1。3  风力发电系统概况

1。3。1 风力发电机主要种类

不同类别的风力发电系统结构都不尽相同，一般而言，风力发电系统由叶片、轮毂、齿 轮箱、发电机、变频器、偏航系统、机舱、塔架和底座等部分组成。目前投入商业运营的主 要有定桨定速型风电系统和变桨变速型风电系统[9]。 

定速风力发电系统的发电机转速与风速无关，叶片与轮毂固定连接在一起，在风速过大 时可以通过主动失速来保证风机的安全，又称为失速型风机。定速风电系统通常与异步发电

机配套使用。定速风力发电机是有丹麦风力发电机组制造商在上个世纪八九十年代开发研制 的，由于结构简单在当时大获成功。随着技术的发展，定速风力发电机已属于早期产品，其 容量多为兆瓦级以下，虽然技术成熟但风力机整体效率不高，目前已非市场主流，可以预测 其将逐步退出风机市场。 

变速风力发电系统是当前市场市场应用的主流，与定速风力发电系统不同的是，变速风 力发电系统的叶片与轮毂之间通过轴承连接，发电机的转速随风速变化，频率通过变频器来 调节，目前兆瓦级并网风力发电系统都采用变速机型，因为变速风力机能够实现变速恒频风 力发电和最大风能捕获，这对于风能利用效率的提升和风电稳定并网都具有重大意义。根据 有无齿轮箱可以将变速风力发电系统分为直驱式、半直驱式和多级增速式；按照变流器与风 力发电机容量的大小关系可将变速风力发电系统分为全功率变流型和部分功率变流型。 

表 1。1 风力发电机分类

风力发电系统类型 齿轮箱类型 发电机类型 

直驱 无齿轮箱 永磁同步发电机 

电励磁同步发电机 

半直驱 中速齿轮箱 永磁同步发电机 

双馈发电机 

多级增速 高速齿轮箱 永磁同步发电机 

双馈发电机 

笼型发电机 

直驱永磁变速风电系统的发展已有一段时间，是未来风电发展的重要方向[6]。无齿轮箱设 计使得整个同步风力发电系统的鲁棒性得到很大提高。但是机组运行转速较低，最低可达几 转每分钟，发电机的尺寸叫其他风力发电机也偏大。因为是变速运行，发电机发出的电的频 率处在波动状态并不稳定，需要在电网与电机之间添加全功率变流器来实现并网。目前市场 上风力发电机组以兆瓦级为主，国内主要生产厂商有湘电风能、华锐风电和金凤科技等。 

半直驱风力发电系统只采用一级或两级齿轮增速，这样可同时使齿轮箱和发电机的尺寸 有所减少，是直驱式和多级增速式风电系统的折衷方案；目前国内生产半直驱风力发电机组 的主要厂商有阳明风电等。 

多级增速风电机组在风轮和发电机之间添加了 3 个或 3 个以上的齿轮箱，将风力机叶片 的转速提高到了发电机的同步转速附近。因此发电机的体积可以大大减小，但是由于齿轮箱

的存在导致风力机的稳定性降低、维修率升高。双馈式风力发电系统具有典型的多级增速式 风电机组结构，使用双馈式发电机，定子与电网直接相连，转子通过功率变流器连接到电网， 变速恒频发电可通多控制转子电流幅值和频率实现。因为变流器接在转子侧，所以变流器容 量为部分发电机容纳量，一般采用部分功率变流器。目前市场上双馈风力发电机组以 1。5 兆 瓦为主，国内主要生产厂商有华锐风电等。