直驱型风力发电机组

直驱式永磁同步风力发电机概述

直驱式永磁同步风力发电机概述永磁同步发电机是一种以永磁体进行励磁的同步电机，应用于风力发电系统，称为永磁同步风力发电机。

永磁同步风力发电机一般不用齿轮箱，而将风力机主轴与低速多极同步发电机直接连接，为“直驱式”，所以称为直驱式永磁同步风力发电机，以下本章除特指外均简称为永磁同步发电机。

一、永磁同步发电机的特点1.与传统电励磁同步发电机比较同步发电机是一种应用广泛的交流电机，其显著特点是转子转速n与定子电流频率f之间具有固定不变的关系，即n=n0=60f/p，其中n为同步转速，p为极对数。

现代社会中使用的交流电能几乎全部由同步发电机产生。

永磁同步发电机是一种结构特殊的同步发电机，它与传统的电励磁同步发电机的主要区别在于：其主磁场由永磁体产生，而不是由励磁绕组产生。

与普通同步发电机相比，永磁同步发电机具有以下特点：（1）省去了励磁绕组、磁极铁芯和电刷-集电环结构，结构简单紧凑，可靠性高，免维护。

（2）不需要励磁电源，没有励磁绕组损耗，效率高。

（3）采用稀土永磁材料励磁，气隙磁密较高，功率密度高，体积小，质量轻。

（4）直轴电枢反应电抗小，因而固有电压调整率比电励磁同步发电机小。

（5）永磁磁场难以调节，因此永磁同步发电机制成后难以通过调节励磁的方法调节输出电压和无功功率（普通同步发电机可以通过调节励磁电流方便地调节输出电压和无功功率）。

（6）永磁同步发电机通常采用钕铁硼或铁氧体永磁，永磁体的温度系数较高，输出电压随环境温度的变化而变化，导致输出电压偏离额定电压，且难以调节。

（7）永磁体存在退磁的可能。

目前，永磁同步发电机的应用领域非常广泛，如航空航天用主发电机、大型火电站用副励磁机、风力发电、余热发电、移动式电源、备用电源、车用发电机等都广泛使用各种类型的永磁同步发电机，永磁同步发电机在很多应用场合有逐步代替电励磁同步发电机的趋势。

2.与非直驱式双馈风力发电机比较虽然双馈风力发电机是目前应用最广泛的机型，但随着风力发电机组单机容量的增大，双馈型风力发电系统中齿轮箱的高速传动部件故障问题日益突出，于是不用齿轮箱而将风力机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。

直驱风力发电机

• 金风62/1200风力发电机是外转子型，转子位于定子的外部。由于采用这种永磁体外转子结构，与同类电励磁风力发电机相比，金风62/1200风力发电机组的电机的尺寸和外径相对较小。下图显示了两种结构的对比。图中两种结构的气隙直径是相同的，因此功率输出也是相同的。金风62/1200风力机外转子直径仅仅比气隙直径大了几厘米，而一般的电机结构高出气隙直径很多。电机直径小带来的好处就是重量轻，易于运输。
主要零部件
变距系统设计方案 • 驱动装置：采用三个相互独立的变频调速电机传动机构。 • 后备储能单元：采用大容量电容，免维护，可靠性高。 • 传动方式：同步齿型带，免维护，成本低。
主要零部件
机舱底座
主要零部件
轮毂
永磁电机效率对比
1.2MW永磁直接驱动风机功率曲线
发电量对比
成本问题
由于稀土永磁材料目前的价格还比较贵，稀土永磁发电机的成本一般比电励磁式发电机高，但这个成会在电机高性能和运行中得到较好的补偿。在今后的设计中会根据具体使用的场合和要求，进行性能、价格的比较，并进行结构的创新和设计的优化，以降低制造成本。无可否认，现正在开发的产品成本价格比目前通用的发电机略高，但是我们相信，随着产品更进一步的完美，成本问题会得到很好的解决。美国DELPHI（德尔福）公司的技术部负责人认为：“顾客注重的是每公斤瓦特上的成本。”他的这一说法充分说明了交流永磁发电机的市场前景不会被成本问题困扰。
•
因此，必须建立新的设计概念，重新分析和改进磁路结构和控制系统；必须应用现代设计方法，研究新的分析计算方法，以提高设计计算的准确度；必须研究采用先进的测试方法和制造工艺。
永磁材料的技术性能与退磁曲线的形状, 对电机的性能、外形尺寸、运行可靠性等有很大的影响,是设计与制造永磁电机时需要考虑的十分重要的参数。对于不同的情况, 不同的场合, 应采用不同的结构形式和永磁材料。图给出这几种永磁材料的退磁曲线(还受温度影响）。

