直驱式和双馈式风力发电机组介绍

直驱式永磁同步风力发电机概述永磁同步发电机是一种以永磁体进行励磁的同步电机，应用于风力发电系统，称为永磁同步风力发电机。

永磁同步风力发电机一般不用齿轮箱，而将风力机主轴与低速多极同步发电机直接连接，为“直驱式”，所以称为直驱式永磁同步风力发电机，以下本章除特指外均简称为永磁同步发电机。

一、永磁同步发电机的特点1.与传统电励磁同步发电机比较同步发电机是一种应用广泛的交流电机，其显著特点是转子转速n与定子电流频率f之间具有固定不变的关系，即n=n0=60f/p，其中n为同步转速，p为极对数。

现代社会中使用的交流电能几乎全部由同步发电机产生。

永磁同步发电机是一种结构特殊的同步发电机，它与传统的电励磁同步发电机的主要区别在于：其主磁场由永磁体产生，而不是由励磁绕组产生。

与普通同步发电机相比，永磁同步发电机具有以下特点：（1）省去了励磁绕组、磁极铁芯和电刷-集电环结构，结构简单紧凑，可靠性高，免维护。

（2）不需要励磁电源，没有励磁绕组损耗，效率高。

（3）采用稀土永磁材料励磁，气隙磁密较高，功率密度高，体积小，质量轻。

（4）直轴电枢反应电抗小，因而固有电压调整率比电励磁同步发电机小。

（5）永磁磁场难以调节，因此永磁同步发电机制成后难以通过调节励磁的方法调节输出电压和无功功率（普通同步发电机可以通过调节励磁电流方便地调节输出电压和无功功率）。

（6）永磁同步发电机通常采用钕铁硼或铁氧体永磁，永磁体的温度系数较高，输出电压随环境温度的变化而变化，导致输出电压偏离额定电压，且难以调节。

（7）永磁体存在退磁的可能。

目前，永磁同步发电机的应用领域非常广泛，如航空航天用主发电机、大型火电站用副励磁机、风力发电、余热发电、移动式电源、备用电源、车用发电机等都广泛使用各种类型的永磁同步发电机，永磁同步发电机在很多应用场合有逐步代替电励磁同步发电机的趋势。

2.与非直驱式双馈风力发电机比较虽然双馈风力发电机是目前应用最广泛的机型，但随着风力发电机组单机容量的增大，双馈型风力发电系统中齿轮箱的高速传动部件故障问题日益突出，于是不用齿轮箱而将风力机主轴与低速多极同步发电机直接连接的直驱式布局应运而生。

双馈型风机与直驱型风机的比较分析学号：姓名:学院(系): 自动化学院专业: 电气工程及其自动化2013 年1 月双馈型风机与直驱型风机的比较分析1、引言1.1风力发电的背景风力发电是电力可持续发展的最佳战略选择。

清洁、高效成为能源生产和消费的主流,世界各国都在加快能源发展多样化的步伐。

从20 世纪90 年代开始,世界能源电力市场发展最为迅速的已经不再是石油、煤和天然气,而是太阳能发电、风力发电等可再生能源。

世界各地都在通过立法或不同的优惠政策积极激励、扶持发展风电技术，而中国是风能资源较丰富的国家,更需要开发利用风电技术。

技术创新使风电技术日益成熟。

目前,在发达国家风电的年装机容量以35.7%高速度增长。

一个重要原因是各国积极以科学的发展观,采取技术创新,使风电技术日益成熟。

目前单机容量500kW、600kW、750kW 的风电机组已达到批量商业化生产的水平,并成为当前世界风力发电的主力机型,兆瓦级的机组也已经开发出来,并投入生产试运行。

同时,在风电机组叶片设计和制造过程中广泛采用了新技术和新材料，风电控制系统和保护系统广泛应用电子技术和计算机技术,有效地提高风力发电总体设计能力和水平,而且新材料和新技术对于增强风电设备的保护功能和控制功能也有重大作用。

