直驱 半直驱与双馈风力发电机的对比报告
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。
双馈发电机与直驱发电机对比详解
双馈发电机与直驱发电机对比详解，看完就懂两种发电机一.发电机——风力发电机组核心部件在整个风力发电机组中，发电机的成本约占整个机组成本的 3.4%，虽然成本占比不高，但是发电机确是整个机组中最重要的组成成分，它的作用是——采用变速运行使风力机最大限度的吸收风能。
也可以说，发电机的存在是为了让风机最大效率的捕获风能，从而产生稳定的电流。
常见的发电机有两种：双馈发电机（目前的主流机型）和直驱发电机。
下面就给大家介绍这两种发电机以及它们之间的区别：二.双馈发电机双馈式风力发电机组的系统将齿轮箱（注意这个知识点，以后要考的）传输到发电机主轴的机械能转化为电能，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，转子绕组和频率、幅值、相位都可以按照要求进行调节的变频器相连。
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，这时逆变器将直流侧能量馈送回电网。
在亚同步发电时，通过定子向电网馈送能量、转子吸收能量产生制动力矩使电机工作在发电状态，变流系统双向馈电，故称双馈技术。
双馈式风力发电机组示意图双馈式风力发电机组的叶轮通过多级齿轮增速箱驱动发电机，主要结构包括风轮、传动装置、发电机、变流器系统、控制系统等。
双馈发电机特点：1.转子采用交流励磁,可以方便地实现变速恒频。
2.可以灵活地进行有功功率和无功功率的调节。
其中,有功功率的调节以风力机的特性曲线为依据;无功功率可以根据电网的无功需求进行调节。
3.由变流器控制电压匹配、同步和相位控制,并网迅速,基本无电流冲击;发电机转速可随时根据风速进行调整,是机组运行于最佳叶尖速比。
4.交流励磁双馈风力发电机通常运行于发电状态,负载为无穷大电网。
它和发电机接独立负载不同,其定子电压恒定，为电网电压。
5.双馈电机低电压穿越能力较差,遇有电压波动,保护动作后,无法自动并网。
目前,国内出现脱网事故的风场绝大部分采用的是双馈风力发电机。
双馈、直驱、半驱风力发电机工作原理
双馈、直驱、半驱风力发电机工作原理双馈、直驱和半驱风力发电机是目前常见的几种风力发电机构。
它们分别采用不同的工作原理来转换风能为电能，并在风力发电行业中得到广泛应用。
我们来了解一下双馈风力发电机的工作原理。
双馈风力发电机是一种采用异步发电机的结构，其转子由两部分组成：一个是固定子，另一个是转子。
风力通过叶片传递给转子，转子通过传动系统将机械能转化为电能。
在双馈风力发电机中，转子的定子通过拖动转子的磁场，使得风力发电机可以实现变频调速。
双馈风力发电机具有转矩平稳、响应速度快的优点，可以适应不同风速下的工作状态。
接下来，我们介绍一下直驱风力发电机的工作原理。
直驱风力发电机是一种采用永磁同步发电机的结构，其转子由永磁体构成。
风力通过叶片传递给转子，转子通过直接驱动发电机产生电能。
直驱风力发电机不需要传动系统，减少了能量转换的损失，提高了发电效率。
直驱风力发电机具有结构简单、体积小、维护成本低等优点，逐渐成为风力发电领域的主流技术。
我们来了解一下半驱动风力发电机的工作原理。
半驱动风力发电机是双馈风力发电机和直驱风力发电机的结合体，它采用了双馈发电机的转子结构和直驱发电机的永磁体。
风力通过叶片传递给转子，转子通过传动系统将机械能转化为电能。
半驱动风力发电机兼具双馈风力发电机和直驱风力发电机的优点，具有较高的发电效率和稳定性。
双馈、直驱和半驱风力发电机是目前常见的几种风力发电机构。
它们分别采用不同的工作原理来转换风能为电能，并在风力发电行业中发挥重要作用。
双馈风力发电机通过变频调速实现转矩平稳，响应速度快；直驱风力发电机通过永磁同步发电机实现高效发电；半驱动风力发电机兼具双馈和直驱的优点，具有较高的发电效率和稳定性。
随着风力发电技术的不断发展，这些风力发电机构将进一步完善和提升，为可持续能源的开发和利用做出更大贡献。
直驱风机与双馈风机的主要区别
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
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
直驱式风力发电机组示意图
压器等组成。
4、变流器