直驱型风力发电机的优越性和特点

直驱型风力发电机的优越性先进性没有了齿轮箱的整个机组，不仅降低了成本，减轻了整机重量，同时避免了齿轮箱过热、噪音大等缺陷，大大降低了故障率。

经济性发电机采用永磁式，提高了发电机的输出电压，减少了在传输过程中的线损，节省了箱变的费用。

通过对风机机组的零部件的优化设计、计算及检验，能够大幅度的延长整机的工作寿命。

安全性合理的机舱提升机设计安装在机舱内部，避免了工作人员直接与机舱尾部的窗口接触，扩大了活动空间，大大提高了安全性能。

在整机零部件之间加入防雷保护系统，可以很好的避免雷雨天气对风机的损坏，并在设计过程中全方位的考虑了天气的变化对机组的影响；塔筒之间采用高强度的螺栓连接，保证了塔筒的稳定性。

可靠性产品在研发和生产过程中，进行了全方位的认证工作，与国内多家知名认证公司保持着长期联系，并达成一致，为我们生产的直驱型风力发电机组进行全面的认证工作，包括设计认证、型式认证等。

完善的售后服务体系在安装过程中，我们有大量的技术人员会进行全程跟踪指导，建立客户档案，定期进行交流，经常保持与客户的联系，及时解决客户遇到的问题和困难。

我们的所有部件的采购都是选择著名且已获认证的供货商，保证了所有的零部件的高质量、高性能，能够满足广大用户的需求；同时我们有专业的研究开发人员，能够为用户提供详细的技术指导。

直驱型风力发电机的主要特点直驱永磁风力发电机组取消了沉重的增速齿轮箱，发电机轴直接连接到叶轮轴上，转子的转速随风速而改变，其交流电频率也随之变化。

，经过置于地面的大功率电力电子变换器，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。

国际先进的无齿轮箱直驱风力发电机，多沿用低速多极永磁发电机，并使用一台全功率变频器将频率变化的风电送入电网。

直接驱动式风力发电机组由于没有齿轮箱，零部件数量相对传统风电机组要少得多。

其主要部件包括：叶轮叶片、轮毂、变桨系统、发电机转子、发电机定子、偏航系统、测风系统、底板、塔架。

直驱风力发电机分析

主要零部件
变距系统设计方案
• 驱动装置：采用三个相互独立的变频调速电机传动机构。
• 后备储能单元：采用大容量电容，免维护，可靠性高。
• 传动方式：同步齿型带，免维护，成本低。
主要零部件
机舱底座
主要零部件
轮毂
永磁电机效率对比
1.2MW永磁直接驱动风机功率曲线
发电量对比
MW永磁直驱发电机特点
零部件
• 定子支架
轴加工完的定子支架
多极永磁发电机发电系统
变速恒频闭环控制模型
风
发电机
转速
测量
转速
传感器转速
风机
控制器
叶片桨距
发电机转矩需求
桨距执桨距行机构需求
需求转矩转速
变流系统原理框图
1
MA
~~
永磁发电机
2 B
三相整流
3
=C =
升降压
4
=D 逆变~~~
小带来的好处就是重量轻，易于运输。
直接驱动永磁发电机
磁钢Leabharlann 铁心绕组风
无需励磁能量
长寿命的低速发电机高效抗环境侵蚀和腐蚀保护
外转子发电机,利于磁钢散热自然空气冷却,大的外表面，利于散热不必使用强迫风冷
冷却风道定子
转子
直接驱动风力发电机组 — 结构形式及工作原理
径向永磁电机结构
轴向永磁电机结构
变流器
5 E
滤波器
6
变压器
7 F
电网
•
多极永磁发电机型风力发电系统结构如图所示。风力
机与发电机直接相连,风力机采用变桨距功率控制方式实

永磁直驱风力发电机组并网发电原理

永磁直驱风力发电机组并网发电原理
永磁直驱风力发电机组并网发电是一种新型的发电技术，它利用风力将机组的转矩转化为电能，并将该电能输出到电网中。

永磁直驱风力发电机组是一种特殊的发电机组，它采用永磁材料制造的发电机，可以将风力转换为电能，而无需使用变速箱和传动轴。

永磁直驱风力发电机组可以输出一定的功率，其输出电能可以用于发电。

并网发电是指将发电机组输出的电能输入到电网中，实现了发电和用电之间的互联互通。

发电机组可以将连续的电能输出到电网中，供用户使用，从而实现发电。

永磁直驱风力发电机组并网发电的优点是结构简单，可靠性高，运行维护成本低，可以有效地利用风能，实现节能环保，并可以获得较大的发电量，可以节约大量的能源费用，给社会带来更多的经济效益。

永磁直驱风力发电机组并网发电不仅可以节省能源，而且可以缓解电网负荷，提高电网的可靠性和安全性，进一步推动可再生能源的发展。

总之，永磁直驱风力发电机组并网发电是一项重要的发电技术，它具有结构简单、可靠性高、运行维护成本低等优点，
可以节省能源，缓解电网负荷，提高电网可靠性和安全性，进一步推动可再生能源的发展，给社会带来更多的经济效益。