风力发电将能迅速缓解我国能源急需和电力短缺的局面，近两年中国出现大面积的缺电，风能发电对于缓解缺电具有非同寻常的意义。

风电的诸多优势中，一个重要特点是风电上马快，不像火电、水电的建设需要按年来计算，风电在有风场数据的前提下其建设只需要以周、月来计算，即风场是可以在短时间内完成的。

世界风电正在以33%甚至在部分国家以60%以上的增速发展，我国完全有可能以迅速发展风电的模式来解决我国燃眉之急的电力短缺。

1.2世界风电技术的发展进入二十一世纪之后，随着现代电力电子技术的不断发展，新材料的涌现以及工艺的不断完善，世界风力发电技术又向前迈进了一大步，主要表现如下：（1）风力发电单机容量继续稳步上升。

“直驱VS双馈”风机技术流派大比对随着国家新能源发展线路的明确，风电行业的发展正在被越来越多的人所关注和期待。

在风电技术的选择方面，随着国内风机大型化趋势的升级，业内对于直驱与双馈技术孰优孰劣的讨论也更加激烈。

今天我们就从发展历史、运维情况、发展趋势等方面来比对一下这两种技术的特点。

发展历史现在市场上有一种误解，即直驱技术是一种新兴的技术，而双馈技术是传统的技术。

其实，从诞生时间看，双馈和直驱两种技术几乎是同时出现的，甚至直驱技术的出现要比双馈技术更早些。

但是发展至今，双馈技术因其运行稳定的特性占据了大片的市场份额。

双馈、直驱两种技术路线的本质区别在于双馈型是带“齿轮箱”的，而直驱型是不带“齿轮箱”的。

现在全世界风电机组中，85％以上是带齿轮箱的机型。

尤其在技术、稳定性及可靠性要求更高的海上机组中，无一例外的全部采用了技术成熟且可靠性好的带齿轮箱技术方案，包括2兆瓦、2.3兆瓦、3兆瓦、3.6兆瓦、5兆瓦等各级别机型，厂商包括Vestas，Siemens,Repower,华锐风电等全球所有主要海上风电机组生产厂商。

目前为止，除金风科技的一台1.5兆瓦机组外，全世界范围内还没有更多的直驱机组下海。

从目前国内的情况来看，双馈变桨变速型风机的装机容量最大。

代表厂家包括vestas，GE，GAMESA，华锐，东汽，国电联合动力、明阳、上海电气，北重等；直驱式变桨变速型风机也有一定装机容量，代表厂家包括如金风，湘电，上海万德等；此外还有一种失速型定桨定速风机，多数为小功率机型，目前在大功率机型上基本淘汰。

从市场份额来看，多数业内人士认为，带齿轮箱的风电技术将在今后相当长的时间内继续占据市场主流地位。

而直驱技术的市场表现如何，还有待观察。

部件差异在发电机、变频器、齿轮箱等风机主要部件中，双馈和直驱机型都存在一定的差异。

从发电机看：目前双馈机组采用双馈式异步发电机，而直驱机组多采用低速多极发电机，发电机的励磁方式分为永磁和电励磁两类。

双馈型风机与直驱型风机的比较分析学号：姓名:学院(系): 自动化学院专业: 电气工程及其自动化2013 年1 月双馈型风机与直驱型风机的比较分析1、引言1.1风力发电的背景风力发电是电力可持续发展的最佳战略选择。

清洁、高效成为能源生产和消费的主流,世界各国都在加快能源发展多样化的步伐。

从20 世纪90 年代开始,世界能源电力市场发展最为迅速的已经不再是石油、煤和天然气,而是太阳能发电、风力发电等可再生能源。

世界各地都在通过立法或不同的优惠政策积极激励、扶持发展风电技术，而中国是风能资源较丰富的国家,更需要开发利用风电技术。

技术创新使风电技术日益成熟。

目前,在发达国家风电的年装机容量以35.7%高速度增长。

一个重要原因是各国积极以科学的发展观,采取技术创新,使风电技术日益成熟。

目前单机容量500kW、600kW、750kW 的风电机组已达到批量商业化生产的水平,并成为当前世界风力发电的主力机型,兆瓦级的机组也已经开发出来,并投入生产试运行。

