大型双馈风电机组与永磁直驱机组对比分析
(整理)双馈型风机与直驱型风机的比较分析.
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。
直驱和双馈的比较
“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
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。
风能发电电机的比较
风能发电电机的比较本文主要对双馈式风电机组和永磁直驱式风电机组进行一些简单介绍，并对其特性，成本进行了比较分析，个人认为采用永磁直驱技术是大型风力发电产品发展可能的趋势；随后介绍了国内外目前永磁直驱式风电电机的生产状况；最后对永磁直驱式风电电机所需要的永磁材料钕铁硼和上游稀土进行了简单介绍。
1 双馈式和直驱式变速变桨风电机组的风能转换效率更高，能够有效降低风电机组的运行噪声，具有更好的电能质量，通过主动控制等技术能够大幅度降低风电机组的载荷，使得风电机组功率重量比提高，这些因素都促成了变速变桨技术成为当今风力发电机组的主流技术。
目前，市场上主流的变速变桨恒频型风电机组技术分为双馈式和直驱式两大类。
双馈式变桨变速恒频技术的主要特点是采用了风轮可变速变桨运行，传动系统采用齿轮箱增速和双馈异步发电机并网，而直驱式变速变桨恒频技术采用了风轮与发电机直接耦合的传动方式，发电机多采用多极同步电机，通过全功率变频装置并网。
直驱技术的最大特点是可靠性和效率都进一步得到了提高。
还有一种介于二者之间的半直驱式，由叶轮通过单级增速装置驱动多极同步发电机，是直驱式和传统型风力发电机的混合。
1.1 概念简介双馈式：交流励磁发电机又被人们称之为双馈发电机。
双馈风电机组中，为了让风轮的转速和发电机的转速相匹配，必须在风轮和发电机之间用齿轮箱来联接，这就增加了机组的总成本；而齿轮箱噪音大、故障率高、需要定期维护，并且增加了机械损耗；机组中采用的双向变频器结构和控制复杂；电刷和滑环间也存在机械磨损。
目前，世界各国正在针对这些缺点改进机组或研制新型机组，如无刷双馈机组。
图1 双馈风电机组与电网连接图永磁直驱风电机组，就是取消了昂贵而又沉重的增速齿轮箱，风轮轴直接和发电机轴直接相连，转子的转速随来流风速的变化而改变，其交流电的频率也随之变化，经过大功率电力电子变频器将频率不定的交流电整流成直流电，再逆变成与电网同频率的交流电输出。
永磁风电机组与电网的连接情况如图2所示。
双馈式-直驱式风力发电机的对比
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。
最新双馈型风机与直驱型风机的比较分析
双馈型风机与直驱型风机的比较分析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。
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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。
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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。
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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。
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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。
双馈风电机组与高速永磁风电机组对比分析﹡
