风力发电机分类及特点

风力发电机的分类总结随着环保意识的不断提高，人们对可再生能源的需求也日益增加，风力发电作为可再生能源中的一种，正受到越来越多的关注与研究。

在风力发电的核心部件中，风力发电机起着至关重要的作用，不同类型的风力发电机也各具特点，本文将对风力发电机的分类作出总结。

1.风轮式发电机风轮式发电机是风力发电机中最常见的一种，主要是通过风轮将风的动能转换成机械能，从而驱动发电机发电。

风轮式发电机可以进一步分为两种类型：水平轴和垂直轴。

水平轴风轮式发电机的主轴安装在地面水平方向上，风轮则安装在轴的上方，垂直轴风轮式发电机则是主轴和风轮都在垂直方向上。

前者具有转速高、功率大等特点，而后者则具有耐风性强、适用范围广等优势。

2.柔性摆臂式风力发电机柔性摆臂式风力发电机是利用风能的背景下发展起来的创新型风力发电技术，它可以在低风速的情况下获得更高的效率。

柔性摆臂式风力发电机使用了独特的柔性摆臂设计，使得每个摆臂能够自由活动，从而最大程度地捕捉到风的能量，从而达到更高的效率。

该技术目前正处于实验研究阶段，但相信未来在风力发电的市场应用中将会有重要的地位。

3.桁架式风力发电机桁架式风力发电机是利用桁架牵引运动的原理来捕捉风能，其外形比较特殊，由于其设计的特殊性，可以在大风、台风等恶劣天气下依然保持安全、稳定的状态。

对于风力发电机而言，长时间的稳定发电是至关重要的，而桁架式风力发电机正是解决了这个问题。

4.喷气式风力发电机喷气式风力发电机是一种比较新颖的风力发电技术，它采用了长方体的设计，内部设有马达和喷射器，可以将风能转化为气压能，并进一步转化为机械能、电能。

该技术具有较高的效率，能够更好地获得平稳的发电量，适合应用于各种不同的风速环境。

除了以上几种类型的风力发电机外，还有一些比较小众的技术，比如带有大型水箱的垂直轴风力发电机、划船式风力发电机等，这些技术虽然规模较小，但从实用性和创新性来讲也不容忽视。

总的来说，不同类型的风力发电机在实际使用中各有特点，而未来风力发电技术的发展也将会有更加创新性、高效率的发展趋势。

风力发电机组按运行方式可以分为恒速恒频（Constant Speed Constant Frequency，简称CSCF）风力发电机组和变速恒频（Variable Speed Constant Frequency，简称VSCF）风力发电机组两大类。

当风力发电机组与电网并联时，要求风力发电机的频率与电网频率保持一致，这便是恒频的含义。

下面分别介绍恒速恒频和变速恒频风力发电机组。

1 恒速恒频风力发电机组恒速恒频风力发电系统的基本结构如下图所示：图1 恒速鼠笼异步风力发电系统可以看出，这里采用的是异步电动机，也正是基于此，恒速恒频风力发电系统也称作异步风力发电系统。

异步发电机尽管带一定滑差运行，但在实际运行中滑差s是很小的，不仅输出频率变化较小，而且叶片转速变化范围也很小，看上去似乎是在“恒速”，故称之为恒速恒频。

就风力机的调节方式而言，恒速恒频风力发电系统又分为定桨距失速调节型和变桨距调节型两种。

1.1 定桨距失速调节型风力发电机组定桨距是指桨叶与轮毅之间是固定连接，即当风速变化时，桨叶的迎风角不能随之变化。

失速调节是指桨叶翼型本身所具有的失速特性，当风速高十额定风速时，气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，效率降低，来限制发电机的功率输出。

定桨距失速调节型风力发电机组的优点是失速调节简单，运行可靠性高，当风速变化引起的输出功率的变化只通过桨叶的被动失速调节而控制系统不作任何控制，使控制系统大为减化。