同时,在风电机组叶片设计和制造过程中广泛采用了新技术和新材料，风电控制系统和保护系统广泛应用电子技术和计算机技术,有效地提高风力发电总体设计能力和水平,而且新材料和新技术对于增强风电设备的保护功能和控制功能也有重大作用。

风力发电将能迅速缓解我国能源急需和电力短缺的局面，近两年中国出现大面积的缺电，风能发电对于缓解缺电具有非同寻常的意义。

风电的诸多优势中，一个重要特点是风电上马快，不像火电、水电的建设需要按年来计算，风电在有风场数据的前提下其建设只需要以周、月来计算，即风场是可以在短时间内完成的。

世界风电正在以33%甚至在部分国家以60%以上的增速发展，我国完全有可能以迅速发展风电的模式来解决我国燃眉之急的电力短缺。

1.2世界风电技术的发展进入二十一世纪之后，随着现代电力电子技术的不断发展，新材料的涌现以及工艺的不断完善，世界风力发电技术又向前迈进了一大步，主要表现如下：（1）风力发电单机容量继续稳步上升。

双馈、直驱、半驱风力发电机工作原理双馈、直驱和半驱风力发电机是目前常见的几种风力发电机构。

它们分别采用不同的工作原理来转换风能为电能，并在风力发电行业中得到广泛应用。

我们来了解一下双馈风力发电机的工作原理。

双馈风力发电机是一种采用异步发电机的结构，其转子由两部分组成：一个是固定子，另一个是转子。

风力通过叶片传递给转子，转子通过传动系统将机械能转化为电能。

在双馈风力发电机中，转子的定子通过拖动转子的磁场，使得风力发电机可以实现变频调速。

双馈风力发电机具有转矩平稳、响应速度快的优点，可以适应不同风速下的工作状态。

接下来，我们介绍一下直驱风力发电机的工作原理。

直驱风力发电机是一种采用永磁同步发电机的结构，其转子由永磁体构成。

风力通过叶片传递给转子，转子通过直接驱动发电机产生电能。

直驱风力发电机不需要传动系统，减少了能量转换的损失，提高了发电效率。

直驱风力发电机具有结构简单、体积小、维护成本低等优点，逐渐成为风力发电领域的主流技术。

我们来了解一下半驱动风力发电机的工作原理。

半驱动风力发电机是双馈风力发电机和直驱风力发电机的结合体，它采用了双馈发电机的转子结构和直驱发电机的永磁体。

风力通过叶片传递给转子，转子通过传动系统将机械能转化为电能。

半驱动风力发电机兼具双馈风力发电机和直驱风力发电机的优点，具有较高的发电效率和稳定性。

双馈、直驱和半驱风力发电机是目前常见的几种风力发电机构。

它们分别采用不同的工作原理来转换风能为电能，并在风力发电行业中发挥重要作用。

双馈风力发电机通过变频调速实现转矩平稳，响应速度快；直驱风力发电机通过永磁同步发电机实现高效发电；半驱动风力发电机兼具双馈和直驱的优点，具有较高的发电效率和稳定性。

随着风力发电技术的不断发展，这些风力发电机构将进一步完善和提升，为可持续能源的开发和利用做出更大贡献。

双馈式\直驱式风力发电机的对比【摘要】双馈式风力发电机与直驱式风力发电机是两种各有优势的机型，二者属于相互竞争的关系，同时它们也是相互促进的，这就是常说的有竞争就有进步，最终形成优势互补。

本文对这两种机型分别进行了描述、比较，为这两种大型风力发电机的应用奠定一定的理论基础。

【关键词】齿轮箱；永磁电机；变速箱前言本文通过对直驱式和双馈式两种不同的风力发电机进行描述，并从二者的主要结构特性对其各自不同的优缺点进行分析阐述，以增进人们的了解，使其得到更好的应用充分发挥其自身机能和作用。

1、双馈式异步发电机双馈式异步发电机实际是异步感应电机的一种变异，这种发电机始于上世纪80年代，日本日立公司、东芝公司和前苏联在这种发电机的研制和开发中都作出了显著的贡献。