直驱式永磁同步风力发电机组建模及其控制策略

直驱式永磁同步风力发电机组建模及其控制策略一、本文概述随着全球能源需求的持续增长和环境保护的日益紧迫，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，正受到越来越多的关注。

直驱式永磁同步风力发电机（Direct-Drive Permanent Magnet Synchronous Wind Turbine Generator, DDPMSG）作为一种新型风力发电技术，以其高效率、高可靠性以及低维护成本等优点，逐渐成为风力发电领域的研究热点。

本文旨在对直驱式永磁同步风力发电机组的建模及其控制策略进行深入研究。

文章将介绍直驱式永磁同步风力发电机的基本结构和工作原理，为后续建模和控制策略的研究奠定基础。

接着，文章将详细阐述直驱式永磁同步风力发电机组的数学建模过程，包括机械部分、电气部分以及控制系统的数学模型，为后续控制策略的设计提供理论支持。

在控制策略方面，本文将重点研究直驱式永磁同步风力发电机组的最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking, MPPT）控制和电网接入控制。

最大功率点跟踪控制旨在通过调整发电机组的运行参数，使风力发电机组在不同风速下都能保持最佳运行状态，从而最大化风能利用率。

电网接入控制则关注于如何确保发电机组在并网和孤岛运行模式下的稳定运行，以及如何在电网故障时实现安全可靠的解列。

本文还将探讨直驱式永磁同步风力发电机组的控制策略优化问题，以提高发电机组的运行效率和稳定性。

通过对控制策略进行优化设计，可以进一步减少风力发电机组的能量损失，提高风电场的整体经济效益。

本文将对直驱式永磁同步风力发电机组的建模及其控制策略进行总结，并展望未来的研究方向和应用前景。

通过本文的研究，可以为直驱式永磁同步风力发电机组的实际应用提供理论指导和技术支持，推动风力发电技术的持续发展和优化。

二、直驱式永磁同步风力发电机组的基本原理直驱式永磁同步风力发电机组（Direct-Drive Permanent Magnet Synchronous Wind Turbine Generator，简称DD-PMSG）是一种将风能直接转换为电能的装置，其基本原理基于风力驱动、机械传动、电磁感应和电力电子控制等多个方面。

直驱风力发电机..

横向磁通发电机的定子齿槽和电枢线圈在空间上互相垂直,磁路方向沿转子轴向方向,定子尺寸和线圈尺寸相互独立,它实现了电路与磁路的解耦,即可以同时实现高电负荷和高磁负荷。而且,横向磁通发电机的磁路是三维的,根据转子永磁体磁极的放置方法可分为多种类型。 • 简言之,横向磁通发电机属于同步电机的范畴,它的运行机制又有永磁电机的特点,如果把它设计成多极对数的电机,就可以应用于直驱式风力发电系统。 • 但在现阶段,对横向磁通发电机的研究还不够充分。现有的拓扑结构中,工艺比较复杂,控制比较困难,成本较高, 功率因数也不是很高。 • 因此,横向磁通发电机型直驱式风力发电系统的设计和应用还有待进一步研究。
高压永磁发电机型风力发电系统
ABB公司于1998年研制出一种新型风力发电系统 (Powerformer)。该系统采用高压永磁发电机 (Windformer)直接与风力机相连,变桨距控制,采用高压直流(HVDC)输电的连接方式实现系统并网,输出功率可以达到3MW,输出电压不低于20kV。这种风力发电系统的结构如图所示。
•
发电机的转子用新型永磁材料钕铁硼和钐钴制成,且为多极,结构与上述多极永磁发电机型风力发电系统相似。 • 主要不同之处是,该系统采用的高压永磁发电机的定子是用一种圆形交联聚乙烯电缆(XLPE)绕制的电缆电枢绕组,电缆具有坚固的固体绝缘,工作电场强度可高达 15kV/mm(有效值)。 • 该系统中每台电机发出高压电,输出端可以经过整流装置直接接到直流母线上,再经过逆变器转换为交流电输送到当地电网;若要输送到远方电网,则通过升压变压器接入高压输电线路。
成本问题
由于稀土永磁材料目前的价格还比较贵，稀土永磁发电机的成本一般比电励磁式发电机高，但这个成会在电机高性能和运行中得到较好的补偿。在今后的设计中会根据具体使用的场合和要求，进行性能、价格的比较，并进行结构的创新和设计的优化，以降低制造成本。无可否认，现正在开发的产品成本价格比目前通用的发电机略高，但是我们相信，随着产品更进一步的完美，成本问题会得到很好的解决。美国DELPHI（德尔福）公司的技术部负责人认为：“顾客注重的是每公斤瓦特上的成本。”他的这一说法充分说明了交流永磁发电机的市场前景不会被成本问题困扰。