双馈风电机组与高速永磁风电机组对比分析﹡佚名【摘要】is paper compared two main wind turbines. One is doubly-fed induction generator, the other is high speed permanent magnet wind power generator. It calculated the efficiency and annual electric energy production in different IEC wind classes, and compared the cost based on the market value. A er analyzing the reliability, e ciency and power grid adaptability, it came to the conclusion that two types of wind turbines have di erent advantages and meet di erent requirements from customers. erefore, development of two types of wind turbines will be be er adaptedto the market competition.% 本文从风电机组角度对两种主流的发电方式，即双馈式发电机组和高速永磁发电机组，进行了对比分析。
计算了两种发电方式的效率及在不同风区的年发电量，根据市场价格对各部件进行成本对比。
在综合考虑了可靠性、效率、电网适应性等方面后指出，两种方式各有特点，适合客户的不同需求。
因此，作为风电机组开发商，同时开发两种机型方能更好地适应市场的竞争。
【期刊名称】《风能》【年(卷),期】2013(000)006【总页数】6页(P70-75)【关键词】风电机组;双馈;高速永磁;发电量;成本【正文语种】中文【中图分类】TM614根据旋转转换装置的基本原理，转子的旋转速度与电能频率严格相关，而风能资源的不确定性和电网频率的确定性必然需要风电机组具备变速恒频特性。
双馈风电机组与永磁直驱机组对比分析
双馈风电机组与永磁直驱机组对比分析作者：蔡梅园陶友传刘静杜炜来源：《风能》2016年第01期目前，国內的并网型机组中，水平轴风电机组占据着主导地位，水平轴机组的主要代表是双馈型机组（带增速齿轮箱）和直驱型机组（不带增速齿轮箱），这两类机组在2011年我国新增风电机组中的总占有率高达97%以上。
2013年国内共有8家整机企业供应了3052台无齿轮箱直驱式风电机组，共有23家整机企业供应了6304台带有齿轮箱的风电机组，这两种机型占比分别为32%和68%。
无齿轮箱直驱式风电机组又以永磁直驱机组为主。
国內已有人对双馈风电机组与高速永磁风电机组进行了定性和定量的对比分析，但因缺少实测数据，现有文献仅对双馈机组与永磁直驱机组进行了定性的对比分析。
本文不仅在运行原理、结构、性能等方面对双馈机组与永磁直驱机组进行了定性对比分析，还在效率、功率曲线等方面进行了定量对比分析。
运行原理对比双馈式变速恒频风力发电系统（拓扑图见图1）采用的发电机为转子交流励磁双馈发电机，其结构与绕线式异步电机类似，定转子三相对称，转子电流由滑环接入。
当转子转速变化、无功需求变化时通过变频器改变转子电流的频率、相位、幅值保持定子频率稳定和无功调节。
由于这种变速恒频控制方案是在转子电路实现的，流过转子电路的功率是由交流励磁发电机的转速运行范围所决定的转差功率，该转差功率仅为定子额定功率的一小部分，故所需的双向变频器的容量仅为发电机容量的一小部分，约占发电机功率的20%-30%。
这种采用交流励磁双馈发电机的控制方案除了可实现变速恒频控制，减少变频器的容量外，还可实现对有功、无功功率的灵活控制，对电网而言可起到无功补偿的作用。
永磁直驱风电机组取消了增速齿轮箱，风轮轴直接和发电机轴直接相连，发电机多采用永磁式结构的转子的同步发电机，无须外部提供励磁电源。
转子的转速随风速的变化而改变，其交流电的频率也随之变化，经过全功率电力电子变频器将频率不定的交流电整流成直流电，再逆变成与电网同频率的交流电输出。
永磁直驱发电机和双馈异步发电机的比较
永磁直驱发电机与双馈异步发电机的比较永磁直驱电动机的组成部分：定子、永久磁钢转子、位置传感器、电子换向开关等。
