风力发电机分类及特点
风力发电机的分类总结
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。
风力发电机分类及特点
(4)由于控制方案是在转子电路实现的，而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，它仅仅是额 定功率的一小部分，这样就大大降低了变频器的容量，减少了变 频器的成本。
齿轮箱
DFIG
电网
转子侧 变换器
网侧 变换器
双馈式变速恒频风力发电系统结构框图
直驱型风力发电机无齿轮箱
直驱式风力发电机，是一种由风力直接驱动发电机，亦称无 齿轮风力发动机，这种发电机采用多极电机与叶轮直接连接进行驱动 的方式，免去齿轮箱这一传统部件。由于齿轮箱是目前在兆瓦级风力 发电机中属易过载和过早损坏率较高的部件，因此，没有齿轮箱的直 驱式风力发动机，具备低风速时高效率、低噪音、高寿命、减小机组 体积、降低运行维护成本等诸多优点。
双馈式风力发电机基本结构图
双馈风力发电机一般采用4极或6极，2MW以下的发电机多采 用4极，2MW以上的发电机多采用6极，本节介绍的是4极发电机， 定子铁心与转子铁心都由硅钢片叠成，图1是定子铁心与转子铁 心的冲片。
在定子铁芯的槽内嵌放着三相交流绕组，三相绕组按4极绕制， 连接成星形，下图是嵌有三相绕组的定子。当绕组接入三相交流
水平轴（风轮）风力发电机组，是指风轮轴线基本与地 面平行安置在垂直地面的塔架上。水平轴风力发电机机舱里主要 设备有主传动轴、齿轮箱、发电机、刹车装置、机架、控制设备 等。
水平轴风力机的风轮转轴与风向平行，其风能利用系数高， 技术非常成熟，水平轴风力发电机是目前应用最广泛的风力发电 机。
水平风力发电机机舱结构与设备布置图
风杯式风力机风轮的轴垂直于地面安装，是垂直轴风力机，任何方 向的水平风力都可以使它旋转 ，下图为四个风杯的风力机。
升力型的风轮转矩由叶片的升力提供，是垂直轴风力发电 机的主流，尤其是风轮像打蛋形的最流行，当这种风轮叶片的主 导载荷是离心力时，叶片只有轴向力而没有弯矩，叶片结构最轻。
风力发电机分类及特点分析
齿轮箱
DFIG
电网
转子侧 变换器
网侧 变换器
双馈式变速恒频风力发电系统结构框图
电气工程与自动化学院
第三章 风力发电
3）运动部件少，由磨损等引起的 故障率很低，可靠性高。
4）采用全功率逆变器联网，并网、 解列方便。
5）采用全功率逆变器输出功率完 全可控，如果是永磁发电机则 可独立于电网运行。
缺点是： 由于直驱型风力发电机组 没有齿轮箱，低速风轮直接 与发电机相连接，各种有害 冲击载荷也全部由发电机系 统承受，对发电机要求很高。 同时，为了提高发电效率， 发电机的极数非常大，通常 在100极左右，发电机的结构 变得非常复杂，体积庞大， 需要进行整机吊装维护。
风力发电机分类及特点
李少龙
第三章 风力发电
课件
2020/3/3
了解风力发电机的分类 双馈式和直驱式风力发电机介绍
电气工程与自动化学院
第三章
课件
按照风轮形式分类
风力发电
2020/3/3
（1）垂直轴风力发电机组
垂直轴风轮按形成转矩的机理分为阻力型和升力型。 阻力型的气动力效率远小于升力型，故当今大型并网型垂 直轴风力机的风轮全部为升力型。
直驱式风力发电系统大多都使用永磁同步发电机发电，无需励磁 控制，电机运行速度范围宽、电机功率密度高、体积小。随着永磁 材料价格的持续下降、永磁材料性能的提高以及新的永磁材料的出 现，在大、中、小功率、高可靠性、宽变速范围的发电系统中应用 的越来越广泛。
几种类型的风力发电机组特点总结
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？
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。
风力发电机的分类
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
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。
风力发电机主要种类及应用技术浅析
国内金风科技生产的1.2 MW、1.5 MW机型、湘 电股份研制的2MW机型都是采用了直驱式结构，已 经实现了批量生产和安装。由于齿轮箱是目前在兆 瓦级风机中损坏率较高和损耗较大的部件，而永磁 同步发电机的转子采用稀土永磁材料制作，不需电 励磁，没有转子绕组和集电环组件，因此，大大提 高了机组可靠性和效率，具有结构简单、噪声低、 寿命长、机组体积小、低风速时效率高、运行维护 成本低等诸多优点。 EM
