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1、 酒 泉 职 业 技 术 学 院毕业设计（论毕业设计（论 文）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 .3 （一）双馈异步发电机组结构图 .3 （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
2、（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 .8 （一）两种机型设计结构的差异 .8 （二）两种机型性能优越性比较 .8 五、吊装难易及运行维护 .10 （一） 从低风速下的运行情况 .10 （二） 从故障维修方面 .10 六、总结 .10 参考文献: .11 致谢 .121双馈异步风力发电机组与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，
3、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、风力发电的起源与发展（一）风力机的起源（一）风力机的起源与发展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
4、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
5、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2vestas，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。在励磁发动机方面全球领先的是德国的 Enercon 公司，其产品的全球市场占有率一直稳定在 10左右。永磁发电机的主要代表则是中国的金风和湘电两家公司。双馈技术已经在过去的十多年中成为不可争辩的主流技术，而直驱和永磁直驱技术目前来看尚无法动摇带齿轮箱技术的主流地位。可以肯定的
6、是，风电机组技术的成熟性、质量的稳定性和可靠性、及时而低成本的维修和维护将是市场选择的最重要标准，特别是在海上风电的机组选择中，目前看来，带齿轮箱的风电机组仍是海上风电的绝对主流。（二）风力发电机组的类型（二）风力发电机组的类型1.按照机组的容量可划分为：小型风力发电机组（1-100kw） 、中型风力发电机组（100-1000kw） 、大型风力发电机组（1000kw 以上）2.按照机组的运行方式可划分为：离网型风力发电机组、并网型风力发电机组3.按照机组风轮轴的状态可划分为：垂直轴风力发电机组、水平轴风力发电机组4 按照机组风轮的叶片数目可划分为：单叶片风力发电机组、双叶片风力发电机组、三叶片
7、风力发电机组、多叶片风力发电机组5.按照机组风轮的位置可划分为：上风向风力发电机组、下风向风力发电机组6.按照机组的控制方式可划分为：定桨距风力发电机组、变桨距风力发电机组7. 按照机组的转速与电能频率的关系可划分为：恒速恒频风力发电机组、变速恒频风力发电机组8. 按照机组驱动链的型式可划分为：直驱型风力发电机组、半直驱型风力发电机组、传统有齿箱型风力发电机组二、双馈异步风力发电机组二、双馈异步风力发电机组3（一）双馈异步发电机组结构图（一）双馈异步发电机组结构图1.双馈异步发电机实质上是一种绕线式转子电机，由于其定、转子都能向电网馈电，故简称双馈电机。转子转速低于同步转速时，仅定子发电，转子
8、需从电网吸收无功能量，即励磁高于同步转速时，定子转子都发电。2.反馈量是转子电流。双馈指的是双馈电机的定子和转子都可以向电网输送电能，定子直接并网，转子通过变流器向电网输送电能，双馈电机的控制是通过控制转子来使得定子电压可以并网，并以任意功率因数运行，因此控制的是转差功率。3.双馈电机不是双反馈，是双馈电，普通异步发电机是 定子发电 属于单馈，双馈发电机不仅定子可以发电 转子也可以发电 所以说是双馈。图 1 双馈异步发电机组结构简图4图 2 双馈异步发电机组的机械结构图（二）双馈异步发电机组齿轮箱结构（二）双馈异步发电机组齿轮箱结构齿轮箱是有齿箱风力发电机组的关键部件。齿轮箱在提升风轮转速的同
9、时，还传递来自风轮的功率，承受着巨大的机械载荷。受当代制造技术的制约，齿轮箱是风力发电机组中容易产生故障的主要部件之一。从某种意义上讲，齿轮箱运行的可靠性，直接影响风力发电机组运行的可靠性。图 3 风力发电机组的基本结构 1.25MW 齿轮箱5图 4 风力发电机组的基本结构 2MW 传动链齿轮箱（三）双馈异步风力发电机组的优点（三）双馈异步风力发电机组的优点双馈发电机在结构上与绕线式异步电机相似，即定子、转子均为三相对称绕组，转子绕组电流由滑环导入，发电机的定子接入电网；而电网通过四象限交直交变流器向发电机的转子供电，提供交流励磁电流。1.首先它能控制无功功率，并通过独立控制转子励磁电流解耦有
10、功功率和无功功率控制。2.其次，双馈感应发电机无需从电网励磁，而从转子电路中励磁。3.最后，它还能产生无功功率，并可以通过电网侧变流器传送给定子。但是，电网侧变流器正常工作在单位功率因数，并不包含风力机与电网的无功功率交换。三、永磁直驱式风力发电机三、永磁直驱式风力发电机（一）永磁直驱式风力发电机组结构图（一）永磁直驱式风力发电机组结构图61.叶片 2.变桨系统 3.轮毂 4.发电机转子 5.发电机定子 6.偏航驱动 7.测风系统 8.辅助提升机 9.顶舱控制柜 10.底座 11.塔架图 5 永磁直驱式风力发电机组结构图（二）永磁直驱式风力发电机组简介（二）永磁直驱式风力发电机组简介1.1.总
11、体介绍总体介绍金风/1500 系列机组采用水平轴、三叶片、上风向、变桨距调节、直接驱动，永磁同步发电机并网的总体设计方案，额定功率为 1500KW。主要机型：金风 70/1500、金风 77/1500、金风 82/1500。2.2.永磁直驱式风力发电机组相比其它机型的优势永磁直驱式风力发电机组相比其它机型的优势(1)发电效率高：直驱式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
12、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7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3.3.基本参数基本参数名称单位参数型号金风 70/1500;金风 77/1500;金风 82/1500;额定功率kw1500 叶轮直径m70；77；82轮毂中心高m61.5、65、70、80、85、100(根据塔架高度)切入风速m/s3 额定风速m/s11 切出风速（10min 均值）m/s25 抗最大风速（3
13、s 均值）m/s59.5 运行温度范围0 C-30 +40 设计使用寿命年204.1.5MW4.1.5MW 风力发电机组组成风力发电机组组成（1）基础基础为独立的重力式基础，钢筋混凝土组成，主要依靠自身重力来承受上部塔架传来的竖向载荷、水平载荷和颠覆力矩。基础外观形式主要为圆形承台。图 6 基础（2）塔架塔架底座、塔筒、入口梯子总成、焊接附件、可拆卸附件塔架采用柔性塔架，为锥形筒状结构，方便人员通行。材料选用低合金高强度结构钢 Q345，塔架具有静、动强度，能承受叶轮、塔架自身力以及叶轮引起的震动载荷，包括风机的启停、强风。8图 7 塔架（3）机舱总成机舱总成机舱罩、底座及附件、偏航系统（偏航电机、偏航减速器、偏航轴承、偏航刹车盘、偏航制动器）液压系统、润滑系统、提升机、其他附件图 8 机舱总成（4）发电机发电机定子（定子支架、铁芯、线圈、引出电缆防护总成等） 、转子（转子支架、磁钢） 、定轴、动轴、轴承、其他附件
