王凤翔

（沈阳工业大学电气工程学院 沈阳 110870）

1 引言

风能作为一种清洁和可再生能源获得越来越广泛的应用，风力发电更是成为近年来获得迅速发展的能源应用领域。风力发电有两个突出的特点：一是风能密度不够大，要获得大功率的风能需要采用直径很大的风力机，对于MW级的风力机，桨叶直径需要数十米甚至上百米，风力机的转速很低，只有10～20r/min；二是风速和风向的多变和不稳定性，为了获得电压和频率稳定的电能，风力发电机需要采用变速恒频控制技术[1]。

在输出功率相同的条件下，电机的体积近似与电机的转速成反比，为了减小发电机的体积以降低电机的成本，可通过多级增速机构将风力机的转速增至1 000～2 000r/min，然后驱动风力发电机。采用高速发电机虽然电机成本降低了，然而所增加的齿轮箱由于机械磨损和润滑需要定期维护，成为风电系统的故障多发部位[2]。据统计1997～2005年期间瑞典风电场中，齿轮箱和发电机的故障率分别为风电系统总故障的 19.4%和 8.9%，而 1996～2004年期间芬兰风电场中齿轮箱和发电机的故障率分别占风电系统故障率的 32%和 4%，齿轮箱是整个风电系统中故障率最高的部件[3,4]。为了提高风电系统的可靠性和降低运行成本，近年来开始推行取消增速箱采用低速风力机直接驱动的风力发电系统，虽然发电机的体积和成本增加，但系统效率和发电量增加而运行成本降低。随着单机功率的增加，低速直驱风力发电机的体积和……