變頻器被廣泛應用在風電行業的傳動系統中,主要的兩個應用點是:連接發電機;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電機組主要有兩種型式:一類是定槳距失速調節型,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電機,通過定槳距失速控制的風輪機使發電機的轉速保持在恒定的數值,繼而使風電機組并網后定子磁場旋轉頻率等于電網頻率,轉子、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,通過調速器和變槳距控制相結合的方法使葉輪轉速可以跟隨風速的變化在很寬的范圍內變化,保持最佳葉尖速比運行,從而使cp(風能利用系數)在很大的風速變化范圍內均能保持最大值,能量捕獲效率最大。發電機發出的電能通過變流器調節,變成與電網同頻、同相、同幅的電能輸送到電網。相比之下,變速型風力發電機具有不可比擬的優勢。
目前流行的變速變槳風力發電機組的動力驅動系統主要兩種方案: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動低速永磁發電機和全功率變頻器組合。兩個方案各有優缺點: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差容量相關,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。根據美國國家可再生能源實驗室報告的量化比較數據分析,這兩種折中方案也具有很大的發展潛力。
目前該市場使用的比較多的變頻器品牌有:ABB、VACON等。由于該領域技術門檻較高,這些國外品牌在這一關鍵部件市場占據了壟斷的地位。
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表示建設的海上風電農場將會遠離海邊,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品應用于風力發電系統,一類是應用于雙饋發電機系統的變頻產品acs800-67,一類是應用于永磁同步電機且無齒輪箱(直驅系統)的變頻產品acs800-77。這兩款產品代表了當今風電的兩大主流方向,現已經成功應用于世界各地。
至于在核電行業,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動,此外,各種水泵油泵也都使用變頻器進行調控。
而風電設備制造業又以中小企業居多,行業競爭已近白熱化,整合、洗牌趨勢十分明顯。
2011年風電行業低壓變頻器的市場規模為7.1億,因為國家在2011年對此行業的投資減少,所以風電行業對低壓變頻器的需求量較2010年少了很多。
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