双馈异步发电机(金风)剖析

双馈风电机组工作原理及常见缺陷原因分析田松涛发布时间：2021-09-07T03:20:51.044Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第11期作者：田松涛[导读] 变桨恒频风电机组通过调节桨距角控制发电机转速，并网后在额定风速以下，通过调整发电机转矩，使得发电机转速随风速变化而变化，获取最大风能。

在额定风速以上，通过调节桨距角，控制发电机转速在额定转速范围，并限制叶轮获取更多能量，保证发电机连续输出额定功率。

大唐四川发电有限公司新能源分公司四川成都 610000摘要：风电机组主要分变速恒频双馈及电力磁/永磁直驱风电机组或半直驱风电机组。

因直驱风机发电机、变频器造价成本高，效能转化略低，因而，目前国内主流机型仍为变桨变速恒频双馈发电机组。

关键词：双馈风力发电机组；缺陷及原因分析一、变桨恒频双馈风电机组工作原理（一）工作原理变桨恒频风电机组通过调节桨距角控制发电机转速，并网后在额定风速以下，通过调整发电机转矩，使得发电机转速随风速变化而变化，获取最大风能。

在额定风速以上，通过调节桨距角，控制发电机转速在额定转速范围，并限制叶轮获取更多能量，保证发电机连续输出额定功率。

变桨恒频双馈发电机组，因采取不同的发电机，并配备励磁变频器，用于提供转子可变的励磁电流。

在风速变化的同时，通过变频器调整转子励磁电流的频率控制发电机定子输出与电网频率、相位、幅值相等的电压。

f1=pn/6+f2f1：定子电压频率；f2：变频器提供的励磁电流频率P:发电机极对数；n:发电机转速变桨恒频双馈风电机组的发电机与转子侧变频器相连，其作用是对发电机进行励磁控制，可以实现对机组有功和无功功率解耦，使转子达到预期的转速。

电网侧变频器与网侧接触器相连，而网侧变频器与机侧变频器通过直流母排相连，实现交直交电压转化，达到直流环节有功功率和与电网间交换的有功功率的平衡，可以控制直流侧电压的稳定和交流侧功率因数。

发电机定子侧连接定子接触器或并网断路器，当转子变频器检测到定子输出电压频率、相位、幅值与电网电压一致时，定子接触器闭合，实现并网。

双馈异步风力发电机(西莫讲堂)主讲人：Edinburgh关键词：双馈异步风力发电机会议摘要：1. 引言：风力发电机组主要包括变频器，控制器，齿轮箱（视机型而定），发电机，主轴承，叶片等等部件，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2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，但是机组体积和重量都很大，1.5MW的永磁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，再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1500RPM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，异步发电机的机组单价低，1KW大概需6000元左右，而且技术成熟，国产化高。

2.双馈异步发电机的原理：所谓双馈，可以理解为定子、转子同时可以发出电能，发电机原理理论上说只要有动力带动电动机，在电动机的定子侧就能直接发出电能。

现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转矩（即风轮转动惯量），通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。

如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。

双馈发电机正是由叶片通过齿轮箱变速，带动电机高速旋转，同时转子接变频器，通过变频器PWM 控制以达到定子侧输出相对完美正弦波，同时在额定转速下，转子侧也能同时发出电流，以达到最大利用风能效果。

通俗的讲，就是要变频器控制转子电流，反馈到定子上面，保证定子发出相对完美的正弦无谐波电能，同时在额定转速下，转子也能发出功率出来。

有个大致感觉是1.5MW发电机的定子发电量大概1200KW，转子大约300KW，转子侧发出的功率要在30%以下，总之越少越好这样可以让变频器功率小点。

双馈发电机原理讲解 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】一．双馈发电机原理讲解二．风力发电机的主要类型1．异步发电机笼鼠式异步发电机特点：应用于早期的风力发电机，离网型的小型发电机，结构简单，性能稳定，成本低。

缺点：并网运行时，转速必须超过同步转速，在风速较小的时候效率很差。

一般做成大小两个发电机，或者改变定子绕组以改变同步转速，按照风速段转换。

绕线转子异步发电机特点：转子绕组外接电阻，在风速变化的时候，改变外接电阻的大小以控制输出的功率。

风速大的时候多余的能量可以消耗在转子电阻上。

双馈异步发电机特点：使用双馈变频器对转子进行交流励磁，随着转子物理转速的变化，改变交流励磁的交流电的频率，幅值，相序以及相位，以使定子输出的电压幅值和电流频率保持恒定，同时可以向电网输出感性或容性的无功。

