双馈风电机组与永磁直驱机组对比
(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。
大型双馈风电机组与永磁直驱机组对比分析
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。
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。
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。
双馈型风机与直驱型风机的比较分析 _2_
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。
双馈异步和永磁同步风力发电机特性分析
双馈异步和永磁同步风力
发电机特性分析摘要：本文分析了双馈异步和永磁同步风力发电机的工作原理，详细比
AUTOMATION PANORAMA
率，可使定子频率恒定，即应满足：。
为定子电流频率，由于定子与电网相连，所以与电网频率相同；为转子机械频率，，p为电机的极对为转子电流频率。
n<n1（n1是定子旋转磁场的同步转速）时，处于亚同步运行状态，此时变流器向发电机转子提供交流励磁，发电机由定子发出电能给电网；
n>n时，处于超同步运行状态，此时发电机同时由定子
统类似，只是所采用的发电机为永磁同步发电机。
式中，—电网频率（H z）；—发电机定子输出频率Hz）； K—功率变换器频率变比。
当转速变化时，发电机定子输出频率也跟随变化，通过功率变换器将定子发出的变频变压的电能转换为与电网频率幅值一致的稳定电能。
图3 DFIG和PMSG发电量比较
结论
（1）从结构分析来看，DFIG和PMSG在技术参数上各有优缺DFIG相比PMSG变流器容量小，易于安装和维护，成本低，发电机结构简单，重量和体积比同步发电机大大减小。
但低电压穿越功能不强，需要在变流器中额外增加模块，现在DFIG的市场认可度较高，但由于其低电压穿越能力不好，所以，如果国家以后出台并网要求相关规定后，市场将倾向于同步风力发电机组。
（2）就技术成熟度来讲，目前国内外DFIG技术成熟，国内大多数兆瓦级风机均采用该机型，而PMSG国内该方面的技术尚处于研发阶段，产业链不完善，基本要依赖进口。
（3）就成本来讲，双馈式风力发电机组比同步风力发电机
AUTOMATION PANORAMA
AUTOMATION PANORAMA。
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。
直驱风机与双馈风机的主要区别参考文档
向 转 子 输 入 功 率 输入直流电
风机在同步状态运行时
三、发电结构的区别
发电机定子绕组输出50Hz交流电
向 电 网 输 出 功 率 输入反相序10Hz交流电
风机在超同步状态运行时
三、发电结构的区别
不同频率、幅值的电流整流成直流电
逆变为与电网相位幅值频率一样的交流电
四、变频器的区别
• 变频器一般使用交直交这种形式，两边 各有一个PWM变流器，和电网连接的一般称 为网侧变流器，和发电机连接的一般称为 机侧变流器，中间使用直流环节将两边连 接起来。变流器可以实现整流和逆变这两 种基本的功能。中间回路使用电容建立直 流环节
时，即将三相电源中任意两相绕组接线互换，旋转磁场就会改变方向。
ωt=0 º时
ωt=60º时
ωt=120º时
ωt=180º时
三、发电结构的区别
发电机定子绕组输出50Hz交流电
向 转 子 输 入 功 率 输入同相序20Hz交流电
风机在亚同步状态运行时
三、发电结构的区别
发电机定子绕组输出50Hz交流电
一、传动结构的区别
风电机组常用齿轮箱结构：一级行星加两级平行轴、两级行星加一级平行轴
一级行星二级平行轴
二级行星一级平行轴
一、传动结构的区别
齿轮箱不仅仅指发电机增速箱 偏航电机、变桨电机的减速器 都是齿轮箱
二级行星轮齿轮箱.avi
二、发电机的区别
双馈异步发电机： 双馈异步发电机的定子绕组直接与电网相连，转子绕组通过变流器与电网连 接，转子绕组电源的频率、电压、幅值和相位按运行要求由变频器自动调节， 机组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。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。
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。