直驱式风力发电机知识

是我们初中学的磁极数，一个发电机是有南北极的（货是正负极），就是指的这个，但是3相的就不是了，你可以通过数住绕组的个数来辨别是多少级数，或者说发电机的转速也可以看出来是多少级数以50HZ为例，2级的就是3000转，4级就3000/2，1500转这样就好理解了直驱永磁风力发电机组特点直驱式风力发电机（Direct-driven Wind Turbine Generators），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（无齿轮）风力发电机始于20多年前，由于电气技术和成本等原因，发展较慢。

随着近几年技术的发展，其优势才逐渐凸现。

德国、美国、丹麦都是在该技术领域发展较为领先的国家，其中德国西门子公司开发的（直驱式）无齿轮同步发电机安装在世界最大的挪威风力发电场，最高效率达98%。

1997年的风机市场上出现了兼具无齿轮、变速变桨距等特征的风力发电机,这些高产能、运行维护成本低的先进机型有E-33、E-48、E-70等型号，容量从330千瓦至2兆瓦，由德国ENERCONGmbH公司制造，它们的研制始于1992年。

2000年，瑞典ABB公司成功研制了3兆瓦的巨型可变速风力发电机组，其中包括永磁式转子结构的高压风力发电机Wind former，容量3兆瓦、高约70米、风扇直径约90米。

2003年，在Okinawa电力公司开始运行的MWT-S2000型风力发电机，是日本三菱重工首度完全自行制造的2兆瓦级风机，采用小尺寸的变速无齿轮永磁同步电机，新型轻质叶片。

目前，国内多家企业也开始进军直驱式风力发电机领域，湘潭电机集团与日本原弘产株式会社合资组建的湖南湘电风能有限公司，2兆瓦直驱式永磁风力发电整机机组已试车成功；广西银河艾万迪斯风力发电有限公司与德国AVAVTIS公司联合推出的兆瓦直驱变桨风力发电也将于2008年二季度完成样机；具有自主知识产权的新疆金凤科技股份公司、哈尔滨九州电气公司也分别研制出兆瓦直驱式风力发电机。

直驱式风力发电机知识

是我们初中学的磁极数，一个发电机是有南北极的（货是正负极），就是指的这个，但是3相的就不是了，你可以通过数住绕组的个数来辨别是多少级数，或者说发电机的转速也可以看出来是多少级数以50HZ为例，2级的就是3000转，4级就3000/2，1500转这样就好理解了直驱永磁风力发电机组特点直驱式风力发电机（Direct-driven Wind Turbine Generators），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（无齿轮）风力发电机始于20多年前，由于电气技术和成本等原因，发展较慢。

随着近几年技术的发展，其优势才逐渐凸现。

德国、美国、丹麦都是在该技术领域发展较为领先的国家，其中德国西门子公司开发的（直驱式）无齿轮同步发电机安装在世界最大的挪威风力发电场，最高效率达98%。

1997年的风机市场上出现了兼具无齿轮、变速变桨距等特征的风力发电机,这些高产能、运行维护成本低的先进机型有E-33、E-48、E-70等型号，容量从330千瓦至2兆瓦，由德国ENERCONGmbH公司制造，它们的研制始于1992年。

2000年，瑞典ABB公司成功研制了3兆瓦的巨型可变速风力发电机组，其中包括永磁式转子结构的高压风力发电机Wind former，容量3兆瓦、高约70米、风扇直径约90米。

2003年，在Okinawa电力公司开始运行的MWT-S2000型风力发电机，是日本三菱重工首度完全自行制造的2兆瓦级风机，采用小尺寸的变速无齿轮永磁同步电机，新型轻质叶片。

目前，国内多家企业也开始进军直驱式风力发电机领域，湘潭电机集团与日本原弘产株式会社合资组建的湖南湘电风能有限公司，2兆瓦直驱式永磁风力发电整机机组已试车成功；广西银河艾万迪斯风力发电有限公司与德国AVAVTIS公司联合推出的2.5兆瓦直驱变桨风力发电也将于2008年二季度完成样机；具有自主知识产权的新疆金凤科技股份公司、哈尔滨九州电气公司也分别研制出1.5兆瓦直驱式风力发电机。

直驱永磁风力发电机组动力学评估与测试标准

直驱永磁风力发电机组动力学评估与测试标准第一章引言1.1 研究背景直驱永磁风力发电机组是一种新型的风力发电技术，具有高效率、低噪音、低维护成本等优点，因此在风能利用领域具有广阔的应用前景。

然而，由于其结构复杂、动力学特性不明确等因素，对其进行评估与测试成为一项重要的研究内容。

1.2 研究目的本文旨在对直驱永磁风力发电机组的动力学特性进行评估与测试，并制定相应的标准，为其设计与优化提供科学依据。

第二章直驱永磁风力发电机组动力学模型2.1 直驱永磁发电机原理直驱永磁风力发电机组是利用风能转化为机械能，并通过转子和定子之间的相对运动产生感应电流，从而产生电能。

