大，無法實現遠距離高壓交流輸送電能。另外，由于變化的風力負載導致傳輸線上的電壓波動，直接影響就近的電力用戶。中國風能資源的70％在近海，離陸地愈遠，風能愈好。而海上風力發電機的發電時間可比陸地發電時間增加1000至2000小時。所以海上風電的高效傳輸是決定海上風電發展的重大關鍵技術。

　　4、成本高昂、系統復雜、維護困難、可靠性差

　　每臺風力發電機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，價格不菲，而一旦出現故障，眾所周知，將付出很高的費用。實際上我們還是用常規傳統的電網觀念來建設現代風力發電網。風力發電分布范圍廣，大多在交通不便的地方，而海上風力發電維護費用就更高，這就必然要求風力發電系統應該簡單可靠、免維護、高效率、低成本。

　　5、風電與大電網的聯接還沒準備好

　　由于風電的比例過去都很小，電網規劃與建設都沒有特別注意是很正常的。現有電網設計是以傳統電力輸送為主，大多沒有考慮風電上網的情況，而且電網是專網專用，用現有的電網接納風電，在風電高速發展并占到越來越大的比例時，矛盾就尤為突出；由于風電的不穩定，不受控，風力發電區與用戶區相隔遙遠，遠程大容量穩定傳輸有很多問題需要解決。

　　二、建設堅強智能風力發電網

　　1、高效的堅強智能風力發電網技術

　　引進使我們學會了走路，但創新才能使我們超越。既然現行風力發電存在如此眾多問題，再如此投入巨資著實令人擔憂。但能否迅速改變這種局面，建設一種有別于傳統風力發電機系統，其技術先進，效率高、成本低、可靠性高、投資省的風力發電機技術呢？成都佳靈電氣制造有限公司經過十多年的潛心研究，推出的新方案可以大幅降低系統成本，輸出電能質量穩定，解決風電目前長距離海上輸送存在的技術瓶頸和高質量并網的難題，在現有裝機條件下大量增加發電輸出量，可對電力主網提供無功補償，取消傳統風電場的無功補償設備和大量的箱變設備，實現低、高風速條件下都能高效穩定發電運行。

　　所謂的堅強智能風力發電網是一種新型高壓直流集中逆變隔離型直驅風力發電系統，它具有四大特征，即：高效傳動、單向并網、高壓直流、集中逆變。
 
　　該系統解決了現有雙饋或直驅風力發電兩種方案的共同缺點，即風電場需要補償大量無功能量，并大量地消耗有功能量，電網電壓波動，出現閃變。

　　該系統與現在的兩種方案相比有明顯進步，成本降低，可靠性提高，發電量增大，自身損耗減小，實現海上遠距離安全高效傳輸，有利于大小風電場，特別是海上風電場的并網。

　　本方案采用高壓直流輸電，直流側無無功補償，發電系統不存在倒流。高壓直流遠距離輸電，線損小，系統極其穩定。特別是該系統的投資成本大幅減少，對100兆瓦級風電場，至少可多發電20％，還可節約投資1億元以上。

　　2、堅強智能風力發電網系統構成原理及特點簡述

　　2.1 高效傳動

　　甩掉齒輪箱，擴大風速利用范圍是實現高效傳動的關鍵。

　　本人認為直驅同步發電機與永磁直驅同步發電機都可應用于未來的風電場，而直驅同步發電機比永磁直驅同步發電機可能更勝一籌。因永磁同步發電機內部有永磁體，其啟動阻力矩較同步發電機大，在微風時槳葉起動困難，有效發電時間被大大縮短，不但不發電，還消耗電能。而直驅同步發電機啟動阻力矩非常小，在低風速時，槳葉起動容易并且可以調整勵磁電流使輸出電壓符合高壓直流傳輸工況。即使在風力小時，也不會出現倒拖，讓電網提供無功能量，消耗有功能量，而增加損耗。

　　直驅同步電機也可取消滑環，采用無刷勵磁，這樣就與永磁直驅發電機基本同樣堅固，但減少了起動阻力矩，真正的實現微風也能發電，同時通過調節勵磁就可調節輸出功率、輸出電壓，這對降低成本，提高效率及安全可靠性具有重大意義。

　　2.2 單向并網

    單向并網徹底消除了有功倒流、無功不穩定、閃變等問題并使并網操作不再需要。

    交流電并網三要素電壓、頻率、相位必須同時達到一致才能并網，低風速時很難作到這一點，在風力發電機不斷的投入和切出中浪費了多少發電機會啊！在本方案提出的新系統中，直驅同步發電機的輸出經過整流器整流后，變成高壓直流電，其輸出整流二極管因單向導通性能，在發電機輸出電壓不足時具有和直流母線隔離的作用，在不發電時不存在能量倒流問題，供電系統不需提供無功能量，發電機隨時掛在網上，有風就發，風大多發，鳳小少發，只要控制在系統允許的發電功率范圍內即可。這當然就不存在并網操作了，同時多發電自然是顯而易見的。

　　2.3 高壓直流

    功率更大，距離更遠，環境更復雜高壓直流輸電是風力發電的最佳傳輸模式。

    把每個獨立發電機輸出的電能直接變成高壓直流電，然后匯在一起構成直流輸電系統。可以克服傳統海上風力發電并網后向陸地遠距離交流輸電過程中，因輸電電纜內部的屏蔽層和導體之間的電容效應、導體和電纜屏蔽層間形成大量的漏電流使線損及無功損耗非常大，無法實現遠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功和并網問題，提高了電網傳輸的可靠性，減少了輸電系統的能耗。根據傳輸的功率和距離，目前可優選的電壓等級有20kv-180kv。

　　2.4 集中逆變

　　風電場與電網聯接的樞紐，有功無功的平衡所在，堅不堅強的要害之地。

　　把集中的高壓直流電進行遠距離高壓直傳輸，在到達并網點后經過變流器變成交流，并通過隔離變壓器送到主電網輸送電能。采用這種集中逆變方式較傳統分散逆變而言既安全又方便，而且更大的好處是能量的轉換效率和投資的費效比極高。逆變器不僅將直流電轉換成交流電，同時根據電網的需求提供剛好合適的無功功率，穩定了電能輸出，有效解決風電上網接入瓶頸問題。佳靈電氣十多年來一直致力于IGBT直接串聯技術的研究與推廣，特別是在風力發電變流器、風力發電機試驗站、電能優化、電網智能化以及電能的存儲技術等方面取得了大量成功的經驗，為集中逆變的大規模產業化的實現提供了良機。

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