2．同步发电机永磁同步发电机特点：转子由永磁材料制成，结构简单，不易损坏和维护方便，容量可以做到很大。

转子可以做成很多级，这样可以使其同步转速降低，配合全功率变流器，在低风速的时候也可以发电。

一般用于海上风机。

直流励磁同步发电机特点：现在的水力和火力发电机组使用的形式，转子由直流励磁，改变励磁电流的大小，可以调节输出的功率大小和因数。

三． 双馈异步发电机原理1．旋转磁场旋转磁场就是一种极性和大小不变，且以一定转速旋转的磁场。

从理论分析和实践证明，在对称三相绕组中流过对称三相交流电时会产生这种旋转磁场。

三相对称绕组就是三个外形、尺寸、匝数都完全相同、首端彼此互隔120o 、对称地放置到定子槽内的三个独立的绕组由电网提供的三相电压是对称三相电压，由于对称三相绕组组成的三相负载是对称三相负载，每相负载的复阻抗都相等，所以，流过三相绕组的电流也必定是对称三相电流。

2．旋转磁场的转速和转向以异步电动机为例，说明旋转磁场的转速和方向同励磁电流的关系。

① ωt=0 o 时，合成磁场方向：向下② ωt=60o 时，合成磁场方向顺时针转过60o 。

金风直驱型风机与双馈型风机实际运行情况分析金风直驱型机组自2007年投入市场以来，产品技术路线经历了市场的疑虑、选择、认可过程。

从最初对直驱型风机优越性的理论性分析说明到目前实际的运行数据对比，充分证明了直驱型风机发电效率高、维护量少、备品备件消耗品用量少，寿命期内维护成本低，大部件寿命长的特点。

以下内容是华能马力风电厂对该风电场金风GW1500kW机组与同风场1500kW双馈机组运行情况的对比分析。

1.调试及运行情况从我厂调试及试运行情况来看，金风直驱型风机的故障率较低，且调试工作作业量较小，7个工作日共完成调试风机11台，在运行期间共出现过两次变流器功率模块故障，截止2009年6月20日可利用率指标为97%；双馈型风机因系统较为复杂，调试工作量大、周期长，运行期间多出现齿轮传动系统、润滑系统等故障，另外，因变桨系统装有电池（非电容放电），风机断电后，电池放电风机全顺桨刹车，恢复运行时需将电池充潢电后方可运行，因此恢复运行的时间较长，电量损失较大。

直驱风机与双馈风机日发电量实测对照表：上表是两种机型均无故障情况下的发电量数据，从实际统计的发电量指标可以分析出，金风82型风机的发电功率曲线明显优于双馈型风机。

2.检修情况双馈机型因机械传动系统部件较为复杂，单元（齿轮箱、散热器、油泵、油管路、冷却风扇、传感器、控制单元）较多，一但出现故障难于查找和处理，且工作量较大，废弃的油污处理不当时，对环境污染严重，有背于环保要求。

金风直驱型风机无齿轮箱，提高了机组的可靠性和可利用率，降低了机组的噪音。

对比双馈机组，永磁发电技术避免了机组励磁装置和励磁损失，提高了整机效率。

直驱结构减少了机组机械传动部件，降低了机组机械损失， Cp值在低风速段明显提高，在任何风速下，比相同型号双馈风力发电机的标准小时数提高130小时。

金风82/1500kW机组叶轮直径达到82米，相比77米叶轮直径的1500kW 机组，其电量高出许多。

⾦风科技（19）：直驱与双馈风机技术流派⽐对点评：摘录这篇⽂章的时候没仔细阅读，刚才仔细看了⼀篇，怎么看怎么像写⼿故意写的，污蔑直驱技术的？风电作为国家主推的新能源项⽬之⼀，优劣好坏是由市场来决定的，发表这样的⽂章不知有何意义。

中国风⼒发电⽹ 双馈发电机在结构上与绕线式异步电机相似，即定⼦、转⼦均为三相对称绕组，转⼦绕组电流由滑环导⼊，发电机的定⼦接⼊电⽹；⽽电⽹通过四象限交直交变流器向发电机的转⼦供电，提供交流励磁电流。

通过变流器的功率仅为电机的转差功率，功率变流器将转差功率回馈到转⼦或者电⽹，双馈电机的交直交功率变流器由于只通过转差功率，其容量仅为电机额定容量的1/3～1/2，因此⼤⼤降低了并⽹变流器的造价，⽹侧和直流侧的滤波电感、⽀撑电容都相应缩⼩，电磁⼲扰也⼤⼤降低，也可⽅便地实现⽆功功率控制。