永磁直驱电动机的特点：结构简单，体积小、重量轻、损耗小、效率高、功率因数高等优点，主要用于要求响应快速、调速范围宽、定位准确的高性能伺服传动系统和直流电机的更新替代电机。
永磁直驱发电机按照永磁体结构分类：表面永磁同步电动机（SPMSM）、内置式永磁同步电动机（IPMSM）；按照定子绕组感应电势波形分类：正弦波永磁同步电动机、无刷永磁直流电动机永磁直驱发电机的原理：永磁同步电动机是正弦波永磁同步电动机，同一般同步电动机一样，正弦波PMSM的定子绕组通常采用三相对称的正弦分布绕组，或转子采用特殊形状的永磁体以确保气隙磁密沿空间呈正弦分布。
这样，当电动机恒速运行时，定子三相绕组所感应的电势则为正弦波，正弦波永磁同步电动机由此而得名。
正弦波PMSM是一种典型的机电一体化电机。
它不仅包括电机本身，而且还涉及位置传感器、电力电子变流器以及驱动电路等。
内置式永磁直驱电机无位置传感器（interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM）矢量控制系统,通过将滑模观测器和高频电压信号注入法相结合,在无位置传感器IPMSM闭环矢量控制方式下平稳启动运行，并能在低速和高速运行场合获得较准确的转子位置观察信息。
永磁直驱电机的工作原理：同步发电机为了实现能量的转换，需要有一个直流磁场。
而产生这个磁场的直流电流，称为发电机的励磁电流。
根据励磁电流的供给方式，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电机。
永磁直驱电机的工作方式一：发电机获得励磁电流的几种方式1直流发电机供电的励磁方式2交流励磁机供电的励磁方式3无励磁机的励磁方式二：永磁直驱发电机的特性1、电压的调节2、无功功率的调节：3、无功负荷的分配：获得励磁电流的方法称为励磁方式。
双馈风电机组与永磁直驱机组对比
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。
关于双馈型与直驱型风力发电机特点的比对(第2版)
关于双馈型与直驱型风力发电设备特点的比对双馈风力发电机与直驱风力发电机的主要区别是有无齿轮箱的使用。
在直驱式风力发电系统中，风机叶轮直接驱动多级同步发电机的转子发电，免去齿轮箱这一传统部件。
双馈风力发电机组，定子有两套极数不同的绕组，功率绕组直接与电网相连，控制绕组通过双向变流器接电网，采用无刷的磁阻或者笼型转子，无需电刷和集电环。
双馈机组有齿轮箱，但是变流器是部分功率逆变；直驱机组无齿轮箱，是全功率逆变的。
直驱电机也分励磁和永磁，永磁理论上效率略高，但技术没有非常成熟。
关注效率方面，在低风速区域，直驱风力发电设备具有优势，此优势取决于所用电机的设计、制造水准。
需要明确指出，此优势不明显，尤其综合整机年发电量，双馈与直驱机型相差不大，如果相差两个百分点已经属于上等水平。
（一）从实际应用角度，比对两种类型风机的特性●可靠性1）双馈异步风力发电机组采用的双馈异步恒频技术为国际先进成熟的技术，变流器容量小，采用空冷冷却方式；直驱发电机组采用全功率变流器，在低电压穿越等情况下IGBT模块的可靠性较低，同时全功率变流器通常需采用水冷冷却方式，在实际运行中的很多工况下，水冷系统容易出现故障，易导致变流器IGBT模块烧毁。
2）联合动力公司风机机型采用准三分之一变频，变流器容量小，成本低，双馈机型发电机可控参数多，能对发电机电压、频率、转速、无功功率和有功功率等参数方便可控，系统的稳定性高。
3）中国的风机制造厂商针对直驱机型采用永磁同步发电机，永磁同步发电机存在过退磁现象（大容量的磁铁和铁心粘合的工艺较难实现；永磁材料会有不可逆退磁、高温退磁等现象；永磁的功率因数也不易调节），在风机使用寿命期内，存在因退磁影响发电机效率的可能，所以直驱风机尤其不适用于在温度较高的地区。
4）在装配质量层面上，风场现场的作业操作越少越好。
直驱机型发电机在户外单独分体吊装，会降低吊装作业速度，在恶劣气候环境下，严重降低装配质量。
●造价：由于直驱机型采用永磁同步发电机，永磁材料为稀有金属，致使电机成本高；而双馈机型变流器容量小，容量仅为机组总容量的30%左右，使得变流器成本降低。