目前美国GE能源、EMD；德国VEM Sachsenwerk GmbH，LDW；瑞士ABB等公司的很多风力发电机产品，采用变速双馈风力发电的技术方案。

目前，市场占有率最高的双馈变速恒频风力发电机组，其风轮桨距角可以调节，同时发电机可以变速，并输出恒频恒压电能，效率较高。

在低于额定风速时，它通过改变转速和桨距角使机组在最佳尖速比下运行，输出最大的功率，而在高风速时通过改变桨距角使机组功率输出稳定在额定功率。

这种形式的性价比和效率均较高，逆变器功率较小。

调速范围达到30%额定转速，变流的容量只有系统容量的30%左右，变速恒频驱动和MPPT控制，有功、无功功率可独立进行控制。

双馈异步发电机在结构上与绕线式异步电机相似，定子、转子均为三相对称绕组，转子绕组电流由滑环导入，定子接入电网，电网通过四象限AC-DC-AC 变频器向发电机的转子供电，提供交流励磁。

但存在滑环和变速箱的问题，对电网的冲击较大。

由于风能的不稳定性和捕获最大风能的要求，发电机转速是在不断的变化，而且经常在同步转速上、下波动，为了实现风力机组的最大能量的追踪和捕获，满足电网对输入电力的要求，风力发电机必须变速恒频运行。