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。

双馈异步风力发电机机组变流器基本运行原理一、引言近年来，随着环保意识的提高和可再生能源的重要性日益凸显，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛的关注和推广。

而风力发电机组作为风力发电系统的核心部件，其稳定性和效率对整个系统的运行影响重大。

双馈异步风力发电机机组变流器作为风力发电机组的关键部件之一，其基本运行原理对整个系统的性能具有重要影响，因此有必要对其进行全面了解和分析。

二、双馈异步风力发电机机组概述双馈异步风力发电机机组是一种常见的风力发电机组类型，其主要由风轮、叶片、主轴、发电机、变流器等组成。

风轮转动驱动主轴旋转，主轴通过传动系统带动发电机工作，发电机将机械能转化为电能输出给电网。

其中变流器起着将发电机输出的交流电转换为直流电，通过逆变器将直流电再转换为交流电，并使得风力发电机组能够与电网实现同步运行的重要作用。

三、双馈异步风力发电机机组变流器基本结构双馈异步风力发电机机组变流器主要由变流器电路、控制系统和通信系统等组成。

其中变流器电路包括整流部分和逆变部分，控制系统负责对变流器进行控制和监测，通信系统用于与上层监控系统进行数据交互。

双馈异步风力发电机机组变流器通常采用IGBT（绝缘栅双极型晶体管）等功率器件，以实现对电流和电压的精确控制。

四、双馈异步风力发电机机组变流器工作原理1.变流器整流部分：发电机输出的交流电首先被变流器整流部分进行整流，将交流电转换为直流电。

这个过程包括整流桥、滤波电路等部分，其主要目的是将交流电转换为基本平稳的直流电，以便后续逆变器的工作。

2.变流器逆变部分：经过整流的直流电被逆变器逆变部分转换为交流电，通过逆变器的PWM控制，将直流电转化为符合电网要求的交流电，并具有同步电网的频率和相位。

逆变部分通过对功率器件的开关控制，将直流电转换为交流电输出到电网。

3.控制系统：变流器的控制系统通过对PWM控制信号的生成和对功率器件的开关控制，实现对变流器的电流和电压的精确控制，使得风力发电机组与电网实现有效的功率传递和稳定的运行。

双馈异步发电机工作原理一、先知道什么是双馈风力发电机双馈发电的意思就是指感应电机的定子、转子同时能发出电能，双馈发电机其转子和定子都最终连于电网，转子与定子都参与励磁，其定子和转子都可以与电网有能量的交换。

二、双馈异步发电机的原理是通过叶轮将风能转变为机械转矩，通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。

如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。

双馈发电机正是由叶片通过齿轮箱变速，带动以达到定子侧输出相对完美正弦波，同时在额定转速下，转子侧也能同时发出电流，已达到最大利用风能效果。

三、特点1、由于定子直接与电网连接，转子采用变频供电，因此，系统中的变频器容量仅仅取决于发电机运行时的最大转差功率，一般发电机最大转差功率为25%-35%，因而变频器的最大容量仅为发电机容量的1/4-1/3，这样系统的总体配置费用就比较低。

2、具有变速恒频的特性。

3、可以实现有功功率和无功功率的调节。

四、如何实现变速恒频。

设双馈发电机的定子转子绕组为对称绕组，电机的极对数为P，根据旋转磁场理论，当定子对称三相绕组施以对称三相电压，有对称三相电流流过时，会在电机的气隙中形成一个旋转磁场，这个旋转磁场的转速n1为同步转速，它与电网频率f1及电机的极对数p的关系如下：n1=60f1/p ,同样在转子三相通入频率为f2的三相对称电流，所产生的旋转磁场速度为n2=60f2/p,改变f2即可改变n2，而且若改变通入转子三相电流相序，还可以改变此转子旋转磁场的转向，因此若设n1为对应于电网频率为50Hz时双馈发电机的同步转速，而n为电机转子本身的旋转速度，则只要维持n±n2=n1=常数，则双馈电机定子绕组的感应电势如同在同步发电机一样，其频率将始终维持为f1不变。

双馈发电机的转差率s=(n1-n)/n1 ,则双馈发电机转子三相绕组内通入的电流频率应为f2=pn2/60=p(n1-n)/60=p(n1-n)/n1*n1=pn1/60*(n1-n)/n1=f1*s上式表明：在异步发电机转子以变化的转速转动时，只要在转子的三相对称绕组中通入转差频率为f1*s的电流，则在双馈发电机定子绕组中就能产生50Hz的恒频电势，所以根据上述原理，只要控制好转子电流的频率，就可以实现变速恒频发电了。