变桨距控制主要有两个作用：一是在高于额定风 速的情况下通过增大桨距角改变气流对叶片的攻角， 将输出功率稳定在额定功率下，保证功率曲线的平 滑，防止风机过负荷。二是在风机失电脱网等紧急状 态下进行空气动力制动，配合高速轴制动器对风机叶 轮快速刹车。风机变桨执行机构的动力形式可分为两 种，即电-液伺服变桨和电动伺服变桨。
风力发电机组的分类
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。
风力发电机的分类特点
目录目录 (1)风力发电机组的分类特点 (2)1按照风轮形式分类 (2)1.1垂直轴风力发电机组 (2)1.2水平轴风力发电机组 (3)1.2.1 下风向风力发电机 (3)1.2.2上风向风电机 (4)2按照有无齿轮箱分类 (4)2.1直驱型风力发电机 (4)2.2双馈式风力发电机 (7)2.3直驱型风力发电机和双馈型风力发电机的特性比较 (8)3按功率调节方式分类 (11)3.1 定桨距风力发电机 (11)3.2变桨失速型风力发电机组 (13)3.2.1变桨失速型风力发电机组运行方式 (13)3.2.2 变桨距风力发电机组输出功率的特点 (14)风力发电机组的分类特点1按照风轮形式分类1.1垂直轴风力发电机组垂直轴风轮按形成转矩的机理分为阻力型和升力型。
阻力型的气动力效率远小于升力型，故当今大型并网型垂直轴风力机的风轮全部为升力型。
阻力型的风轮转矩是由两边物体阻力不同形成的，其典型代表是风杯，大型风力机不用。
升力型的风轮转矩由叶片的升力提供，是垂直轴风力发电机的主流，尤其是风轮像打蛋形的最流行，当这种风轮叶片的主导载荷是离心力时，叶片只有轴向力而没有弯矩，叶片结构最轻。
特点如下1）安全性。
采用了垂直叶片和三角形双支点设计，并且主要受力点集中于轮毂，因此叶片脱落、断裂和叶片飞出等问题得到了较好的解决；2）噪音。
采用了水平面旋转以及叶片应用飞机机翼原理设计，使得噪音降低到在自然环境下测量不到的程度；3）抗风能力。
水平旋转和三角形双支点设计原理，使得它受风压力小，可以抵抗每秒45米的超强台风；4）回转半径。
由于其设计结构和运转原理的不同，比其他形式风力发电具有更小的回转半径，节省了空间，同时提高了效率；5）发电曲线特性。
启动风速低于其他形式的风力发电机，发电功率的上升幅度较平缓，因此在5～8米风速范围内，它的发电量较其他类型的风力发电机高10%～30%；6）利用风速范围。
采用了特殊的控制原理，使它的适合运行风速范围扩大到2.5～25m/s，在最大限度利用风力资源的同时获得了更大的发电总量，提高了风电设备使用的经济性；7）刹车装置。
风力发电机组的分类及各自特点
风力发电机组的分类及各自特点风力发电机组的分类及各自特点风力发电机组主要由两大部分组成：风力机部分――它将风能转换为机械能；发电机部分――它将机械能转换为电能。
根据风机这两大部分采用的不同结构类型、以及它们分别采用的技术方案的不同特征，再加上它们的不同组合，风力发电机组可以有多种多样的分类。
(1) 如依风机旋转主轴的方向（即主轴与地面相对位置）分类，可分为：“水平轴式风机”――转动轴与地面平行，叶轮需随风向变化而调整位置；“垂直轴式风机”――转动轴与地面垂直，设计较简单，叶轮不必随风向改变而调整方向。
(2) 按照桨叶受力方式可分成“升力型风机”或“阻力型风机”。
(3) 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；叶片的数目由很多因素决定，其中包括空气动力效率、复杂度、成本、噪音、美学要求等等。
大型风力发电机可由1、2 或者3 片叶片构成。
叶片较少的风力发电机通常需要更高的转速以提取风中的能量，因此噪音比较大。
而如果叶片太多，它们之间会相互作用而降低系统效率。
目前3 叶片风电机是主流。
从美学角度上看，3叶片的风电机看上去较为平衡和美观。
(4) 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（即在塔架的前面迎风旋转）和“下风向型”――叶轮背顺着风向，两种类型。
上风向风机一般需要有某种调向装置来保持叶轮迎风。
而下风向风机则能够自动对准风向, 从而免除了调向装置。
但对于下风向风机,由于一部分空气通过塔架后再吹向叶轮, 这样, 塔架就干扰了流过叶片的气流而形成所谓塔影效应,使性能有所降低。