双馈、直驱、半驱风力发电机工作原理双馈风力发电机、直驱风力发电机和半驱风力发电机是目前常见的风力发电机类型。

它们分别采用不同的工作原理，以实现风能的高效转化为电能。

双馈风力发电机是一种常用的风力发电机类型。

它由风轮、发电机和变频器组成。

风轮通过叶片将风能转化为机械能，驱动发电机旋转。

发电机是双馈结构，即具有两个馈线圈：一个是固定转子上的主馈线圈，另一个是转子上的副馈线圈。

主馈线圈与电网相连，副馈线圈通过变频器与电网相连。

当风力发电机转速变化时，电网电压和频率不变，主馈线圈的电流也保持不变。

副馈线圈的电流则通过变频器调节，以使发电机输出的电流和电网电压保持同步，实现电能的高效输送和稳定输出。

直驱风力发电机则是将风轮直接连接到发电机上，取消了传统的传动装置。

风轮通过叶片将风能转化为机械能，直接驱动发电机旋转。

直驱风力发电机通常采用永磁同步发电机作为发电机，它具有结构简单、高效率等优点。

此外，直驱风力发电机还可以在变速范围内实现高效的风能转化，适应不同风速下的发电需求。

半驱风力发电机是双馈风力发电机和直驱风力发电机的结合。

它采用了一种带有齿轮箱的直驱发电机，以实现风能的高效转化。

风轮通过叶片将风能转化为机械能，经过齿轮箱的变速作用后，驱动发电机旋转。

半驱风力发电机既兼具了直驱风力发电机的高效率特点，又克服了直驱风力发电机在变速范围内的限制。

通过合理设计齿轮箱的传动比，可以使发电机在不同风速下都能实现高效的发电。

总结起来，双馈风力发电机、直驱风力发电机和半驱风力发电机都是通过将风能转化为机械能，再将机械能转化为电能的方式实现风力发电。

它们分别采用了不同的工作原理，以实现风能的高效转化和稳定输出。

在不同的应用场景中，可以根据具体需求选择合适的风力发电机类型，以实现风能的最大利用和经济效益的最大化。

风力发电机组构成与机组简介1.风电机组构成风力发电机组主要由风力机、传动装置、发电机、控制系统等部分组成。

电网风力机是风力发电机组的重要部件，风以一定的风速和攻角作用在风力机的桨叶上，使风轮受到旋转力矩的作用而旋转，同时将风能转化为机械能来驱动发电机旋转。

有定桨距和变桨距风力机之分。

风力机的转速很低，一般在十几r/min~几十r/min范围内，需要经过传动装置升速后，才能驱动发电机运行。

直驱式低速风力发电机组可以由风力机直接驱动发电机旋转，省去中间的传动机构，显著提高了风电转换效率，同时降低了噪声和维护费用，也提高了风力发电系统运行的可靠性。

发电机的任务是将风力机轴上输出的机械能转换成电能。

发电机的选型与风力机类型以及控制系统直接相关。

目前，风力发电机广泛采用感应发电机、双馈（绕线转子）感应发电机和同步发电机。

对于定桨距风力机，系统采用恒频恒速控制时，应选用感应发电机，为提高风电转换效率，感应发电机常采用双速型。

对于变桨距风力机，系统采用变速恒频控制时，应选用双馈（绕线转子）感应发电机或同步发电机。

同步发电机中，一般采用永磁同步发电机，为降低控制成本，提高系统的控制性能，也可采用混合励磁（既有电励磁又有永磁）同步发电机。

对于直驱式风力发电机组，一般采用低速（多级）永磁同步发电机。

控制系统由各种传感器、控制器以及各种执行机构等组成。

风力发电机组的控制系统一般以PLC为核心，包括硬件系统和软件系统。

传感信号表明了风力发电机组目前运行的状态，当与机组的给定状态不相一致时，经过PLC的适当运算和处理后，由控制器发出控制指令，是系统能够在给定的状态下运行，从而完成各种控制功能。

主要的控制功能有：变桨距控制、失速控制、发电机转矩控制以及偏航控制等。

控制的执行机构可以采用电动执行机构，也可能采用液压执行机构。

目前，风力发电机组主要有恒速恒频控制和变速恒频控制这两种系统控制方式。

前者采用“恒速风力机+感应发电机”，常采用定桨距失速调节或者主动失速调节来实现功率控制。

浅析双馈式风力发电机低电压穿越技术一、双馈式风力发电机简介双馈式风力发电机是一种能有效调节转子速度的风力发电机，其主要特点是在转子绕组中引入了一个次级电流，较大地提高了发电机的转矩与功率因数，从而提高了风力发电机的整体性能。

与传统的固定式风力发电机相比，双馈式风力发电机有着更高的风能利用效率和更好的低电压穿越能力。

其工作原理主要是通过定子绕组的多级变压器和双馈路，使得风力发电机能够在较低的电网电压下继续运行，从而提高了风电的可靠性和稳定性。

1. 低电压穿越现象在一些特殊情况下，比如电网故障或者风速急剧下降等情况下，风力发电系统所接入的电网电压可能急剧下降，甚至出现短暂的停电情况。

针对这种情况，传统的固定式风力发电机可能因为电网电压下降而无法继续正常运行，甚至发生机组停机。

而双馈式风力发电机则能够通过其特有的双馈路和多级变压器的设计，使得发电机能够在较低的电网电压下继续运行，从而避免了由于电网电压下降而引起的停机现象，提高了风力发电系统的可靠性。

双馈式风力发电机低电压穿越技术的主要原理是通过其次级电流的调节，使得风力发电机能够在电网电压下降的情况下，自动地调节转子速度和输出功率，以保证发电机的安全稳定运行。

具体来说，当电网电压下降时，通过次级电流的调节，可以在一定程度上提高转子的磁场励磁，从而提高发电机的输出功率，使得风力发电系统在低电压情况下仍能够继续正常运行。

双馈式风力发电机低电压穿越技术具有以下几点优势：（1）提高了风力发电系统的可靠性和稳定性。

在电网电压下降的情况下，双馈式风力发电机可以通过调节次级电流和转矩，使得发电机能够在较低的电网电压下继续运行，避免了由于电网电压下降而引起的停机现象，提高了风力发电系统的可靠性。

（2）提高了风能的利用效率。

通过低电压穿越技术，双馈式风力发电机可以在较低的电网电压下继续正常运行，保证了风能的稳定利用，提高了风力发电系统的整体性能。

（3）降低了对电网的影响。

双馈风电机组与永磁直驱机组对比摘要：清洁能源在电力系统中的大规模利用，使得风电机组在电网中的占比日益扩大，其运行特性极大地影响电力系统的运行稳定性.本文分析了双馈变速与直驱同步风电机组的结构特点。

关键词：电力系统；风力机组；永磁直驱机风力发电机组主要包括变频器、控制器、齿轮箱，发电机、主轴承、叶片等部件，在这些部件中发电机目前国产化程度最高，它的价格约占机组的10%左右。