本节介绍了直驱永磁发电机原理及其结构。

2.2 直驱永磁风力发电机组动态方程根据直驱永磁风力发电机组的动力学特性，建立了其动态方程，包括电磁转矩方程、机械转矩方程等。

第三章直驱永磁风力发电机组动力学评估方法3.1 动态特性分析通过对直驱永磁风力发电机组的动态特性进行分析，可以了解其在不同工况下的响应情况，包括转速、转矩等。

3.2 动态响应评估根据直驱永磁风力发电机组的动态响应情况，对其进行评估。

包括振动、噪音等指标。

第四章直驱永磁风力发电机组测试方法4.1 测试平台搭建建立直驱永磁风力发电机组测试平台，包括实验设备、数据采集系统等。

4.2 测试参数选择选择适当的测试参数，并进行实验测试。

包括转速、负载等参数。

第五章直驱永磁风力发电机组标准制定5.1 动态特性标准制定根据对直驱永磁风力发电机组的评估与测试结果，制定相应的动态特性标准，包括转速、转矩等指标。

5.2 动态响应标准制定根据对直驱永磁风力发电机组的评估与测试结果，制定相应的动态响应标准，包括振动、噪音等指标。

第六章结论与展望6.1 结论通过对直驱永磁风力发电机组的评估与测试，得出了其动力学特性，并制定了相应的评估与测试标准。

6.2 展望对直驱永磁风力发电机组动力学评估与测试进行了初步探索，并制定了相关标准。

直驱型风电机组动态建模及仿真分析

直驱型风电机组动态建模及仿真分析随着可再生能源的发展，风电作为一种比较成熟的清洁能源形式，越来越广泛地应用于各种场合。

为了更好地控制和优化风力发电系统的性能，需要对风电机组进行动态建模及仿真分析工作。

直驱型风电机组是一种新型的风力发电机组，其动态行为与传统驱动型风电机组有所不同。

本文将以直驱型风电机组为对象，介绍其建模及仿真分析方法，并通过仿真实验验证其有效性。

首先，建立直驱型风电机组的动态数学模型是动态建模及仿真分析的基础。

直驱型风电机组的运动方程可以描述为：$J\ddot{\theta} + b\dot{\theta} = Tem - Tl$其中，$J$为转动惯量，$\theta$为转子转角，$b$为摩擦系数，$Tem$为电磁转矩，$Tl$为负载转矩。

直驱型风电机组和传统风电机组不同之处在于其电磁转矩是直接产生在转子上的，因此需要建立电磁转矩的模型，通常采用如下形式：$Tem =\frac{3}{2}P(\frac{L_{ms}}{L_{s}+L_{r}})^2i^2\sin\delta$其中，$P$为极对数，$i$为转子电流，$L_{ms}$为互感，$L_{s}$和$L_{r}$分别为定子和转子的漏感，$\delta$为电角度。

该模型应考虑到磁场饱和、非线性等因素的影响。

在建立动态数学模型的基础上，需要进行仿真分析以验证模型的有效性和性能。

仿真分析的目的是得到风电机组的动态响应和控制策略，并进行有效性和性能评估。

仿真分析的主要步骤包括仿真建模、仿真实验、仿真结果处理等。

在仿真建模过程中，应根据实际情况选取合适的仿真工具和方法。

通常采用MATLAB等软件进行动态仿真建模，以及PSCAD等软件进行电磁仿真模拟。

在模型输入、仿真条件等方面，应考虑到实际工作环境和实验条件的影响，以保证仿真结果的准确性和可靠性。

在仿真实验过程中，主要是对所建立的仿真模型进行动态响应测试和控制策略验证。

通过针对不同的工况和工作状态进行仿真实验，可以得到不同工况下的动态响应和控制策略，从而评估风电机组的有效性和性能。

直驱式永磁同步风力发电机组并网与保护

直驱式永磁同步风力发电机组并网与保护一、并网条件和方式1.并网条件永磁同步风力发电机组并联到电网时，为了防止过大的电流冲击和转矩冲击，风力发电机各相端电压的瞬时值要与电网端对应相电压的瞬时值完全一致，满足的条件：①波形相同；②幅值相同；③频率相同；④相序相同；⑤相位相同。

并网时因风力发电机旋转方向不变，只要使发电机的各相绕组输出端与电网各相互相对应，条件④就可以满足；而条件①可由发电机设计、制造和安装保证；因此并网时主要完成其他3个条件的检测和控制，其中频率相同必须满足。

2.并网方式（1）自动准同步并网。

满足上述理想并联条件的并网方式称为准同步并网，在这种并网方式下，并网瞬间不会产生冲击电流，电网电压不会下降，也不会对定子绕组和其他机械部件造成冲击。

永磁同步风力发电机组的起动与并网过程如下：当发电机在风力机带动下的转速接近同步转速时，励磁调节器给发电机输入励磁电流，通过调节励磁电流使发电机输出的端电压与电网电压相近。