其缺点是机组的整体效率较低，对电网影响大，常发生过发电现象，加速机组的疲劳损坏。

目前这种机组在欧美国家已经停产，但是在中国还有一定需求。

1.2 变桨距型风力发电机组变桨距是指风机的控制系统可以根据风速的变化，通过桨距调节机构，改变其桨距角的大小以调整输出电功率，以便更有效地利用风能。

其工作特性为：在额定风速以下时，桨距角保持零度附近，可认为等同十定桨距风力发电机，发电机的输出功率随风速的变化而变化；当风速达到额定风速以上时，变桨距机构发挥作用，调整桨距角，保证发电机的输出功率在允许的范围内。

风力发电机组的分类介绍风力发电机一般按风轮轴安装形式、功率控制方式、风轮转速调节、主传动驱动方式等进行分类。

1、风轮轴安装形式按照风轮轴安装形式可分为水平轴风力机和垂直轴风力机。

（1）水平轴风力机风轮的旋转轴线与风向平行。

水平轴风力机必须具有对风装置，跟随风向的变化而转动，以便吸收来自各个方向的风能。

对于小型风力机，这种对风装置常采用尾舵，而对于大型风力机，则利用风向传感器测量风向，经微处理器调整后控制偏航系统进行对风。

水平轴风力机按照风轮相对于塔架的位置可分为上风向风力机和下风向风力机。

风轮位于塔架前面的为上风向风力机，风轮位于塔架后面的为下风向风力机。

目前风电场采用并网型风力发电机组多为上风向水平轴风力机。

（2）垂直轴风力机风轮的旋转轴线垂直于地面或气流方向。

垂直轴风力机能吸收来自各个方向的风能，无需对风装置，这是相对于水平轴风力机的一大优点，并且传动装置和发电设备均安装在地面，便于维护；但是受叶片制造工艺的限制及拉线式塔架占用大量土地面积等因素，垂直轴风力机一直未得到发展。

2、功率控制方式按照功率控制方式可分为定桨距风力机、变桨距风力机和主动失速风力机。

（1）定桨距风力机叶片与轮毂固定连接。

在风轮转速恒定的条件下，风速增加超过额定风速时，随着叶片攻角的增加，气流与叶片表面分离，叶片将处于失速状态，叶片吸收的风能不但不会增加，反而有所下降，以确保风轮输出功率在额定范围以内。

定桨距风力机的特点：结构简单不需要变桨机构，同时控制系统也较简单。

但风轮吸收风能的效率较低，特别在风速超过额定风速后，由于叶片的失速作用，输出功率还会有所下降；机组承受的载荷大；机组重量比同类型变桨距风力机重。

（2）变桨距风力机叶片与轮毂通过变桨轴承连接，可以通过变桨系统控制叶片的安装角。

当风速低于额定风速时，保证叶片在最佳攻角状态，以获得最大风能；当风速超过额定风速后，变桨系统减小叶片的攻角，保证输出功率在额定范围内。

变桨距风力机的特点：结构复杂，需要增加变桨轴承和一套变桨驱动装置，同时控制系统也变得很复杂。

风电机组类型有哪些？
目前国内风电机组的主要机型有3种，每种机型都有其特点。

1.1异步风力发电机
国内已运行风电场大部分机组是异步风电发电机。

主要特点是结构简单、运行可靠、价格便宜。

这种发电机组为定速恒频机组，运行中转速基本不变，风力发电机组运行在风能转换最佳状态下的几率比较小，因而发电能力比新型机组低。

同时运行中需要从电力系统中吸收无功功率。

为满足电网对风电场功率因数的要求，多采用在机端并联补偿电容器的方法，其补偿策略是异步发电机配有若干组固定容量的电容器。

由于风速大小随气候环境变化，驱动发电机的风力机不可能经常在额定风速下运行，为了充分利用低风速时的风能，增加全年的发电量，近年广泛应用双速异步发电机。

这种双速异步发电机可以改变极对数，有大、小电机2种运行方式。

1.2双馈异步风力发电机
国内还有一些风电场选用双馈异步风力发电机，大多来源于国外，价格较贵。

这种机型称为变速恒频发电系统，其风力机可以变速运行，运行速度能在一个较宽的范围内调节，使风机风能利用系数Cp得到优化，获得高的利用效率；可以实现发电机较平滑的电功率输出；发电机本身不需要另外附加无功补偿设备，可实现功率因数在一定范围内的调节，例如功率因数从领先0.95调节到滞后0.95范围内，因而具有调节无功功率出力的能力。