(5) 按照功率传递的机械连接方式的不同，可分为“有齿轮箱型风机”和无齿轮箱的“直驱型风机”。
有齿轮箱型风机的桨叶通过齿轮箱及其高速轴及万能弹性联轴节将转矩传递到发电机的传动轴,联轴节具有很好的吸收阻尼和震动的特性，可吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移，并且联轴器可阻止机械装置的过载。
风力发电机组风力机分类、基本基本原理、运行特性、国内外大型风力发电机组总体介绍
垂直轴风力机
萨
瓦
平板型 护罩型
里
杯子式
欧
多叶萨瓦里欧斯型
斯
式
垂直轴风力机
自
涡
△—达里厄 φ—达里厄
旋
轮
式
式
垂直轴风力机
萨瓦里欧斯/ φ—达里厄型
分裂式
萨瓦里欧斯式
美格劳斯型
翼 型
式
垂直轴风力机
导
光
风
照
式
式
3
变桨距调节
NEGMicon 丹麦
NEG-Micon 72
2.0
72
同步转速 12/18
主动失速调节
金风62/1200 风力发电机组介绍
生产厂家：新疆金风科技股份有限公司
技术参数
• 额定功率 ：1200kW
• 叶轮直径 ：62m
• 额定风速 ：12m/s
• 切入风速： 3m/s
• 切出风速（10分钟均值）：25m/s
• 驱动:4个电力驱动行星齿轮变速器
• 防护:电缆扭绞传感器，近程传感器
塔架
• 型号:塔筒式／桁架式
• 轴毂高度:56m／65rn／74m (根据具体要
求变动)
• 防腐保护:环氧树脂／PU涂层 • 组装:利用起重机
功率曲线图
印度SUZLON
REpower 1.5MW风力发电机 （公司名称：REpower Systems AG）
偏航系统
• 偏航控制：主动式偏航
• 偏航驱动：2台驱动电机 • 偏航刹车：液压圆盘刹车
塔架
• 类型：圆锥式管状钢塔
风力发电机的种类与特性..
根据额定功率分类
新疆600kw-中型风机
青岛10kw-小型风O
风力发电机的种类与特性
几种分类方式
根据旋转主轴的布置方向分类
根据桨叶是否可调分类
根据风轮设置位置分类 根据机械传动方式分类
根据桨叶数量分类
根据额定功率分类
根据旋转主轴的布置方向分类 无需对风 检修维护方便
实度低，能量成本低
风轮掠面平均高度高
根据桨叶是否可调分类 定桨距 变桨距
较高的风能利用系数 风速高于额定风速时？
断网时安全停机？ 启动与制动性能更好 发生故障的概率高
根据风轮设置位置分类
风
风
塔影 效应
需要有对风装置
风轮自动对风
根据机械传动方式分类
无齿轮箱直驱型 无变速箱风机
有齿轮箱型
根据机械传动方式分类
无变速箱风机 结构简单故障率 低
结构复杂故障率 高
根据桨叶数量分类
根据额定功率分类
丹麦5MW-大型风机
风力发电机的分类
风力发电机的分类风力发电机是一种利用风能转化为电能的设备。
根据不同的特点和结构，风力发电机可以分为多种不同类型。
1. 垂直轴风力发电机垂直轴风力发电机是一种将转子轴垂直于地面的发电机。
它的转子通常由多个垂直安装的叶片组成，可以在任何风向下捕捉风能。
这种发电机的优点是结构简单，不受风向限制，适合于城市等空间有限的地方使用。
然而，由于叶片在运转过程中会相互遮挡，效率相对较低。
2. 水平轴风力发电机水平轴风力发电机是一种将转子轴水平安装的发电机。
它的转子通常由三个或更多水平安装的叶片组成，可以根据风向调整转子的角度。
这种发电机的优点是效率较高，适合在大型风电场使用。
然而，由于叶片需要根据风向调整角度，所以在风向变化频繁的地区使用效果较差。
3. 细长型风力发电机细长型风力发电机是一种外形细长的风力发电机。
它通常由一个细长的塔和一个顶部安装的转子组成。
这种发电机的优点是能够在低风速下产生较高的功率，适合在山区或低风速地区使用。
然而，由于塔的高度较高，安装和维护较为困难。
4. 低速风力发电机低速风力发电机是一种在低风速下也能产生较高功率的发电机。
它通常采用较大的转子和较低的转速，以提高发电效率。
这种发电机的优点是适合在低风速地区使用，但由于转子较大，所以需要较大的空间进行安装。
5. 高速风力发电机高速风力发电机是一种在高风速下能够产生较高功率的发电机。
它通常采用较小的转子和较高的转速，以提高发电效率。
这种发电机的优点是适合在高风速地区使用，但由于转子较小，所以需要较小的空间进行安装。
6. 海上风力发电机海上风力发电机是一种安装在海上的风力发电机。
由于海上风速较高且稳定，海上风力发电机具有较高的发电效率。
然而，由于安装和维护难度较大，成本较高。