在风力发电机的转速几乎达到同步转速、发电机的端电压与电网电压的幅值大致相同，并且断路器两端的电位差为零或很小时，控制断路器合闸并网。

永磁同步风力发电机并网后通过自整步作用牵入同步，使发电机电压频率与电网一致。

以上的检测与控制过程一般通过微机实现。

（2）自同步并网。

自动准同步并网的优点是合闸时没有明显的电流冲击，缺点是控制与操作复杂、费时。

当电网出现故障而要求迅速将备用发电机投入时，由于电网电压和频率出现不稳定，自动准同步法很难操作，往往采用自同步法实现并网运行。

自同步并网的方法是，同步发电机的转子励磁绕组先通过限流电阻短接，发电机中无励磁磁场，用原动机将发电机转子拖到同步转速附近（差值小于5%）时，将发电机并入电网，再立刻给发电机励磁，在定子、转子之间的电磁力作用下，发电机自动牵入同步。

由于发电机并网时转子绕组中无励磁电流，因而发电机定子绕组中没有感应电动势，不需要对发电机的电压和相角进行调节和校准，控制简单，并且从根本上排除不同步合闸的可能性。

直驱式永磁同步风力发电机控制与运行概述

直驱式永磁同步风力发电机控制与运行概述一、直驱式永磁同步风力发电机运行区间根据风力机的功率特性把风速划分为5个区间：①风速低于切入风速；②风速在切入风速和额定转速之间；③风速超过风轮额定转速，发电机组运行在恒转速区；④风速继续增大到切出风速以下，发电机运行在恒功率区；⑤风速大于切出风速。

风力发电机组运行区域如图7-1所示。

图7-1 风力发电机组运行区域（1）停机模式。

风力机在风速小于切入风速或大于切出风速时，风能转化效率为零，称为停机模式。

当风速低于风力机的切入风速时，其产生的功率很小甚至低于内部消耗的功率，因此处于停机模式，此时叶片处于完全顺风状态，风力机的机械制动器处于开启状态；当风速超过风力机的切出风速时，为了保护风力机的安全，叶片被调至完全顺桨状态，风力机转速也下降为零，风力机将被锁定进入停机模式。

其他3个风速区间是风力发电机的正常运行状态，为了捕获到更多的风能，同时保证发电机组的安全运行，在不同的风速阶段对桨距角采用了不同的控制策略。

（2）最佳叶尖速比运行区。

即第②区间，即图7-1的AB区间。

当风速超过切入风速时，风力发电机组开始作为发电机运行。

此时要调节桨距角到最佳值使风能利用系数C恒定为最大值，以保证风力发电机组运行在最大功率点跟踪状p态。

（3）恒转速运行区间。

即第③区间，即图7-1的BC区间。

为了保证风力发电机组的安全稳定运行，一般都会根据风力发电机组的特性设定一个额定风速点对应图7-1中B点的速度，这个额定风速点应小于发电机的额定转速。

当风力机转速超过额定风速点时，随着风速的继续增大，要调节桨距角使Cp值减小，以保证风力发电机组进入恒转速区间。

但此时发电机的功率随风速的增加而增加，但仍然在额定功率以下。

（4）恒功率运行区间。

即第④区间，即图7-1中的CD段。

当风速继续增大，不仅发电机转速到达其额定值，同时发电机的输出功率也到达额定功率。

此时如果仍然按照最大风能捕获的控制策略将会使发电机的输入功率大于输出功率，发电机组将会导致“飞车”而使整个机组脱网。

直驱型风力发电系统概述

直驱型风力发电系统概述1引言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, 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（变流器容量通常为1/3风电机组额定功率）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［1-2］。

中国风电行业发展迅速，但与国际发展水平还有很大差距，目前主要依靠进口，对外依赖性强；基于pmsg和背靠背双pwm变流器的直驱型风电系统是一种发展很快的技术，具有优良的性能，国外大型风电厂商已有成熟的直驱风电产品，国内在理论研究与产品性能方面，都还亟需提高与改进，因此很有必要对其涉及的关键技术进行研究。

2直接驱动型风力发电系统介绍图1是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，与dfig风电系统相比，更容易实现低电压穿越功能。

