永磁同步風(fēng)力發(fā)電機的原理和前景 　　我國風(fēng)能資源非常豐富，可開發(fā)的風(fēng)能潛力巨大。根據(jù)相關(guān)資料顯示，我國陸地風(fēng)能資源可開發(fā)量大約有23.8億千瓦，海上風(fēng)能資源可開發(fā)量約2億千瓦。我國風(fēng)能資源比較集中，“三北”地區(qū)（華北、東北和西北）以及東南沿海地區(qū)、沿海島嶼潛在風(fēng)能資源開發(fā)量約占全國的80%.風(fēng)能資源與煤炭資源的地理分布具有較高的重合度，與電力負荷則呈逆向分布。 “十三五”時期，我國風(fēng)力發(fā)電機裝機容量占發(fā)電機總?cè)萘勘壤龑⑦M一步加大，出于電網(wǎng)考慮，風(fēng)力發(fā)電機組必須在“低電壓穿越”保障下“御風(fēng)而行”。根據(jù) 發(fā)改委能源研究所有關(guān)人士透露，2020年陸地風(fēng)電的成本將與煤電持平，之后風(fēng)電將逐步脫離 補貼，“降低成本”也成為風(fēng)電行業(yè)未來發(fā)展面臨的新的“瓶頸”。揚州市引江發(fā)電設(shè)備有限公司成功推出2.5MW高速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機，實現(xiàn)了發(fā)電機低成本制造，使機組極易實現(xiàn)低電壓穿越，在國內(nèi)處于技術(shù)領(lǐng)先水平。 永磁同步風(fēng)力發(fā)電機由于機械損耗小、運行效率高、維護成本低等優(yōu)點成為繼雙饋感應(yīng)風(fēng)電機組之后的又一重要風(fēng)力發(fā)電機型受到社會廣泛關(guān)注，并逐漸開始投入使用。永磁同步風(fēng)力發(fā)電機主要由風(fēng)力機、永磁同步發(fā)動機、變頻器和變壓器組成。 （1）基本原理 永磁同步風(fēng)力發(fā)電的基本原理，就是利用風(fēng)力帶動風(fēng)力機葉片旋轉(zhuǎn)，拖動永磁同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)發(fā)電。永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和籠型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)類似，只是所采用的發(fā)電機為永磁式發(fā)電機，轉(zhuǎn)子為永磁式結(jié)構(gòu)，不需外部提供勵磁電源，提高了效率。它的變頻恒速控制是在定子回路中實現(xiàn)的，把永磁同步發(fā)電機的變頻的交流電通過變頻器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娋W(wǎng)同頻的交流電，實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電的并網(wǎng)，因此變頻器的容量與系統(tǒng)的額定容量相同。 （2）技術(shù)特點 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和更新，由于永磁材料性能和電力電子裝置的改善，永磁同步發(fā)電機已變得越來越具吸引力了。 采用永磁同步發(fā)電機的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有以下特點：1）永磁同步發(fā)電機系統(tǒng)不需要勵磁裝置，具有重量輕、效率高、功率因數(shù)高、可靠性好等優(yōu)點；2）變速運行范圍寬，即可超同步運行也可以亞同步運行；3）轉(zhuǎn)子無勵磁繞組，磁極結(jié)構(gòu)簡單、變頻器容量小，可以做成多極電機；4）同步轉(zhuǎn)速降低，使風(fēng)輪機和永磁發(fā)電機可直接耦合，省去了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的齒輪增速箱，減小了發(fā)電機的維護工作并降低噪聲，使直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)。 （3）適用場合 1）在電力供應(yīng)匱乏、交通不便、燃料短缺，但是風(fēng)力資源豐富的地區(qū)，可以解決部分用電問題，如為高速公路照明設(shè)備提供電源等；2）在單機容量比較小的風(fēng)場，永磁同步發(fā)電系統(tǒng)能夠并網(wǎng)發(fā)電；3）為農(nóng)村、牧區(qū)、邊防哨所、氣象臺站等偏遠、負載較輕的用戶，提供電力。

