變頻器被廣泛應用在風電行業(yè)的傳動系統(tǒng)中,主要的兩個應用點是:連接發(fā)電機;應用于雙饋電機,起同向、同頻、同壓的作用。
目前,世界上大中型風力發(fā)電機組主要有兩種型式:一類是定槳距失速調(diào)節(jié)型,屬于恒速機型,一般使用同步電機或者鼠籠式異步電機作為發(fā)電機,通過定槳距失速控制的風輪機使發(fā)電機的轉(zhuǎn)速保持在恒定的數(shù)值,繼而使風電機組并網(wǎng)后定子磁場旋轉(zhuǎn)頻率等于電網(wǎng)頻率,轉(zhuǎn)子、葉輪的變化范圍小,捕獲風能的效率低;另一類是變速變距型,一般采用雙饋電機或者永磁同步電機,通過調(diào)速器和變槳距控制相結(jié)合的方法使葉輪轉(zhuǎn)速可以跟隨風速的變化在很寬的范圍內(nèi)變化,保持最佳葉尖速比運行,從而使cp(風能利用系數(shù))在很大的風速變化范圍內(nèi)均能保持最大值,能量捕獲效率最大。發(fā)電機發(fā)出的電能通過變流器調(diào)節(jié),變成與電網(wǎng)同頻、同相、同幅的電能輸送到電網(wǎng)。相比之下,變速型風力發(fā)電機具有不可比擬的優(yōu)勢。
目前流行的變速變槳風力發(fā)電機組的動力驅(qū)動系統(tǒng)主要兩種方案:一種是升速齒輪箱、繞線式異步電動機、雙饋電力電子變換器組合;另一種是無齒輪箱的直接驅(qū)動低速永磁發(fā)電機和全功率變頻器組合。兩個方案各有優(yōu)缺點:前者采用高速電機,體積小重量輕,雙饋變流器的容量僅與電機的轉(zhuǎn)差容量相關(guān),且效率高、價格低廉,缺點是升速齒輪箱價格貴,噪音大、易疲勞損壞;后者無齒輪箱,可靠性高,但采用低速永磁電機,體積大,造價高,變頻器需要全功率,成本提高。
除了上述兩個方案外,還引入了兩個折中方案,一個是低速集成齒輪箱的永磁同步電機和全功率變頻器組合;一個是高速齒輪箱的永磁同步電機和全功率變頻器組合。根據(jù)美國國家可再生能源實驗室報告的量化比較數(shù)據(jù)分析,這兩種折中方案也具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/div>
目前該市場使用的比較多的變頻器品牌有:ABB、VACON等。由于該領(lǐng)域技術(shù)門檻較高,這些國外品牌在這一關(guān)鍵部件市場占據(jù)了壟斷的地位。
2011年年底,ABB攜手Inocean組建合資公司,致力于海上風電綜合研究項目。ABB表示建設(shè)的海上風電農(nóng)場將會遠離海邊,這樣有利于提高風速,減少障礙物。但是,這就需要利用海上風力渦輪機發(fā)電,通過海上平臺收集電力,然后再通過電纜傳送到陸地平臺,最后進行電力分配。
ABB公司目前主要有兩類產(chǎn)品應用于風力發(fā)電系統(tǒng),一類是應用于雙饋發(fā)電機系統(tǒng)的變頻產(chǎn)品acs800-67,一類是應用于永磁同步電機且無齒輪箱(直驅(qū)系統(tǒng))的變頻產(chǎn)品acs800-77。這兩款產(chǎn)品代表了當今風電的兩大主流方向,現(xiàn)已經(jīng)成功應用于世界各地。
至于在核電行業(yè),用變頻的地方就更多了, 一般90kW以上的電機都使用變頻器驅(qū)動,此外,各種水泵油泵也都使用變頻器進行調(diào)控。
而風電設(shè)備制造業(yè)又以中小企業(yè)居多,行業(yè)競爭已近白熱化,整合、洗牌趨勢十分明顯。
2011年風電行業(yè)低壓變頻器的市場規(guī)模為7.1億,因為國家在2011年對此行業(yè)的投資減少,所以風電行業(yè)對低壓變頻器的需求量較2010年少了很多。
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