直驱风机与双馈风机的主要区别
二、发电机的区别
频率： 交流电机转速与频率的关系可用如下公式：
n=60f/p
n：电机转速，转/分钟 f：电源频率
p：电机磁极对数
我国规定标准电源频率为f=50周/秒，所以旋转磁场的转速的大小只与磁极对数有关， 磁极对数多，旋转磁场的转数就低。当电动机的绕组为一对N,S极时，其旋转磁场和电源 同步，也是3000r/min。当绕组极对数为2时，旋转磁场为1500r/min。极对数为3，旋转 磁场为1000r/min，余类推。但是电动机转子的转速总是落后于磁场同步转速的，如2对 极的电动机实际转速约为1450r/min
时，即将三相电源中任意两相绕组接线互换，旋转磁场就会改变方向。
ωt=0 º时
ωt=60º时
ωt=120º时
ωt=180º时
三、发电结构的区别
发电机定子绕组输出50Hz交流电
向 转 子 输 入 功 率 输入同相序20Hz交流电
风机在亚同步状态运行时
三、发电结构的区别
发电机定子绕组输出50Hz交流电
•
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
2、
• 按照风机接受风的方向分类，可分为：“上风 向型”、“下风向型”
3、
• 依据风机旋转主轴的方向分类，可分为：“水平轴 式风机”、“垂直轴式风机”
4、
• 按照功率传递的机械连接方式的不同，可分为“双 馈风机”、“直驱型风机”
这就是为什么直驱的发电机级数高的原因
三、发电结构的区别
风速是不稳定的，风力机的风轮转速是在不停的波动中，经 过增速箱增速的发电机转子转速也跟随不断变化，采用普通 交流发电机发出电的频率也是不断变化的。要想交流发电机 输出频率稳定的电压，就必须保持转子转速稳定，也就是保 证发电机内旋转磁场转速的稳定。交流同步发电机转子产生 的磁场相对转子是不变的，发电机转速变，输出电压的频率 也跟着变。如果转子产生的磁场相对转子可以旋转变化，也 就是说必须要转子转速变化不影响旋转磁场的转速。
风力发电-双馈系统与直驱系统的比较
S
In Germany the first big wind turbine with variable speed had been developed in 1980 (3mW, 100m rotor diameter), but the project was to big an was not successful because of mechanical problems. At this time the cost for power semiconductors was very high, so the turbine used a double feed asynchronues generator with a small slip to save converter cost. 在德国，第一台大型的变速风力发电（3 兆瓦，转子直径达 10 米）设备诞生于 1980 年，但是由于机械问题，该项目并不是很成功。那时候，电力器件的成本 相当的高，因此，风力发电设备就经常采用带小滑差的双馈异步发电机来节省 变流器的成本。
In picture 2 we can see an asynchronues generator with slip rings, an IGBT rectifier, a dc-link, and an IGBT converter. This system is used by some other companies. 在图 2 中，我们可以看到：一个带滑环的异步发电机，IGBT 整流桥，直流母 线，IGBT 变流器。有一些公司使用该系统。
直驱风机与双馈风机的主要区别
一、传动结构的区别
齿轮箱: 齿轮箱又叫变速箱，是一种动力传达机构，通过不同齿数的齿轮啮合，将马 达的转速转换到执行设备需要的转速，并能改变转矩的结构。 齿轮箱分类: (1)按内部传动链结构分为：平行轴结构齿轮箱和行星结构齿轮箱以及他们相
互组合起来的齿轮箱 (2)按变速次数分为：单级和多级 (3)按转动的布置形式分为：展开式、分流式、和同轴式以及混合式等等
直驱风机
• 直驱式风力发电机，是一种由风力直 接驱动的发电机，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。主要由风轮、永 磁同步发电机、交-直-交变流器、变 压器等组成。