直驱与双馈风力发电机的优缺点对比
一、发电能力 二、整机可靠性 三、大部件运输与吊装 四、可维护性对比 五、价格对比
一、发电能力 二、整机可靠性 三、大部件运输与吊装 四、可维护性对比 五、价格对比
中风速机组 高风速机组
气动性能是机组发电能力的决定性因素
优异的发电性能，不是单纯的叶片长度增加，而是翼型和机组的整体优化
吊装工艺
直驱机组需要先吊装机舱，然后安装发电机，最后才能安装风轮，而 双馈机组在将机舱吊装后就可以直接安装风轮，减少了发电机安装与 校准的过程。 16
永磁直驱机组的发电机直径较大，运输困难
大部件运输
▪ 直驱机组的发电机 非常庞大，公路运 输较困难，会经常 遇到拆除收费站闸 门和护栏的情况；
▪ 山区运输会增加道 路建设的成本；
移，因此增加了其机
载 荷
头载荷，降低了整机 可靠性；
大 ▪ 机头重量过重容易使
机舱、轮毂的联合处
磨损；
▪ 机身更大，用钢材更 多，也不美观。
13
一、发电能力 二、整机可靠性 三、大部件运输与吊装 四、可维护性对比 五、价格对比
永磁直驱机组的发电机重量尺寸较大，吊装和运输困难
大部件重量
15
直驱机组吊装工艺比较复杂
一、发电能力 二、整机可靠性 三、大部件运输与吊装 四、可维护性对比 五、价格对比
齿轮箱故障在机组故障中仅占到第6位，且占比较低
风电机组可靠性
8
目前全球风电主流技术仍为双馈发电机组
风电机组可靠性
•直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，GE风电等全 球所有主要海上风电机组生产厂商。
直驱与双馈机组的对比分析
直驱与双馈机组的对比分析直驱风力发电机组与双馈风力发电机组对比分析随着科学技术的进步，电力电子技术的成熟，大功率IGBT器件在风电领域的广泛应用，全功率变流器在风电并网方面的优势日渐凸显。
直驱永磁风力发电机组克服了齿轮箱连接复杂、风险成本大、故障率高、维护量大的弊端。
往日风电设备的领军企业如VESTAS、GE、SIEMENS等，制造双馈机组的世界大企业如今更是把直驱永磁技术作为未来风电的发展方向，全面进军直驱永磁风力发电机组的研发制造领域。
直驱永磁风力发电机在中国成长迅速，目前投运的所有机组平均可利用率已经超过98%。
其独特的优势逐步显现，并获得了使用者的认可。
受到风电投资商大力追捧。
简洁的结构、可靠的安全设计、较低的运行维护费用、高效的发电效率、优异的并网性能。
体现了直驱永磁风力发电机的先进性。
一、结构简洁，可靠性高直驱结构：叶轮—发电机—变流器—电网双馈结构：叶轮—主轴—齿轮箱—连轴器—发电机（变流器—滑环—转子）—电网1、直驱机组没有齿轮箱。
双馈机组的齿轮箱是风电领域的高故障部件。
风湍流、阵风、严酷的气候变化对齿轮箱运行造成无法预料的冲击。
双馈风力发电机的主轴-齿轮箱-连轴器-发电机要求对中精确，否则会造成震动，轴承受到很大的测向力。
电机1500转速，轴承的损坏几率大大增加。
2、直驱机组没有高速刹车。
双馈的高速刹车在紧急停机情况下对发电机和齿轮箱的冲击很大。
风电机组失火与高速刹车有关。
3、电网故障（低电压穿越）对直驱机组没有冲击。
而对双馈机组的齿轮箱、发电机冲击非常大。
●双馈机组在电网故障时：产生5倍的短路电流，发电机与齿轮箱之间存在很大的反向扭矩，对齿轮箱造成很大的冲击。
并影响发电机的绝缘。
●电网故障时双馈机组轮毂转速升高，如果顺桨控制不及时，将造成毁灭性故障。
直驱永磁全功率变流器背靠背模式，在电网故障时发电机独立于电网运行，变流器控制电磁扭矩保持发电机平稳运行、补偿无功及无功电流，并控制制动电阻反复消耗掉多余的有功。
直驱与双馈风机技术流派对比分析
文章编 号 ：０ ９—３ ３ （０ ２ ０ ０ ４ Ｏ １０ ２பைடு நூலகம்０ ２ １ ）８— ０ ２一 ３
Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｃｏ ｐ ｒ ｓ ｎ ａ ｄ Ａｎ ｌ ｓｓ ｏ ｒ ｃ ｉ ｉ ｇ ａ ｄ ｃ ｎ ｌ ｇ ｍ ａ ｉｏ ｎ ａ ｙ ｉ ｆ Ｄｉ ｅ ｔ Ｄｒ ｖ ｎ ｎ Ｄｏ ｂ ｅ Ｌｅ ｏ ｈ ｉ ｗｅ ｒ ｉ ｅ ｕ ｌ ｄ ｆ ｒ ｔ ｅ Ｗ ｎｄ Ｐｏ ｒ Ｔｕ ｂ ｎ