总结起来，风力发电机可以根据结构和特点的不同分为垂直轴风力发电机、水平轴风力发电机、细长型风力发电机、低速风力发电机、高速风力发电机和海上风力发电机等多种类型。
每种类型都有其适用的场景和优缺点，我们可以根据具体需求选择合适的风力发电机类型来提高发电效率。
几种类型的风力发电机组特点总结
几种类型的风力发电机组特点总结风力发电机组是利用风能转换成电能的装置，其工作原理是通过风机叶片受到风力作用转动，带动发电机发电。
根据风力发电机组的结构、转轴方向以及装置类型的不同，可以将其分为多种类型，下面将对其中几种类型的特点进行总结。
1.垂直轴风力发电机组垂直轴风力发电机组的叶轮与转轴在垂直方向上，可以通过风来使转轴旋转。
该类型的风力发电机组具有以下特点：1.1.适应性强：该型号的风力发电机组可以适应多样化的风向，对风向无要求，不需要调整整个机组的位置。
1.2.稳定性好：叶片的旋转会使机组平均受力，使整个机组的结构更加稳定。
1.3.阻力小：由于叶子的布局较紧密，风力只能在离轴靠近的地方产生阻力，因此相比于其他类型的风力发电机组，其阻力较小。
2.常规式风力发电机组常规式风力发电机组的叶轮与转轴在同一平面上，从而使风转动叶片来驱动机组发电。
该类型的风力发电机组具有以下特点：2.1.效率高：常规式风力发电机组的叶片直接受到气流冲击，将风能转为机械能的效率较高。
2.2.动力强：由于叶片设计更为简单，可以通过调整叶片的设计来增加整个机组的动力。
2.3.维护便利：该型号的风力发电机组的维修与检查相对简单，更容易达到预期的维护效果。
3.跨流式风力发电机组跨流式风力发电机组的叶轮以及转轴在风动力垂直方向上，可以将水平气流转化为垂直方向的运动。
该类型的风力发电机组具有以下特点：3.1.适应范围广：跨流式风力发电机组可以适应许多地方的风力情况，无论是强风、软风还是顺风、逆风都可以适应。
3.2.开发储备丰富：跨流式风力发电机组在开发过程中，需要占用的面积相对较小，且可以在复杂地形条件下布局，因此其开发储备非常丰富。
3.3.可靠稳定：该型号的风力发电机组受风的影响相对较小，因此具有较高的可靠性和稳定性。
总结起来，风力发电机组根据结构、转轴方向以及装置类型的不同，可以分为垂直轴风力发电机组、常规式风力发电机组以及跨流式风力发电机组。
风力发电的种类
风力发电的种类一、定桨距型风力发电这种风力机的特点桨叶和轮毂的位置不会发生变化，已经被固定了起来，而且它的桨距角也不会发生改变，也就是说即使你空气流速发生变化，叶片迎着风的那个角度不会发生任何的改变。
由于叶片的设计相当的特别，它可以根据自身独特的气动特性使得叶轮的转速固定。
如果风速过高，大于了风轮转动的额定值，依靠自动失速的特性，功率被控制在额定数值左右，风机就不会由于风速过大导致过载现象的发生，这种风力机又叫做失速式风机。
该风机由以下部件组成：1.塔架；2.轮毂；3.主轴；4.变速箱；5.发电机；6.偏航系统；7.液压系统；8.电气控制。
该种电机属于异步笼式机，这种电机的特点就是，利用双绕组发电机，在风速变换的情况下，控制系统可以实时切换大/小电机，以适应风速的要求，提高了发电机的输出效率。
特殊情况下，风力机突然间没电了，为防止这一情况的发生，在安装的时候就该叶片上安装叶尖扰流装置。
这个装置的作用是，可在停电时叶尖扰流器开始动作并且自旋转90度角，形成一个阻尼挡板，进行紧急刹车，另两种装置可以和扰流器相互配合，从而保证了机组可以可靠地制动。
这种风机的缺点就是在风力机并网后，它要从电网中吸取大量的无功功率用来进行励磁作用，这就导致了它的功率因素偏低，为了解决这一问题，适量配置相当的移相电容器来补偿它。
二、变速恒频型风力发电这种技术有很多优点，因此被人们所喜爱。
在大型的风电机组中，这种技术的身影日益增多。
20世纪90年代伊始，海外开始着手建造的大型的风电机组，所使用的核心技术就是变速恒频技术，尤其在MW级以上的系统中被广泛的应用。
该系统的形势有很多种，例如：交直交、交流励磁、无刷双馈等等系统形式。
上述的这些系统中，部分采用的是把原来的构造进行相应的改变来实现变速恒频，另一部分则是把电力电子技术和发电机相互融合来实现的，它们各有各的特点，各有各的优势。
三、变桨距变速型风力发电通过轴承把叶片和轮毂链接在一块，是该风机的最大特点。
风力电机分类及特点
窄幅变速：叶轮转速从30～50％电机同步转速到额定转速。发电机 定子直接连接电网，转子通过滑环和变流器与电网连接。
水平轴HAWT, 美国多叶片
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按风轮转轴布置方式分类