发电机主要包括两种机型：永磁同步发电机和异步发电机。

永磁同步发电机低速运行时，不需要庞大的齿轮箱，但机组体积和重量都很大，1.5MW的用词直驱发电机机舱会达到5米，整个重量达80吨。

同时，永磁直驱发电机的单价较贵，技术复杂，制造困难，但是这种机型的优点是少了个齿轮箱，也就少了个故障点。

异步发电机是由风机拖动齿轮箱，在带动异步发电机运行，因为叶片速度很低，齿轮箱可以变速100倍，以让风机在额定转速下运行，目前流行的是双馈异步发电机，主要有1.25MW\1.5MW\2MW三种机型，异步发电机组的机组单价低，技术成熟，国产化高。

一、双馈风力发电系统双馈风力发电机组的控制核心是通过变流器对双馈发电机转子电流（频率、幅值、相位）的控制，以达到与风电机组机械部分运行特性匹配、提高风能的利用效率及改善供电质量的目的。

1、双馈变速恒频型风力发电机组的风轮叶片桨距角可以调节，同时发电机可以变速，并输出恒频恒压电能；2、在低于额定风速时，他通过改变转速和叶片桨距角使风力发电机组在最佳叶尖速比下运行，输出最大的功率；3、在高风速时通过改变叶片桨距角使风力发电机组功率输出稳定在额定功率。

双馈风力发电系统主要由叶片、增速齿轮箱、双馈发电机、双向变流器和控制器组成。

双馈式风力发电机组将风轮吸收的机械能通过增速机构传递到发电机，发电机将机械能转化为电能，通过发电机定子、转子传送给电网。

发电机定子绕组直接和电网连接，转子绕组和变频器相连。

变频器控制电机在亚同步和超同步转速下都保持发电状态。

双馈风电机组与永磁直驱机组对比摘要：清洁能源在电力系统中的大规模利用，使得风电机组在电网中的占比日益扩大，其运行特性极大地影响电力系统的运行稳定性.本文分析了双馈变速与直驱同步风电机组的结构特点。

关键词：电力系统；风力机组；永磁直驱机风力发电机组主要包括变频器、控制器、齿轮箱，发电机、主轴承、叶片等部件，在这些部件中发电机目前国产化程度最高，它的价格约占机组的10%左右。

发电机主要包括两种机型：永磁同步发电机和异步发电机。

永磁同步发电机低速运行时，不需要庞大的齿轮箱，但机组体积和重量都很大，1.5MW的用词直驱发电机机舱会达到5米，整个重量达80吨。

同时，永磁直驱发电机的单价较贵，技术复杂，制造困难，但是这种机型的优点是少了个齿轮箱，也就少了个故障点。

异步发电机是由风机拖动齿轮箱，在带动异步发电机运行，因为叶片速度很低，齿轮箱可以变速100倍，以让风机在额定转速下运行，目前流行的是双馈异步发电机，主要有1.25MW\1.5MW\2MW三种机型，异步发电机组的机组单价低，技术成熟，国产化高。

一、双馈风力发电系统双馈风力发电机组的控制核心是通过变流器对双馈发电机转子电流（频率、幅值、相位）的控制，以达到与风电机组机械部分运行特性匹配、提高风能的利用效率及改善供电质量的目的。

1、双馈变速恒频型风力发电机组的风轮叶片桨距角可以调节，同时发电机可以变速，并输出恒频恒压电能；2、在低于额定风速时，他通过改变转速和叶片桨距角使风力发电机组在最佳叶尖速比下运行，输出最大的功率；3、在高风速时通过改变叶片桨距角使风力发电机组功率输出稳定在额定功率。

双馈风力发电系统主要由叶片、增速齿轮箱、双馈发电机、双向变流器和控制器组成。

双馈式风力发电机组将风轮吸收的机械能通过增速机构传递到发电机，发电机将机械能转化为电能，通过发电机定子、转子传送给电网。

发电机定子绕组直接和电网连接，转子绕组和变频器相连。

变频器控制电机在亚同步和超同步转速下都保持发电状态。