电设备 国产化程度 日 益提 高引起 了项 目工程造价持续降低 ， 因此， 风机选型对于保障风场运行 安全及 降低 维修 成本起 到至 关重要 的作 用。 直驱与 双馈风 机技 术流 派分 别具有各 自特 点 ， 将对
我 国风 电产业发展 起到 重要 影响作 用 。 关键 词 ： 风机 ； 国产 化 ； 直驱 ； 双馈 中图分类号 ： Ｋ ２ ．６ Ｔ ２ ３ ２ 文 献标 志码 ： Ｂ
ｏ ｏ ａ ｉａ ｉｎ ｏ ｎ ｏ ｒｄ ｖｃ ｓ ｈ ｒ ｆｒ ｆｌ ｃ ｌ ｔ ｆｗｉ ｄ ｐ ｗｅ ｅ ｉ ｅ ．Ｔ ｅ ｅｏ ｅ，ｓ ｌ ｃ ｏ ｆｗｉ ｄ ｐ ｗｅ ｃ ｉ ｅ ｐ ａ ｓａ ｍｐ ｒａ ｔ ｚ ｏ ｅｅ ｔ ｎ ｏ ｎ ｏ ｒｍａ ｈ ｎ ｌｙ ｎ ｉ ｏ ｔｎ ｉ
双馈风电机组与永磁直驱机组对比
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。
双馈风电机组与直驱风电机组比较-1019
双馈风电机组与直驱风电机组比较现在全世界风电机组中，约85%以上是双馈机型。
尤其在技术、稳定性及可靠性要求更高的海上机组中，基本采用了技术成熟且可靠性好的传统技术方案。
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、运达等。
1 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，高速异步电机技术成熟。
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。
直驱式发电机由于转数低，且磁极数很多，通常在90极以上，而且体积和重量相比双馈式机组也大很多，对其轴承等转动部件要求极高。
另外，永磁材料在震动、冲击、高温、电机短路情况下容易发生失磁的现象；而且材料中含有铁，在海上强盐雾的情况下防腐问题难以解决；同时，由于永磁材料存在永久的强磁性，无法在现场条件下检修，所以一旦出现问题只有返回厂家才能维修，现场不具有可维护性，给运行带来了很大的隐患。
而双馈式异步风电机则具有技术成熟可靠，成本低，重量轻、易维护等优点。
从变频器看：直驱机组采用的是全功率变频器，容量大，必须采用多模块并联，增加了故障率，价格昂贵，并且变频器产生谐波大。
双馈机组中仅有转差功率经过变频器，充分发挥了双馈发电机以小博大的优点，所以变频器容量小，价格低，并且机组的谐波小。
从齿轮箱看：直驱机组不采用齿轮箱，风轮直接带动发电机转子旋转。
省去齿轮箱会减少齿轮箱的机械故障，但风轮与发电机直接连接会增加叶片的冲击载荷，并且将其直接传递到发电机上，增加了发电机出故障的可能性。
双馈机组采用齿轮箱将风轮转速升高，提高了发电机的效率，而齿轮箱技术从上世纪90年代起已经发展的非常成熟，其故障率已经非常低。
从主轴承看：直驱机组主轴承尺寸非常大，承载复杂，为保证电机气隙均衡，抗变形要求高。
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大型双馈风电机组与永磁直驱机组对比分析
摘要：目前，在我国所拥有的并网型机组中，水平轴风电机组占据着重要比例，双馈风电机组和永磁直驱机组又是水平轴风电机组中最为典型代表。
本文就对于
双馈风电机组和永磁直驱机组进行对比，分析出二者之间存在的差异。
关键词：双馈风电机组；永磁直驱机组；对比分析
前言：双馈风电机组和永磁直驱机组两种机组在我国近几年水平轴风电机组采购的主要
对象。
我国现在对于双馈风电机组和永磁直驱机组研究主要集中在对于二者之间的性能及定
量上面，进而对于双馈风电机组和永磁直驱机组进行对比，从双馈风电机组和永磁直驱机组
实际测试数据角度进行对比的研究文献较少。
1、双馈风电机组和永磁直驱机组运行原理对比
双馈式变速恒频风力发电系统在实际运行中发电机所使用的转子交流励磁双馈发电机，
这种发电机结构与绕线式异步发电机结构基本机制，发电机内部定转子三相对称，发电机在