直驱式风力发电机组示意图
直驱风机 与
双馈风机 的
主要区别 有
哪几点？
双馈风机
双馈风力发电机组主要由风轮、增速箱、 双馈异步发电机、交-直-交变流器、变 压器等组成，风轮经过增速后带动发电 机，发电机定子绕组线端是发电机电力 输出端，通过开关箱连接到交流电网； 发电机转子绕组通过集电环连接到交-直 -交变流器，变流器另一端连接变压器， 变压器另一端通过开关箱连接到交流电 网，这样组成的系统，可在发电机转速 低于同步转速40%与高于同步转速15%内 正常运行。
•
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
2、
• 按照风机接受风的方向分类，可分为：“上风 向型”、“下风向型”
3、
• 依据风机旋转主轴的方向分类，可分为：“水平轴 式风机”、“垂直轴式风机”
4、
• 按照功率传递的机械连接方式的不同，可分为“双 馈风机”、“直驱型风机”
一、传动结构的区别
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。
风电机组传动系统应该使用永磁还是双馈？
风电机组传动系统应该使用永磁还是双馈？在风电行业，关于现代风电机组传动系统应该使用永磁发电机还是双馈发电机到今仍然存在争议。
很多技术专家及行业意见领袖都曾建议使用双馈电机，并且表达了对于永磁发电机技术的种种疑虑。
斯维奇认为，无论使用何种评判标准，永磁发电机及全功率变流器系统是目前业界最好的技术。
评判标准一：全生命周期成本效率总有声音认为永磁发电机和全功率变流器系统比双馈系统贵。
实际上，研究证明，当把所有的投资及运营所需的成本都考虑进去时，永磁发电机及全功率变流器系统比双馈系统在机组的全生命周期内更便宜，更划算。
装配有永磁发电机及全功率变流器的风电机组并网之后具有较低的成本，这相对装有双馈系统的机组来说是一个巨大的优势。
双馈技术满足电网标准需要增加硬件及软件设备，从而增加成本;永磁发电机及全功率变流器传动系统已经具有诸如发无功及低电压穿越的功能，这样便拉平了和双馈设备初始投资成本之间的差距。
从长期来看，永磁技术的优势是能够发出更多的电，因为它的功率曲线具有更高效率。
永磁发电机及全功率变流器传动系统能够在整个运行范围内确实地提高风电机组效率。
在100%功率条件下，永磁发电机及全功率变流器传动系统与双馈及双馈变流器的效率相似。
然而，100%功率的风况并不常见。
在通常风况下，永磁传动系统已经被证实更有效率。
不管是从运行性能、电机损耗、变流器功率范围还是风况的角度来看，永磁发电机及全功率变流器传动系统都被证明有更高的年发电量。
永磁发电机的设计还能够提高可靠性，从而使机组运维费用较低。
根据统计，永磁发电机具有更少的电气故障和效率(故障率0.59/年，其他技术的故障率为0.69/年)。
从停机时间考量，最新的永磁发电机更可靠，其停机时间为1.98天/年，而其他技术的停机时间为>2.36故障天数/年。
NextWind最新研究报告中估计：双馈机组每年的服务成本，包括其齿轮箱所需的额外费用，总计比永磁机组的服务成本高20%-30%。
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。
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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
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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
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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。
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。
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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。
在超同步发电时，通过定转子两个通道同时向电网馈送