1.3直驱式交流永磁同步发电机
大型风力发电机组在实际运行中，齿轮箱是故障较高的部件。

采用无齿轮箱结构能大大提高风电机组的可靠性，降低故障率，提高风电机组的寿命。

目前国内有风电场使用了直驱式交流永磁同步发电机，运行时全部功率经A-D-A变换，接入电力系统并网运行。

与其他机型比较，需考虑谐波治理问题。

1,风力发电机按叶片分类。

按照风力发电机主轴的方向分类可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。

（1）水平轴风力发电机：旋转轴与叶片垂直，一般与地面平行，旋转轴处于水平的风力发电机。

水平轴风力发电机相对于垂直轴发电机的优点；叶片旋转空间大，转速高。

适合于大型风力发电厂。

水平轴风力发电机组的发展历史较长，已经完全达到工业化生产，结构简单，效率比垂直轴风力发电机组高。

到目前为止，用于发电的风力发电机都为水平轴，还没有商业化的垂直轴的风力发电机组。

（2）垂直轴风力发电机：旋转轴与叶片平行，一般与地面吹垂直，旋转轴处于垂直的风力发电机。

垂直轴风力发电机相对于水平轴发电机的优点在于；发电效率高，对风的转向没有要求，叶片转动空间小，抗风能力强（可抗12-14级台风），启动风速小维修保养简单。

垂直轴与水平式的风力发电机对比，有两大优势：一、同等风速条件下垂直轴发电效率比水平式的要高，特别是低风速地区；二、在高风速地区，垂直轴风力发电机要比水平式的更加安全稳定；另外，国内外大量的案例证明，水平式的风力发电机在城市地区经常不转动，在北方、西北等高风速地区又经常容易出现风机折断、脱落等问题，伤及路上行人与车辆等危险事故。