直驱风机 与 双馈风机 的 主要区别 有 哪几点？
秒的旋转磁场，就能发出50Hz的交流电；当转子转速变为60
转/秒时，让转子产生10转/秒的反方向旋转磁场，两者转速 加起来也能产生50转/秒的旋转磁场，就能发出50Hz的交流电 来。
转子旋转磁场. fl v
三、发电结构的区别
旋转磁场:
旋转磁场就是一种极性和大小不变，且以一定转速旋转的磁场。当三相对称电流通入三相对称绕 组，必然会产生一个大小不变，且在空间以一定的转速不断旋转的旋转磁场旋转磁场的旋转方向 由通入三相绕组中的电流的相序决定的。即当通入三相对称绕组的对称三相电流的相序发生改变 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。
多个三相绕组按规律均匀的分布在槽中。
二、发电机的区别
比如转子有3对磁极，旋转一周磁场将循环3个周期，每旋转120度磁场变化1个
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、直驱、半驱风力发电机工作原理
双馈、直驱、半驱风力发电机工作原理双馈风力发电机、直驱风力发电机和半驱风力发电机是目前常见的风力发电机类型。
它们分别采用不同的工作原理，以实现风能的高效转化为电能。
双馈风力发电机是一种常用的风力发电机类型。
它由风轮、发电机和变频器组成。
风轮通过叶片将风能转化为机械能，驱动发电机旋转。
发电机是双馈结构，即具有两个馈线圈：一个是固定转子上的主馈线圈，另一个是转子上的副馈线圈。
主馈线圈与电网相连，副馈线圈通过变频器与电网相连。
当风力发电机转速变化时，电网电压和频率不变，主馈线圈的电流也保持不变。
副馈线圈的电流则通过变频器调节，以使发电机输出的电流和电网电压保持同步，实现电能的高效输送和稳定输出。
直驱风力发电机则是将风轮直接连接到发电机上，取消了传统的传动装置。
风轮通过叶片将风能转化为机械能，直接驱动发电机旋转。
直驱风力发电机通常采用永磁同步发电机作为发电机，它具有结构简单、高效率等优点。
此外，直驱风力发电机还可以在变速范围内实现高效的风能转化，适应不同风速下的发电需求。
半驱风力发电机是双馈风力发电机和直驱风力发电机的结合。
它采用了一种带有齿轮箱的直驱发电机，以实现风能的高效转化。
风轮通过叶片将风能转化为机械能，经过齿轮箱的变速作用后，驱动发电机旋转。
半驱风力发电机既兼具了直驱风力发电机的高效率特点，又克服了直驱风力发电机在变速范围内的限制。
通过合理设计齿轮箱的传动比，可以使发电机在不同风速下都能实现高效的发电。
总结起来，双馈风力发电机、直驱风力发电机和半驱风力发电机都是通过将风能转化为机械能，再将机械能转化为电能的方式实现风力发电。
它们分别采用了不同的工作原理，以实现风能的高效转化和稳定输出。
在不同的应用场景中，可以根据具体需求选择合适的风力发电机类型，以实现风能的最大利用和经济效益的最大化。
双馈式_直驱式风力发电机的对比
能源环境双馈式、直驱式风力发电机的对比哈电发电设备国家工程研究中心有限公司（黑龙江哈尔滨） 范磊【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。
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永磁直驱机组去掉了主齿箱，但发电机和变流器可靠性降低 风电机组可靠性
发 电 机 故 障
电 气 系 统 故 障
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；
12
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
14
直驱机组吊装工艺比较复杂
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。
半直驱齿轮箱的调速没有双馈的高，发电机也由双馈的绕线 式变为永磁同步式，相比之下更有优势；
永磁直驱机组的能耗与效率没有明显优势
机组效率与能耗比较
双馈机组工作在亚同步状态时，转子励磁需要从电网吸收少 量能量，而永磁直驱机组则不需要励磁；
永磁机直驱组没有齿轮箱，减少了传动部件，因此机械效率 提升；
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
7
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 上仍然是带齿轮箱的机型。