水平轴风电机：从古到今都是最流行、最为广泛采用风力机形式。
垂直轴风电机：30年代初法国人Darrieus发明的拳曲成形的立轴风轮， 利用翼型的升力产生转矩。（无法自启动，达到确定的高尖速比时产 生正的力矩。）唯一成功的制造者美国的Flowind，大约700台17米和 19米风电机。最大功率系数对应尖速比较小且范围窄。
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变速型风电机
1）双速运行 将发电机分别设计成4极和6极。一般6极发 电机的额定功率设计成4极发电机的1/4到 1/5。 如600Kw机组： 6极——150Kw，4极—— 600Kw 特点： ——叶轮和发电机在低风速段的效率提高； ——与变桨距机组在额定功率前的功率曲 线差别缩小。
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变速型风电机
化生产
缺点： 1)风轮接近地面，风轮周围的风速不高。 2) 风电机的总体效率不突出（0.4），最大 0.56（不能自启动）。 3)风电机不能自持（需要拉线等固定）
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按风轮位置分类
上风向风电机 ：风轮在塔架上风向，避免了塔影效应的影响， 以及由此产生的节奏噪音。
需准确估计叶片运行中的变形量，风轮需要坚固一些，且距离 塔架一定的距离。此外上风向风电机需要一套偏航机构用于 对风。
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风力发电机结构分类及特点
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第三章
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风力发电
2016/4/12
(3)由于采用了交流励磁，发电机和电力系统构成了“柔性连接”，即 可以根据电网电压、电流和发电机的转速来调节励磁电流，精确的 调节发电机输出电压，使其能满足要求。 (4)由于控制方案是在转子电路实现的，而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，它仅仅是额定功 率的一小部分，这样就大大降低了变频器的容量，减少了变频器的 成本。
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风力发电
2016/4/12
荷兰风车
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风力发电
2016/4/12
按照有无齿轮箱分类
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。 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。
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风力发电
2016/4/12
风杯式风力机风轮的轴垂直于地面安装，是垂直轴风力机，任何方 向的水平风力都可以使它旋转 ，下图为四个风杯的风力机。
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风力发电
2016/4/12
升力型的风轮转矩由叶片的升力提供，是垂直轴风力发电机的主 流，尤其是风轮像打蛋形的最流行，当这种风轮叶片的主导载荷是 离心力时，叶片只有轴向力而没有弯矩，叶片结构最轻。
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风力发电
2016/4/12
在定子铁芯的槽内嵌放着三相交流绕组，三相绕组按4极绕制， 连接成星形，下图是嵌有三相绕组的定子。当绕组接入三相交流电 源就可在定子内产生旋转磁场。
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风力发电
2016/4/12
定子固定在机座内，机座外壳上有通风孔，便于电机散热
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风力发电
2016/4/12
双馈式风力发电机基本结构图