但是永磁材料目前的成本仍然较高；变流器容量较大，损耗较大，变流器的成本较高。

3MW直驱风力发电机组总体技术参数

3MW直驱风力发电机组总体技术参数1.额定功率：3MW。

这意味着该发电机组在额定运行条件下，能够产生3MW的电能。

这一功率水平适用于中等到大型的风力发电场。

2.额定风速范围：3-25m/s。

风速是影响风力发电效率的重要因素之一，而该发电机组在3-25m/s的风速范围内，可以保持较高的发电效率。

3.风轮直径：120m。

风轮的直径与该发电机组的功率和效率密切相关。

较大的风轮直径可以提供更大的叶片受力面积，从而增加发电机组的输出功率。

4.最佳工作风速：8-15m/s。

在这一风速范围内，发电机组的发电效率最高，能够最大限度地转换风能为电能。

5.频率：50Hz/60Hz。

在欧洲和大部分亚洲国家，电力系统的频率为50Hz；而在北美和一些南美国家，电力系统的频率为60Hz。

该发电机组可根据不同地区的需求，选择相应的频率。

6. 额定转速：10-20rpm。

转速是风力发电机组的重要参数之一、在这一转速范围内，风力发电机组能够达到最佳的机械性能和转换效率。

7.额定电压：690V。

风力发电机组产生的电能需要经过变压器升压后才能输送到电网。

该发电机组的额定电压为690V，可以便利地与变压器进行匹配。

8.机组类型：直驱式。

与传统的齿轮传动方式不同，该发电机组采用直驱式设计，将风轮的转动直接传递到发电机上，减少了能量转换的损耗。

9.控制系统：智能化控制。

该发电机组配备了智能化控制系统，可以实时监测风速、温度、转速等参数，并自动调节发电机组的运行状态，以实现最佳的发电效率和稳定性。

10.运维成本：低。

由于采用了直驱式设计，该发电机组的运维成本相对较低。

此外，智能化控制系统可以提前发现潜在故障，并进行预防性维护，进一步降低了运维成本。

总的来说，3MW直驱风力发电机组具有高效率、低噪音和可靠性强的特点，并且拥有智能化控制系统，能够实现最佳的发电效率和稳定性。

该发电机组适用于中等到大型的风力发电场，为社会提供可持续、清洁的能源。

直驱型风力发电机组的比较

直驱型风力发电机组的比较授课：***编订：Prof. Dr.-Ing. Friedrich Klinger修改：孙伟金风大学运维学院注意：本课件参考Friedrich Klinger教授授课课件编写2016年2月19日课程目录一、直驱风力发电机组整体概述二、直驱发电机及主回路基本结构三、各个厂商的直驱风力发电机组直驱机组的整机结构直驱机组的整机结构发电机组励磁方式电励磁方式永磁体励磁方式内转子发电机外转子发电机内转子发电机外转子发电机轮毂内发电机发电机的冷却方式二、直驱发电机及主回路结构永磁直驱发电机组主回路电励磁直驱发电机组主回路三、各个厂商的直驱风力发电机组ENERCON公司的机组Enercon E44-E126工程师Aloys Wobben 于1984年建立了Enercon公司。

通过研究开发，Enercon 进行了深层次的革新。

1991年，公司率先制造出了世界上第一台无齿轮箱风能系统。

这个概念促使Enercon 决心奉献于为世界创造能源的目标。

Enercon公司于1993年开始批量无齿轮箱风机的系列生产以满足市场的大量需求，以及在效率、可靠性及服务寿命的需求。

所有关键部件，如：转子叶片、环状电机、电控上网系统都是在内部研发制造的。

Windblatt发电机采用强制空气冷却GoldWind / Vensys公司的机组GW1500机组金风1.5MW机组平台发电机采用自然空气冷却GoldWind / Vensys公司的机组GW2500机组和GW3000机组金风2.5MW/3.0MW机组平台发电机采用强制空气冷却西门子公司的机组D3（3MW）、D6（6MW）机组和D7（7MW）机组西门子3MW/6MW/7MW机组平台发电机采用强制水-空冷却Siemens Brochure D6 Siemens Wind in DK 发电机采用分瓣式设计便于电机的运输和组装Darwind/XEMC（湘电风能）/航天万源公司的机组XE2000/2500机组、CASC-DW90×2000机组STX / EWT / Lagerway公司的机组发电机采用自然空气冷却+强制空气冷却（湘电机组）Leitwind公司电励磁发电机组（LTW77、LTW80、LTW86、LTW90、LTW101）发电机采用自然空气冷却冷却+强制空气冷却Darwind/XEMC（湘电风能）公司的机组XE/DD115-5000机组发电机采用强制空气冷却（空气-空气换热）远景能源公司的机组Envision 126-3.6 MW采用局部变桨技术GE / ALSTOM公司的机组Alstom Haliade 150-6 MWGE / Scanwind公司的机组SW3、SW3.5、GE4.0The Switch / 东方电气公司的机组东方电气机组发电机采用强制水-空冷却Mtorres公司的机组INNOWIND公司的机组尾声：本课程就讲到这里，如果有什么问题，欢迎大家踊跃的提出来，我们共同探讨。

直驱式风力发电机

直驱式风力发电机直驱式风力发电机（Direct-driven Wind Turbine Generators ）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（无齿轮）风力发电机始于20 多年前，由于电气技术和成本等原因，发展较慢。