•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。 •双馈和半直驱是未来主流趋势双馈直驱半直驱对比报告
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
气动性能是机组发电能力的决定性因素
永磁直驱机组在低风速段的发电优势并不明显
从低风速下的运行情况看，直驱式风机没有运行转速下限的 限制，而双馈式风机存在着运行转速的下限，所以从原理上 来讲直驱式风机的切入风速可以更低。但是，直驱式风机所 使用的全功率变频器存在较高的功率损耗的问题，由于全功 率变频器的容量是双馈风机中变频器的三倍左右，所以变频 器的功率器件和冷却等设备所消耗功率也要大很多 ； 通过对翼型气动性能及机组控制策略的优化，双馈机组在低 风速段的发电能力并不输于永磁直驱机组；
双馈机组的环境适应能力大大优于直驱机组
环境适应能力
低温机组 高原机组 海上机组 高温机组
运行温度-30~40度
生存温度-40~50度 内蒙、东北、新疆
海拔2000~4000米
运行温度-30~40度 云南、青海
C5-M级防腐 远程监控系统 自动消防系统 大部件维修装置
相同容量的风电机组，永磁直驱机组的变流器容量是双馈机组的3 倍左右； 更大的变流器容量也意味着系统变得更复杂，因此增加了电气系 统的维护量；
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
双馈机和半直驱相对永磁直驱机组具有价格优势
相同容量的风电机组，永磁直驱机组的变流器容量是双馈机组的3倍左右； 更大的容量也意味着其变流系统变得更复杂，增大了IGBT爆炸等风险； 需要配备更大散热能力的冷却系统；
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永磁直驱机组运行温度范围窄，环境适应能力一般 风电机组可靠性
温 度 范 围 窄
根据等级的不同，永磁材料在80 至150摄氏度范围内会发生退磁现 象； 由于直驱机组目前只能配备风冷系 统，因此其温度运行范围较窄；
但由于永磁直驱机组采用全功率变流器，其容量为双馈机组 的约三倍，因此电气损耗大大增加，同时变流器的冷却系统 能耗也相应增加； 为了减少永磁体退磁现象，发电机冷却系统更加复杂，能耗 也会增加； 目前齿轮箱技术也在不断发展，齿轮箱效率的增加也使双馈 机组和半直驱机组的效率进一步提升； 综合以上因素，永磁直驱机组和双馈，半直驱相比没有优势。
环 境 适 应 一 般
10
直驱机组必须通过空气流过转子和定子之间的间隙来进行冷却，空气中含 有的带电粒子、灰尘等会在永磁场的作用下附着在永磁体的表面，造成风 机磁隙发生变化，从而影响机组性能，由于存在强磁场，附着后的带电粒 子和灰尘很难去除；
因此永磁直驱机组在高原多云雾、海上、北方多沙尘区的可靠性会降低；
15
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； 山区运输会增加道 路建设的成本； 而双馈机组机舱较 窄，运输比较便利， 对道路的要求也相 对较少 半直驱介于两者之 间；
16
一、发电能力 二、电气与机械性能 三、整机可靠性 四、大部件运输与吊装 五、可维护性对比 六、价格对比
永磁直驱机组机械维护量减少，但维护难度增加，电气维护增多 风电机组的可维护性
机 械 系 统 维 护 电 气 系 统 维 护
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永磁直驱机组没有主齿轮箱，因此减少了机械系统的维护量；
但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吊装至地面或者返回厂家才能维修，空中不 具有可维护性，给运行带来了很大的隐患 ； 由于结构的原因，永磁直驱机组的轮毂维护比较困难；
运行温度高至45度
生存温度高至55度 泰国、非洲、中东
永磁直驱机组机头载荷大，降低了整机可靠性 风电机组可靠性
机 头 载 荷 大
直驱机组的发电机非 常庞大，且一般位于 轮毂和机舱的连接处， 其中心位于塔筒中心 线的前端，即中心前 移，因此增加了其机 头载荷，降低了整机 可靠性； 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。