電機進相運行技術(shù)措施 發(fā)電機正常運行時，向系統(tǒng)提供有功的同時還提供無功，定子電流滯后于端電壓一個角度，此種狀態(tài)即遲相運行。當(dāng)逐漸減少勵磁電流使發(fā)電機從向系統(tǒng)提供無功而變?yōu)閺南到y(tǒng)吸收無功，定子電流從滯后而變?yōu)槌鞍l(fā)電機端電壓一個角度，此種狀態(tài)即進相運行。同步發(fā)電機進相運行時較遲相運行狀態(tài)勵磁電流大幅度減少，發(fā)電機電勢Eq亦相應(yīng)降低。從P-功角關(guān)系看，在有功不變的情況下，功角必將相應(yīng)增大，比值整步功亦相應(yīng)降低，發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定性下降。其穩(wěn)定極限與發(fā)電機短路比，外接電抗，自動勵磁調(diào)節(jié)器性能及其是否投運等有關(guān)。 　　進相運行時發(fā)電機定子端部漏磁較遲相運行時增大。特別是大型發(fā)電機線負荷高，正常運行時端部漏磁比較大，端部鐵芯壓指連接片溫升高，進相運行時因為漏磁增大，溫升加劇。進相運行時發(fā)電機端部電壓降低，廠用電電壓也相應(yīng)降低，如果超出10%，將影響廠用電運行。 　　因此，同步發(fā)電機進相運行要通過試驗確定進相運行深度。即在供給一定有功狀態(tài)下，吸收多少無功才能保持系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定，各部件溫升不超限，并能滿足電壓的要求。 　　進相運行進相運行現(xiàn)象： 　　1、勵磁電流大幅度減少; 　　2、發(fā)電機定子電壓降低; 　　3、發(fā)電機無功負荷變?yōu)樨撝怠?　　相運行進相運行危害： 　　1、增加發(fā)電機有功負荷，將使發(fā)電機向不穩(wěn)定方向發(fā)展，易造成發(fā)電機失穩(wěn)運行甚至系統(tǒng)振蕩事故。 　2、繼續(xù)減少發(fā)電機勵磁電流，使發(fā)電機進相深度增加，可能導(dǎo)致發(fā)電機失磁保護動作或發(fā)電機失穩(wěn)運行。 　　3、發(fā)電機進相運行，定子電流增加，定子發(fā)熱增加;發(fā)電機進相運行時，定子端部漏磁通變化比增大，使得端部發(fā)熱嚴(yán)重，發(fā)電機定子線圈溫度將持續(xù)上升。 　　4、發(fā)電機進相運行，發(fā)電機出口電壓降低，使得6KV母線電壓降低。設(shè)有低電壓保護的高壓電動機將跳閘;運行中的各電氣設(shè)備，因母線電壓降低，電流增大，導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱，長時間運行會損壞設(shè)備絕緣。 　　該廠母線電壓考核范圍為230—235KV，在電網(wǎng)某些運行方式下，會出現(xiàn)我廠發(fā)電機無功減至 但是母線電壓仍然高出235KV，此時應(yīng)考慮發(fā)電機進相運行。 　　一、運行人員要密切監(jiān)視220KV母線電壓和機組有功、無功負荷，當(dāng)母線電壓超過235 KV時，必須控制發(fā)電機組功率因數(shù)達到0.99以上。當(dāng)機組功率因數(shù)已達0.99以上，母線電壓接近控制上限值時，值長應(yīng)主動向上級調(diào)度匯報，根據(jù)上級調(diào)度的命令調(diào)整機組無功出力，直至進相運行。 　　二、發(fā)電機是否進相運行由值長統(tǒng)一命令執(zhí)行，在進相運行前應(yīng)匯報上級調(diào)度發(fā)電機帶無功及220KV母線電壓情況，并請示上級調(diào)度申請進相運行，如上級調(diào)度未許可則申請220KV母線電壓超限點免考核，未經(jīng)上級調(diào)度許可不得擅自進相運行。 　　三、機組在不同運行方式下進相運行規(guī)定： 　　1、單機運行時原則上不進相運行，但在春節(jié)等特殊方式下除外。 　　2、雙機運行時原則上一臺機進相運行，另一臺機組保持高功率因數(shù)遲相運行，即控制無功盡量在小范圍。但在春節(jié)等特殊方式下可以同時進相運行。 　　