双馈风力发电机一般采用4极或6极，2MW以下的发电机多采用4 极，2MW以上的发电机多采用6极，本节介绍的是4极发电机，定子铁 心与转子铁心都由硅钢片叠成，图1是定子铁心与转子铁心的冲片。
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第三章
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风力发电
2016/4/12
永磁同步 发电机
电容
电网 风力机 整流器 逆变器
直接驱动式风力发电系统框图
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风）由于零件和系统的数量减少， 维修工作量大大降低。 2）最近开发的直驱机型多数是永 磁同步发电机，不需要激磁功 率，传动环节少，损失少，风 能利用率高。 3）运动部件少，由磨损等引起的 故障率很低，可靠性高。 4）采用全功率逆变器联网，并网、 解列方便。 5）采用全功率逆变器输出功率完 全可控，如果是永磁发电机则 可独立于电网运行。
第三章
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风力发电
2016/4/12
在转轴上安装三个集电环，三个集电环之间，环与转轴之间都 是互相绝缘的，转子绕组的三根引出端线通过转轴的凹槽连接到三 个集电滑环上。在转轴上安装两个轴流风扇用于发电机散热，发电 机整个旋转部分（转子）。
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风力发电
2016/4/12
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风力发电
2016/4/12
双馈式风力发电机有齿轮箱
风力发电机采用变速运行可使风力机最大限度的吸收风能，提 高风力机运行效率，大容量的变速恒频风力发电系统是风力发电技 术的主流方向，采用双馈异步发电机的变速恒频风力发电机组仍是 目前的主流机型。 双馈式风力发电机组的优点是： 采用了多级齿轮箱驱动有刷双馈式异步发电机。它的发电机的 转速高，转矩小，重量轻，体积小，变流器容量小。 双馈式风力发电机组的缺点是： 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。
双馈异步发电机剖视图
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第三章
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风力发电
2016/4/12
双馈感应发电机组是具有定、转子两套绕组的双馈型异步发电 机（DFIG），定子接入电网，转子通过电力电子变换器与电网相连， 如下图所示。 在风力发电中采用交流励磁双馈风力发电方案，可以获得以下 优越的性能： (1)调节励磁电流的频率可以在不同的转速下实现恒频发电，满 足用电负载和并网的要求，即变速恒频运行。这样可以从能量最大 利用等角度去调节转速，提高发电机组的经济效益。 (2)调节励磁电流的有功分量和无功分量，可以独立调节发电机 的有功功率和无功功率。这样不但可以调节电网的功率因数，补偿 电网的无功需求，还可以提高电力系统的静态和动态性能。
电气工程与自动化学院
第三章
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风力发电
2016/4/12
直接驱动式变速恒频（DDVSCF）风力发电系统框图如图所示， 风轮与同步发电机直接连接，无需升速齿轮箱。首先将风能转化为 频率、幅值均变化的三相交流电，经过整流之后变为直流，然后通 过逆变器变换为恒幅恒频的三相交流电并入电网。通过中间电力电 子变流器环节，对系统有功功率和无功功率进行控制，实现最大功 率跟踪，最大效率利用风能。
风力发电机分类及特点
李少龙
第三章
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风力发电
2016/4/12
了解风力发电机的分类 双馈式和直驱式风力发电机介绍
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风力发电
2016/4/12
按照风轮形式分类