风力发电双馈异步发电机励磁控制变频器综述禹华军 上海输配电股份有限公司技术中心1． 变速恒频风电系统结构风力发电机组通常由风力机、传动系统、发电机、偏航系统、变桨距系统和控制系统等部分组成。

风力机的作用是将风能转换为机械能，通过传动系统，由齿轮箱增速，将机械能传递给发电机。

发电机采用绕线式异步发电机，通过交流励磁控制，实现机械能向电能的转换，同时能实现风力机系统的变速恒频控制。

机舱与塔架之间安装有偏航系统，使机舱对准来风的方向。

变桨距系统通常在风速超过额定值时，对风力机转速和输出功率进行控制，保证系统机械和电气安全。

控制系统是风力发电机组的“大脑”，由它自动完成机组的所有工作过程，并提供人机接口和远程监控的接口。

对恒速风机来说，当风速跃升时巨大的风能将通过风力机传递给主轴、齿轮箱和发电机等部件，在这些部件上产生很大的机械应力。

如果上述过程频繁出现，会引起这些部件的疲劳损坏，因此设计时不得不加大安全系数，从而导致机组重量加大，制造成本增加。

而当风力发电机采取变速运行时，由风速跃升所产生的巨大风能，其中部分被加速旋转的风轮所吸收，并以动能的形式存储于高速运转的风轮中，从而避免主轴以及传动机构承受过大扭矩和机械应力。

当风速下降后，在相关电力电子装置调控下，将高速风轮所存储的动能释放出来并转变为电能送入电网，通过风轮的加速、减速对风能的阶跃性变化起到缓冲作用，使风力机组内部能量传输部件应力变化平稳，防止破坏性机械应力产生，从而使风力机组运行更加平稳和安全。

常用的变速恒频控制方法有：鼠笼型异步发电机变速恒频（包括定子侧串变频器），绕线型异步发电机变速恒频（改变转子外接电阻），同步发电机变速恒频（电磁式与永磁式），双发电机侧变流器抱闸倾斜控制转子齿轮变流控制风力发电机控制系统带滑环的异步发电机线侧变流器图1 风力发电系统结构示意图馈感应异步发电机（Doubly-Fed Induction Generator-DFIG ）变速恒频（包括无刷型），磁场调制型变速恒频，开关磁阻发电机变速恒频等。

双馈式风力发电机运行原理解析根据相关调查显示，在全球各国中，因风力发电项目，每年投入1000亿元资金总额，约有100个国家开始研究、运用风力发电技术。

因此，随着化石燃料逐渐减少，社会生产需要太阳能技术、发电技术和水利技术，这些技术也有可能代替火力发电技术。

对于风力发电技术，加强风力发电机研究和运用具有十分重要的现实意义，大多数选择双馈式设计方式。

笔者结合自身多年的风电企业的从业经验，立足双馈式风力发电机角度，分析其运行原理、发电控制技术。

1 双馈式风力发电机的结构、特点双馈式风力发电机是由英国学者的设想而来，在自级联导发电机研发基础上，逐渐研发而来，双馈式发电机与绕线异步电机有着结构类似性，因定子、转子两部分均可以馈出、馈入电能，所以称之为双馈。

另外，因双馈式发电机利用转子形成交流，因此，双馈式发电机又叫做交流励磁发电机。

双馈式风力发电机，双馈主要指电机定子、转子，都能完成电力供应。

通常而言，双馈式发电机是由接线盒、转子、定子、冷却系统、滑环系统和传动结构构成。

转子结构一般为散嵌绕组、半线圈与成型绕组构成。

滑环系统包含滑环座、维护罩、碳刷、风扇等构成，滑环环氧浇注式、热套式类型，冷却系统包含水冷式和风冷式方式。

从某种性质来看，双馈式发电机属于异步式发电机范围，这类发电机具有同步式发电机的励磁绕组，一般用于功率因素、励磁过程的调控，所以双馈式发电机具有异步、同步两种优点。

针对双馈式发电机定子贴心，有相同形状凹槽的均匀分布，主要是用于嵌入定子绕组，通过定子三相电流，产生一定旋转磁场。

在转子中，利用嵌入绝缘导线，可组成三相绕组。

在转子上引出三相线，再连接转轴的集电环，通过电刷引出。

通常而言，定子和工频电网能够直接连接，转子通过变换器与电网连接，以便于转子的交流励磁。

同时，双馈式发电机的成本较低、体积较小，调节方式为无功率调节，且抗电磁的干扰能力强，具有简便易行的特点。

发电机励磁过程和供电网络没有直接联系，由转子即可直接完成所处电路。