能量，双馈式风力发电机在亚同步和超同步转速下都可发电。
故称双馈技术主要特点
发电机采用绕线式异步电机，定子直接与电网相连，转子侧通过变流器与电
网相连。
当双馈发电机的负载和转速变化时，通过调节馈入转子绕组的电流，不
仅能保持定子输出的电压和频率不变，而且还能调节双馈发电机的功率因数。
1发电机转子侧变流器功率仅需要25%～30%的风机额定功率，大大降低了变
流器的造价；
2发电机体积小、运输安装方便、成本低；
3可承受电压波动范围：额定电压±10%；
4网侧及直流侧滤波电感、电容功率相应缩小，电磁干扰也大大降低；
5可方便地实现无功功率控制。
主要缺点
1需要采用双向变频器，变速恒频控制回路多，控制技术复杂，维护成本高
2发电机需安装集电环和刷架系统，且须定期维护、检修或更换随着风电机组单机容量的增大，双馈型风电系统中齿轮箱的高速传动部件故
障问题日益突出，于是没有齿轮箱而将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；从中长期来看，直驱型和半直驱型传动系统将逐步在大型风
电机组中占有更大比例，另外，在传动系统中采用集成化设计和紧凑型结构是未
来大型风电机组的发展趋势。
在大功率变流技术和高性能永磁材料日益发展完善
的背景下，大型风电机组越来越多地采用pmsg（无功控制和低电压穿越能力），pmsg不从电网吸收无功功率，无需励磁绕组和直流电源，也不需要滑环碳刷，
结构简单且技术可靠性高，对电网运行影响小。
Pmsg与全功率变流器结合可以
显著改善电能质量，减轻对低压电网的冲击，保障风电并网后的电网可靠性和安
全性，与双馈型机组相比，全功率变流器更容易实现低电压穿越等功能，更容易
满足电网对风电并网日益严格的要求。
二、直接驱动型风力发电系统
典型的永磁直驱型变速恒频风力发电系统，包括永磁同步发电机（pmsg）和
全功率背靠背双pwm变流器，无齿轮箱。
Pmsg通过全功率变流器直接与电网连接，通常极对数较多，低转速，大转矩，径向尺寸较大，轴向尺寸较小，呈圆环状；由于省去了齿轮箱，从而简化了传动链，提高了系统效率，降低了机械噪声，减小了维修量，提高了机组的寿命和运行可靠性；发电机通过变流器与电网隔离，因此其应对电网故障的能力更强，但是变流器容量较大，损耗较大，变流器的成
本较高。
直驱式风力发电机组的风轮直接驱动发电机，主要由风轮、传动装置、发电机、控制系统等组成。
为了提高低速发电机效率，直驱式风力发电机组采用大幅
度增加极对数（一般极数提高到 100 左右）来提高风能利用率，采用全功率变流
器实现风力发电机的调速。
直驱发电机按照励磁方式可分为电励磁和永磁两种。
电励磁直驱风力发电机
组采用与水轮发电机相同的工作原理，技术成熟。
永磁直驱是近年来研发的风电
技术，该技术用永磁材料替代复杂的电励磁系统，发电结构简单，重量相对励磁
直驱机组较轻。
但永磁部件存在长期强冲击振动和大范围温度变化条件下的磁稳
定性问题，永磁材料的抗盐雾腐蚀问题，空气中微小金属颗粒在永磁材料上的吸
附从而引起发电机磁隙变化问题，以及在强磁条件下机组维护困难问题等。
此外，永磁直驱式风力发电机组在制造过程中，需要稀土这种战略性资源的供应，成本
较高直驱永磁风力发电机有以下几个方面特点：
1发电效率高：
直驱式永磁风力发电机组没有齿轮箱，减少了传动损耗，提高了发电效率，
尤其是在低风速环境下，效果更加显著。
2可靠性高：齿轮箱是风力发电机组运行出现故障频率较高的部件，直驱技
术省去了齿轮箱及其附件，简化了传动结构，提高了机组的可靠性。
同时，机组
在低转速下运行，旋转部件较少，可靠性更高。
3运行及维护成本低：采用无齿轮直驱技术可减少风力发电机组零部件数量，避免齿轮箱油的定期更换，降低了运行维护成本。
4电网接入性能优异：直驱永磁风力发电机组的低电压穿越使得电网并网点
电压跌落时，风力发电机组能够在一定电压跌落的范围内不间断并网运行，从而
维持电网的稳定运行。
综上，风电机组技术的成熟性，质量的稳定和可靠性，及时而低成本的维修
和维护将是市场选择最重要的标准，为了满足这个标准，风力发电机组不同的机
型要不断改进。
对于直驱风力发电机尤其时直驱式永磁风力发电机，其优异的低
电压穿越功能和高可靠性时最大优点。
但成本偏高，特别是在海上工况，永磁体
对于极端环境（潮湿、盐雾、酷热等）无法适应易氧化，退磁或锈蚀，这是最大
的弊端。
而双馈风力发电机，优点不言而喻，灵活的控制方式、优异的电能质量、交底的制造成本等，但其偏弱的低电压穿越功能和高维护性，成为其短板。