（1）垂直轴风力发电机组 垂直轴风轮按形成转矩的机理分为阻力型和升力型。 阻力型的气动力效率远小于升力型，故当今大型并网型垂 直轴风力机的风轮全部为升力型。 阻力型的风轮转矩是由两边物体阻力不同形成的，其 典型代表是风杯，大型风力机不用。
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风力发电
2016/4/12
水平风力发电机机舱结构与设备布置图
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第三章
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风力发电
2016/4/12
大型风力机的管柱型 塔架主要采用钢筋混凝 土结构或钢结构，但钢 塔架运输困难，可现场 制作的混凝土塔架用得 越来越多。塔架内敷设 有发电机的电力电缆、 控制信号电缆等，塔底 有塔门，塔架内分若干 层，层间有直梯便于人 员上下。
第三章
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风力发电
2016/4/12
双馈型风力发电机和直驱型风力发电机的特性比较
机型和特性 统维护成本 系统价格 系统效率 电控系统体积 变流其容量 变流系统稳定性 电机滑环 电机重量 电机种类 双馈型风力发机组 永磁直驱风力发电机组 较高（齿轮箱故障多） 低 中 高 较高 高 中 较大 全功率的1/3 全功率变流 中 高 半年换碳刷，两年换滑环 无碳刷，滑环 轻 重 励磁 永磁，设计时要考虑永磁体
退磁问题
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风力发电
2016/4/12
在目前风力发电机中，直驱式风力发电机用的越来越多, 在中小型风力发电机（包括垂直轴风力发电机）都有应用，目 前世界上最大的水平轴风力发电机就是直驱式的。
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齿轮箱
DFIG
电网
转子侧 变换器
网侧 变换器
双馈式变速恒频风力发电系统结构框图
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2016/4/12
直驱型风力发电机无齿轮箱
直驱式风力发电机，是一种由风力直接驱动发电机，亦称无齿轮 风力发动机，这种发电机采用多极电机与叶轮直接连接进行驱动的 方式，免去齿轮箱这一传统部件。由于齿轮箱是目前在兆瓦级风力 发电机中属易过载和过早损坏率较高的部件，因此，没有齿轮箱的 直驱式风力发动机，具备低风速时高效率、低噪音、高寿命、减小 机组体积、降低运行维护成本等诸多优点。 直驱式风力发电系统大多都使用永磁同步发电机发电，无需励磁 控制，电机运行速度范围宽、电机功率密度高、体积小。随着永磁 材料价格的持续下降、永磁材料性能的提高以及新的永磁材料的出 现，在大、中、小功率、高可靠性、宽变速范围的发电系统中应用 的越来越广泛。
风力发电
2016/4/12
直驱式永磁风力发电机基本结构图
把绕好线圈的定子安装在机座的机架上，为显示转子结构将定 子剖去一部分。
电气工程与自动化学院
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风力发电
2016/4/12
把装有永久磁极的内转子安装在机座的转轴上
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风力发电
2016/4/12
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缺点是： 由于直驱型风力发电机组 没有齿轮箱，低速风轮直接 与发电机相连接，各种有害 冲击载荷也全部由发电机系 统承受，对发电机要求很高。 同时，为了提高发电效率， 发电机的极数非常大，通常 在100极左右，发电机的结构 变得非常复杂，体积庞大， 需要进行整机吊装维护。
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风力发电
2016/4/12
水平轴风力发电机组
水平轴（风轮）风力发电机组，是指风轮轴线基本与地面平 行安置在垂直地面的塔架上。水平轴风力发电机机舱里主要设 备有主传动轴、齿轮箱、发电机、刹车装置、机架、控制设备 等。 水平轴风力机的风轮转轴与风向平行，其风能利用系数高， 技术非常成熟，水平轴风力发电机是目前应用最广泛的风力发 电机。