双馈异步和永磁同步风力发电机特性分析
双馈异步风力发电机组与 永磁直驱风力发电机组性能的比较分析
酒泉职业技术学院毕业设计（论文）2011级风能与动力技术专业题目：双馈异步风力发电机组与永磁直驱风力发电机组性能的比较分析毕业时间：二〇一四年六月学生姓名：闫英伟指导教师：张振伟班级：11级风能与动力技术(3)班2013年10月31日目录摘要 (1)一、风力发电的起源与发展 (1)（一）风力机的起源与发展 (1)（二）风力发电机组的类型 (2)二、双馈异步发电机组 (2)（一）双馈异步发电机组结构图 (2)（二）双馈异步发电机组齿轮箱结构 (4)（三）双馈异步风力发电机组的优点 (5)三、永磁直驱式风力发电机 (5)（一）永磁直驱式风力发电机组结构图 (5)四、两种风力发机组的性能分析比较 (9)（一）两种机型设计结构的差异 (9)（二）两种机型性能优越性比较 (9)五、吊装难易及运行维护 (13)（一）从低风速下的运行情况 (14)（二）从故障维修方面 (14)六、总结 (14)参考文献: (15)致谢 (16)双馈异步风力发电机组与永磁直驱风力发电机组性能的比较分析摘要：目前大型风力发电机组中的发电机主要有：永磁发电机、同步发电机、异步发电机几种类型。
Sewind产品中的双馈异步发电机，就是异步发电机的一种。
在风力发电机组的各个组成部分中，发电机是最重要的环节之一，也是我国风力发电机组设计方面的一个难题。
关于齿轮箱的简易设计；风机的励磁效果等都是备受关注的问题。
今天就世界上普遍使用的两种风力发电机组，永磁直驱风力发电机组和双馈异步风力发电机组的性能比较分析，来从中展望未来市场的主导风力机机型。
关键词：永磁直驱；双馈异步；励磁；齿轮箱一、风力发电的起源与发展（一）风力机的起源与发展风力机最早出现在三千年前,当时主要用于碾米和提水。
第一台水平轴式风力机出现在十二世纪。
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。
双馈异步发电机原理及特点
双馈异步发电机原理及特点
双馈异步发电机原理：
双馈发电机是指发电机的定转子都能发电的发电机。
当发电机转速小于旋转磁场同步转速时，处于亚同步状态，此时变频器向发电机转子提供励磁电流，定子发出电能给电网；
当电机转速大于旋转磁场的同步转速时，处于超同步运行状态，此时发电机由定子和转子同时发出电能给电网；当电机转速等于旋转磁场的同步转速时，此时发电机作为同步电机运行，变频器向转子提供直流励磁。
当发电机转速变化时，若控制转子供电频率响应变化，可使电流频率保持恒定不变，与电网频率保持一致，实现了变速恒频控制。
特点：
双馈异步发电机只处理转差能量就可以控制电机的力矩和无功功率，降低了变频器的造价。
变频器的容量仅为总机组容量的1/3左右。
在最大输出功率时，转子和定子共发出1.5MW的电能。
因此，双馈异步发电机产生的谐波要比所有功率都经逆变器流入电网的同步电机或异步电机变速系统小得多。
转差频率调节,调速范围为发电机同步转速的33.3％。
降低控制系统成本、减少系统损耗，提高效率。
功率因数可调，发电机组具有无功功率控制能力，功率因数可恒为1。
根据需要，功率因数可在额定电压下最大达到容性0.95，感性0.90。
低风速时能够根据风速变化，在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能；高风速时储存或释放风能量，提高传动系统的柔性，使功率输出更加平稳。
先进的双PWM变频器，实现四象限运行。
变速恒频技术大幅延长了核心部件的使用寿命，同时显著提高发电量。
缺点:
有碳刷结构，需要定期更换碳刷。
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。
双馈异步风力发电机参数辨识
双馈异步风力发电机参数辨识双馈异步风力发电机参数辨识引言：随着可再生能源的发展和利用的日益增长，风力发电作为清洁能源之一，受到了广泛关注。
双馈异步风力发电机作为一种常见的风力发电机类型，其具有较高的效能和较低的成本，被广泛应用于风电场。
然而，双馈异步风力发电机的参数辨识一直是一个具有挑战性的问题。
本文将介绍双馈异步风力发电机的基本原理和结构，讨论参数辨识的方法，以及未来可能的研究方向。
一、双馈异步风力发电机的原理和结构双馈异步风力发电机由风轮、转子、变压器、逆变器和电网组成。
其基本原理是通过风轮受到的风力驱动转子旋转，产生的机械能通过变压器和逆变器转换成电能，并输入到电网中。
双馈异步风力发电机与传统的固定转子异步发电机相比，具有转矩平稳、输出功率高、噪音低等优点。
二、双馈异步风力发电机参数辨识的方法1. 试验法：通过搭建试验平台，采集双馈异步风力发电机在运行过程中的电流、电压、速度等数据，利用系统辨识方法进行参数的估计。
试验法需要高昂的成本和大量的时间投入，但可以获取具有较高精度的参数估计结果。
2. 基于数学模型的辨识方法：利用数学建模方法建立双馈异步风力发电机的数学模型，然后利用系统辨识方法对模型进行参数辨识。
该方法不需要进行试验，成本较低，但需要对风力发电机的工作原理和电气特性有较深入的理解。
3. 人工智能方法：利用人工智能算法，如神经网络、遗传算法等，对双馈异步风力发电机的参数进行辨识。
这种方法具有较高的自适应性和鲁棒性，但需要大量的数据支持和计算资源。
三、双馈异步风力发电机参数辨识的挑战和应对双馈异步风力发电机参数辨识面临以下挑战：1. 参数难以测量：双馈异步风力发电机的某些参数难以直接测量，需要通过间接手段进行辨识。
2. 参数受环境影响较大：风力发电机的工作环境复杂多变，受到风速、湍流、温度等因素的影响，导致参数辨识的结果不稳定。
3. 系统非线性：双馈异步风力发电机的系统具有非线性特性，使得参数辨识更加困难。
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
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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
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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。
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
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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
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