随着近几年技术的发展，其优势才逐渐凸现。

德国、美国、丹麦都是在该技术领域发展较为领先的国家，其中德国西门子公司开发的（直驱式）无齿轮同步发电机安装在世界最大的挪威风力发电场，最高效率达98% 。

 1997 年的风机市场上出现了兼具无齿轮、变速变桨距等特征的风力发电机,这些高产能、运行维护成本低的先进机型有E-33 、E-48 、E-70 等型号，容量从330 千瓦至2 兆瓦，由德国ENERCONGmbH 公司制造，它们的研制始于1992 年。

2000 年，瑞典ABB 公司成功研制了3 兆瓦的巨型可变速风力发电机组，其中包括永磁式转子结构的高压风力发电机Windformer ，容量3 兆瓦、高约70 米、风扇直径约90 米。

2003 年，在Okinawa 电力公司开始运行的MWT-S2000 型风力发电机，是日本三菱重工首度完全自行制造的2 兆瓦级风机，采用小尺寸的变速无齿轮永磁同步电机，新型轻质叶片。

  目前，国内多家企业也开始进军直驱式风力发电机领域，湘潭电机集团与日本原弘产株式会社合资组建的湖南湘电风能有限公司，2 兆瓦直驱式永磁风力发电整机机组已试车成功；广西银河艾万迪斯风力发电有限公司与德国AVAVTIS 公司联合推出的2.5 兆瓦直驱变桨风力发电也将于2008 年二季度完成样机；具有自主知识产权的新疆金凤科技股份公司、哈尔滨九州电气公司也分别研制出1.5 兆瓦直驱式风力发电机。

直驱式风力发电机原理及发电机组概述

直驱式风力发电机原理及发电机组概述二极三相交流发电机转速约每分钟3000转，四极三相交流发电机转速约每分钟1500转，而风力机转速较低，小型风力机转速约每分钟最多几百转，大中型风力机转速约每分钟几十转甚至十几转，必须通过齿轮箱增速才能带动发电机以额定转速旋转。

下图是一台采用齿轮箱增速的水平轴风力发电机组的结构示意图。

使用齿轮箱会降低风力机效率，齿轮箱是易损件，特别大功率高速齿轮箱磨损厉害、在风力机塔顶环境下维护保养都较困难。

不用齿轮箱用风力机浆叶直接带动发电机旋转发电是可行的，这必须采用专用的低转速发电机，称之为直驱式风力发电机。

近些年直驱式风力发电机已从小型风力发电机向大型风力发电机应用发展，国内具有自主知识产权的2MW永磁直驱风力发电机已研制成功，据报道目前国外最大的风力发电机组已达7MW，是直驱式发电机组。

低转速发电机都是多极结构，水轮发电机就是低速多极发电机，风力机用的直驱式发电机也有类似原理构造，一种多极内转子结构，只是要求在结构上更轻巧一些。

近些年高磁能永磁体技术发展很快，特别是稀土永磁材料钕铁硼在直驱式发电机中得到广泛应用。

采用永磁体技术的直驱式发电机结构简单、效率高。

永磁直驱式发电机在结构上主要有轴向与盘式结构两种，轴向结构又分为内转子、外转子等；盘式结构又分为中间转子、中间定子、多盘式等；还有开始流行的双凸极发电机与开关磁阻发电机。

下图是一个内转子直驱式风力发电机组的结构示意图。

其定子与普通三相交流发电机类似，转子由多个永久磁铁构成。

外转子永磁直驱式风力发电机的发电绕组在内定子上，绕组与普通三相交流发电机类似；转子在定子外侧，由多个永久磁铁与外磁軛构成，外转子与风轮轮毂安装成一体，一同旋转。

本栏有对外转子直驱式风力发电机的专门介绍，下图是一个外转子直驱式风力发电机组的结构示意图。

盘式永磁直驱式风力发电机的定子与转子都呈平面圆盘结构，定子与转子轴向排列，有中间转子、中间定子、多盘式等结构，本栏有对中间转子与中间定子直驱式风力发电机的专门介绍，下图是一个中间定子直驱盘式风力发电机组的结构示意图。

直驱型风力发电机组

直驱式永磁同步风力发电机概述

直驱风力发电机

直驱型风力发电机的优越性和特点

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永磁直驱风力发电机组并网发电原理

直驱式永磁同步风力发电机组建模及其控制策略

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直驱式风力发电机知识

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直驱永磁风力发电机组动力学评估与测试 标准

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直驱式永磁同步风力发电机组并网与保护

直驱式永磁同步风力发电机控制与运行概述

直驱型风力发电系统概述

3MW直驱风力发电机组总体技术参数

直驱型风力发电机组的比较

直驱式风力发电机

直驱式风力发电机原理及发电机组概述

直驱永磁风力发电机组动力学评估与测试标准