直驱型风力发电机组的比较
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。
(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。
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
直驱型与双馈型比较
国内风力发电机主要包括永磁直驱风机和双馈风机两种。
两者的最大区别在于不同的传动、发电结构。
以下通过分析风机的主要结构特性来比较两者的优劣势：
相较于双馈式电机，永磁直驱风机更能适应低风速，且能耗较少、后续维护成本低。
此外，永磁直驱风机的应用对于我国具有更加重要的意义，我国低风速的三类风区占到全部风能资源的50%左右，更适合使用永磁直驱式风电机组。
综合来看，永磁直驱风机将是我国风力发电机未来发展趋势。
我国企业拥有直驱风机的自主知识产权，结合《关于风电建设管理有关要求的通知》中风机国产化率要求及我国风机应用领域逐步扩展至低风速区域的要求，我们预计，我国永磁直驱风机占全国新增风机的比例不断提高。
预计至2014年，我国永磁直驱风机产量将达到4,000台，占2014年新增风机总量53%，其中1.5兆瓦永磁直驱风机和2.5兆瓦永磁直驱风机各占50%。
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
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。
▪ 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
17
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 ▪ 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；
▪ 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
双馈机组相对永磁直驱机组具有明显的价格优势
发电机和齿轮箱成本对比
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双馈机组相对永磁直驱机组具有明显的价格优势
传动系统总成本对比（包括变流器）
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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 ▪ 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
电
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，
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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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 MW
GE / Scanwind公司的机组SW3、SW3.5、GE4.0
The 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。
同时也希望各位在各自的工作岗位上能
像雄鹰一样自由的翱翔。
谢谢大家！。