产生电流之后转子跟随电流与滑环相接触。
转子在转动过程中如果速度发生了改变，同时对
于功率没有任何需求的情况下，可以通过变频器对于转子电流方向及频率等参数进行调整，
进而保证定子实际运行速度能够稳定，不需要功率进行调整。
正是由于这种变速恒频控制形
式在发电机内应用，转子在发电机中运行功率主要是发电机转速范围内控制，转子运输转差
也由发电机所决定，转差功率也是转子额定功率中的主要组成部分，因此发电机中的双向变
频器仅仅是一个小部分，运行所需要的功率仅仅占据发电机四分之一左右。
交流励磁双馈发
电机这种控制措施在实际应用中，不仅仅能够对于转子进行变速恒频控制，还能够降低变频
器对于功率需要，保证在任何功率状态下都能够灵活运行控制，对于电网稳定运行具有重要
作用。
双馈风电机组具体结构示意图如图一所示。
永磁直驱机组中将增速齿轮箱取消了，风轮轴直接就与发电机进行连接，进而发电机通
过永磁式结构让转子转动速度与发电机一致，转子在实际运行中并不需要额外提供励磁电源。
转子转动速度会受到风速的影响，根据风速的改变进行改变，进而发电机交流电频率也会发
生改变。
永磁直驱机组结构示意图如图二所示。
图二：直驱风电机组发电机结构示意图
2、双馈风电机组与永磁直驱机组主要部件的结构差异及机组性能对比
双馈风电机组与永磁直驱机组二者在主要部件之间的差异主要表现在发电机、变频器及
齿轮箱上面。
2.1发电机
目前，双馈风电机组所使用的发电机结构为双馈式异步发电机，但是永磁直驱机组所使
用的发电机一般为低速多极发电机，这种发电机在实际应用中转数值较低，但是磁极数量就
较高，一般情况下发电机内磁极数量基本在90个以上，发电机整体体积较大。
永磁直驱机
组励磁形式为永磁，但是永磁材料在实际应用中受到外界影响因素较为严重，例如震动及冲
击都有可能造成永磁材料失磁，及时永磁材料能够一直保证良好的磁性，但是发电机检修工
作难度较高。
双馈风电机组所使用的双馈式异步发电机整体重量较小，体积较小。
2.2变频器
永磁直驱机组所是使用的变频器一般都是全功率性，在实际应用中容量较大，容易产生
谐波。
但是双馈风电机组所使用的变频器在实际应用中仅仅转差功率才会使用，变频器整个
容量较低，成本价位便宜。
2.3齿轮箱
永磁直驱机组内并不是用齿轮箱，但是双馈风电机组内所使用的齿轮箱体积较大。
3、双馈风电机组与永磁直驱机组成本比较
3.1生产制造成本
双馈风电机组与永磁直驱机组在生产制造成本角度对比而言，成本差异主要体现在三个
方面，分别是发电机、齿轮箱及变频器，剩下例如在控制系统制造中所需要的成本基本上相等。
表一就是具有代表性双馈风电机组与永磁直驱机组在发电机、齿轮箱及变频器生产制造成本上的对比。
由表一可以发现，双馈风电机组生产制造成本要比永磁直驱机组低，如果要是折算到千瓦为单位的经济成本上大约在100元左右。
3.2运输、安装、运维分析
从维护及故障维修角度对于双馈风电机组及永磁直驱机组进行对比分析，双馈风电机组所使用的齿轮箱及发电机上面的滑环是主要维护及故障对象，无疑不增加了双馈风电机组故障点数量，滑环等元件等更换过程中也需要资金成本。
但是永磁直驱机组内就没有齿轮箱及发电机上面的滑环等元件，进而永磁直驱机组在实际应用中出现故障的可能性较低。
永磁直驱机组在实际应用中必须通过空气流通降低转子与定子运行孔隙，空气在流通过程中可以带有带电粒子就灰尘，通过永磁立场的作用依附在磁体表面，造成永磁直驱机组在实际应用中电磁间隙发生改变，影响永磁直驱机组性能。
双馈风电机组与永磁直驱机组在运输、安装及运维等方面都具有一定优点及不足，正是由于不同使用场所，造成行业对于二者有着不同观念，同时缺乏有关数据作为支撑，对于二者之间的优势很难全面进行对比。
结论：本文仅仅对于双馈风电机组与永磁直驱机组从运行原理、结构、性能及成本角度进行了分析，还存在一定不足，仅供参考使用。
参考文献：
[1]王忱，石立宝，姚良忠，等.大型双馈风电机组与永磁直驱机组对比探析[J].中国电机工程学报，2014，30（4）：63-70.
[2]张宝群，张伯明，吴文传.基于大型双馈风电机组与永磁直驱机组对比研究[J].电力系统自动化，2015，34（10）：51-55.。