按照桨叶数量分类可分为“单叶片”﹑“双叶片”﹑“三叶片”和“多叶片”型风机。

凡属轴流风扇的叶片数目往往是奇数设计。

这是由于若采用偶数片形状对称的扇叶，不易调整平衡。

还很容易使系统发生共振，倘叶片材质又无法抵抗振动产生的疲劳，将会使叶片或心轴发生断裂。

因此设计多为轴心不对称的奇数片扇叶设计。

对于轴心不对称的奇数片扇叶，这一原则普遍应用于大型风机以及包括部分直升机螺旋桨在内的各种扇叶设计中。

包括家庭使用的电风扇都是3个叶片的，叶片形状是鸟翼型（设计术语），这样的叶片流量大，噪声低，符合流体力学原理。

所以绝大多数风扇都是三片叶的。

三片叶有较好的动平衡，不易产生振荡，减少轴承的磨损。

降低维修成本。

按照风机接受风的方向分类，则有“上风向型”――叶轮正面迎着风向和“下风向型”――叶轮背顺着风向，两种类型。

风力发电机概述风力发电机是一种利用风能转化为电能的设备。

通过将风能转换为机械能，再通过发电机将机械能转换为电能，实现电力的产生。

风力发电机是可再生能源的一种，具有环保、经济等优势，越来越受到人们的重视和推广。

本文将介绍风力发电机的工作原理、类型以及一些相关的技术和发展趋势。

工作原理风的利用风力发电机通过利用自然的风能进行发电。

风是地球上大气层中气体的一种运动形式，具有动能。

当风经过风力发电机的叶片时，风的动能会转移到叶片上，导致叶片旋转。

这种旋转运动可以通过一个发电机转换为电能。

风力发电机的组成风力发电机一般由以下几个主要部分组成：1.风机叶片：负责将风能转化为机械能的关键部分。

一般采用三片或更多片的叶片设计，叶片材质通常为玻璃纤维复合材料或碳纤维复合材料。

2.发电机：将叶片转动的机械能转换为电能的关键部分。

发电机一般采用永磁发电机或异步发电机，具有高效率和稳定性。

3.控制系统：包括风向传感器、风速传感器和电控装置等，用于检测风向风速并控制风力发电机的启动、停止以及叶片角度的调整。

4.塔架：支撑整个风力发电机的结构，通常采用钢铁材料，高度可以根据需要进行调整。

主要类型按轴向划分根据轴线的不同，风力发电机可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。

1.水平轴风力发电机：叶片与主轴安装在一个平面上，常见的形式为三叶片结构。

水平轴风力发电机具有效率高、动力输出稳定等优点，适用于大型的商业运营。

2.垂直轴风力发电机：叶片与主轴安装在一个垂直平面上，常见的形式为带翼的螺旋状结构。

垂直轴风力发电机具有启动风速低、适应性强等优点，适用于小型家庭或农村使用。

按功率规模划分根据功率规模的不同，风力发电机可分为小型风力发电机、中型风力发电机和大型风力发电机。

1.小型风力发电机：功率通常在几十瓦到几千瓦之间，适用于家庭、农村或偏远地区的电力供应。

2.中型风力发电机：功率通常在几千瓦到几十万瓦之间，适用于工业园区、农田灌溉等中等功率需求场景。

按风轮桨叶分类：•失速型：高风速时，因桨叶形状或因叶尖处的扰流器动作，限制风力机的输出转矩与功率；•变桨型：高风速时通过调整桨距角，限制输出转矩与功率。

按风轮转速分类：•定速型：风轮保持一定转速运行，风能转换率较低，与恒速发电机对应；•变速型：（1）双速型：可在两个设定转速运行，改善风能转换率，与双速发电机对应；（2）连续变速型：在一段转速范围内连续可调，可捕捉最大风能功率，与变速发电机对应。

按传动机构分类：•齿轮箱升速型：用齿轮箱连接低速风力机和高速发电机；（减小发电机体积重量，降低电气系统成本）•直驱型：直接连接低速风力机和低速发电机。

（避免齿轮箱故障）按发电机分类：•异步型：（1）笼型单速异步发电机；（2）笼型双速变极异步发电机；（3）绕线式双馈异步发电机；•同步型：（1）电励磁同步发电机；（2）永磁同步发电机。

按并网方式分类：•并网型：并入电网，可省却储能环节。

•离网型：一般需配蓄电池等直流储能环节，可带交、直流负载。

或与柴油发电机、光伏电池并联运行。

典型风力发电机系统笼型异步发电机的运行特点（1）发电机励磁消耗无功功率，皆取自电网。

应选用较高功率因数发电机，并在机端并联电容；（2）绝大部分时间处于轻载状态，要求在中低负载区效率较高，希望发电机的效率曲线平坦；（3）风速不稳，易受冲击机械应力，希望发电机有较软的机械特性曲线，Ｓmax绝对值要大；（4）并网瞬间与电动机起动相似，存在很大的冲击电流，应在接近同步转速时并网，并加装软起动限流装置；转子电流受控的异步风力发电机系统(Rotor Current Control，RCC)定义：转子电流控制技术是指通过电力电子开关和脉宽调制（PWM）来控制绕线型异步发电机转子电流的一项技术。

系统的结构特征：（1）采用变桨风力机；（2）采用绕线型异步发电机，但没有滑环；（3）采用旋转开关器件斩波控制转子电流，动态调整发电机的机械特性。

原理：控制附加电阻的接入时间，从而控制转子电流RCC异步风力发电机系统的特点优点：（1）风速变化引起风轮转矩脉动的低频分量由变桨调速机构调节，其高频分量由RCC调节，可明显减轻桨叶应力，平滑输出电功率;（2）利用风轮作为惯性储能元件，吞吐伴随转子转速变化形成的动能，提高风能利用率；（3）电力电子主回路结构简单，不需要大功率电源。