3、在考慮進相運行的機組時，該機組運行情況應(yīng)保持穩(wěn)定。否則考慮另一臺機組進相運行，當(dāng)兩臺機組運行都不穩(wěn)定時，應(yīng)向上級調(diào)度說明詳細情況，并按照調(diào)度命令執(zhí)行。 　　4、若兩臺機同時運行時，考慮兩臺機同時進相，且兩臺機進相深度應(yīng)保持平衡。 　　四、連續(xù)進相運行時間不得超過6小時。 　　五、進相運行時，應(yīng)專設(shè)監(jiān)盤人員，并嚴(yán)格按照上級調(diào)度命令進行。 　　六、在發(fā)電機進相運行期間，無值長允許任何崗位人員不得私自啟動6KV轉(zhuǎn)機，包括輸煤、脫硫、化學(xué)、水源地，否則將按嚴(yán)重違反生產(chǎn)調(diào)度紀(jì)律處理!待啟動6KV轉(zhuǎn)機前，值班員需將6KV廠用母線電壓調(diào)整至6.1KV以上，在啟動電泵、循泵、增壓風(fēng)機等大容量設(shè)備需將6KV廠用母線電壓調(diào)整至6.45KV以上。 　　七、進相運行時操作：在進相運行前，請示上級調(diào)度解除AVC裝置自動，手動減少發(fā)電機勵磁，發(fā)電機在減少無功操作時，要循序漸進緩慢進行，嚴(yán)禁超調(diào)度規(guī)定進相深度值。進相結(jié)束后，手動增加發(fā)電機勵磁，使之恢復(fù)正常運行方式觀察五分鐘無異常后，投入AVC自動。在手動調(diào)整期間應(yīng)保持220KV母線電壓合格。 　　八、進相運行期間監(jiān)視參數(shù)：發(fā)電機出入口風(fēng)溫、定冷水、氫氣壓力;定子鐵芯及鐵芯端部溫度、定子線圈各部溫升、溫差不超過規(guī)定允許值、軸振不超過允許值;定子電流、勵磁電流、端電壓、勵磁變高壓側(cè)電流、滑環(huán)溫度、勵磁變溫度不超過允許值;上述參數(shù)每小時檢查一次。 　　九、進相運行參數(shù)控制： 　　1、任一段6KV廠用母線電壓不得低于5.8KV，0.4KV母線電壓不得低于0.36KV(照明段除外)，發(fā)電機端電壓不得低于20KV，220KV母線電壓230—235KV，功率因數(shù)不得低于0.95。 　　2、發(fā)電機進相運行時功角不得大于60度，防止系統(tǒng)沖擊破壞發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定而造成發(fā)電機震蕩。 　　3、進相深度試驗數(shù)據(jù)(二零零九年河南省電力實驗院)： 　　4、根據(jù)我廠實際情況且在實驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上再留有充分進相裕度，現(xiàn)規(guī)定：發(fā)電機進相深度限制不得超過調(diào)度規(guī)定的進相深度。 　　5、在機組負荷大于500MW情況下需要進相時，應(yīng)向上級調(diào)度充分說明此時進相運行危險性，并按上級調(diào)度命令處理。 　　十、發(fā)電機進相運行必要條件：勵磁系統(tǒng)自動運行，勵磁自動調(diào)節(jié)器無異常報警信號;低勵限制、失磁保護投入。 　　十一、進相運行機組應(yīng)具備雙向無功表，自動勵磁調(diào)節(jié)裝置正常投入，其低勵定值應(yīng)按滿足進相運行進行整定。 　　十二、若進相運行引起系統(tǒng)故障時，應(yīng)立即恢復(fù)原運行方式。 　　十三、進相運行期間做好事故預(yù)想，在值班日志做好進相運行時間、進相深度及命令人等相關(guān)記錄。 　　十四、進相運行期間事故處理： 　　1、若發(fā)電機出現(xiàn)機端電壓越下限，應(yīng)立即停止進相并匯報上級調(diào)度，積極恢復(fù)6KV母線電壓不超過規(guī)定值，確保廠用電系統(tǒng)穩(wěn)定。 　　2、運行期間參數(shù)異常達到停機值則應(yīng)申請停機。 　　3、若震蕩或者失去同步時，應(yīng)立即增加勵磁電流，同時減少有功負荷，恢復(fù)正常運行方式，若在1分鐘內(nèi)不能恢復(fù)則申請停機，待系統(tǒng)正常后再申請并網(wǎng)。 　　4、發(fā)電機失磁，若失磁保護動作跳閘，則按發(fā)電機跳閘處理，若保護未動作則應(yīng)立即解列發(fā)電機。 　　5、在進相運行過程中若發(fā)生異常情況，應(yīng)及時匯報調(diào)度。