風(fēng)力發(fā)電機組的分類及各自特點

風(fēng)力發(fā)電機組主要由兩大部分組成：

風(fēng)力機部分――它將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械能；

發(fā)電機部分――它將機械能轉(zhuǎn)換為電能。

根據(jù)風(fēng)機這兩大部分采用的不同結(jié)構(gòu)類型、以及它們分別采用的技術(shù)方案的不同特征，再加上它們的不同組合，風(fēng)力發(fā)電機組可以有多種多樣的分類。

（1）如依風(fēng)機旋轉(zhuǎn)主軸的方向（即主軸與地面相對位置）分類，可分為：

“水平軸式風(fēng)機”――轉(zhuǎn)動軸與地面平行，葉輪需隨風(fēng)向變化而調(diào)整位置；

“垂直軸式風(fēng)機”――轉(zhuǎn)動軸與地面垂直，設(shè)計較簡單，葉輪不必隨風(fēng)向改變而調(diào)整方向。

CNWPEM.COM（2）按照槳葉受力方式可分成“升力型風(fēng)機”或“阻力型風(fēng)機”。

（3）按照槳葉數(shù)量分類可分為“單葉片”﹑“雙葉片”﹑“三葉片”和“多葉片”型風(fēng)機；葉片的數(shù)目由很多因素決定，其中包括空氣動力效率、復(fù)雜度、成本、噪音、美學(xué)要求等等。

大型風(fēng)力發(fā)電機可由1、2或者3片葉片構(gòu)成。

葉片較少的風(fēng)力發(fā)電機通常需要更高的轉(zhuǎn)速以提取風(fēng)中的能量，因此噪音比較大。而如果葉片太多，它們之間會相互作用而降低系統(tǒng)效率。目前3葉片風(fēng)電機是主流。從美學(xué)角度上看，3葉片的風(fēng)電機看上去較為平衡和美觀。

（4）按照風(fēng)機接受風(fēng)的方向分類，則有“上風(fēng)向型”――葉輪正面迎著風(fēng)向（即在塔架的前面迎風(fēng)旋轉(zhuǎn)）和“下風(fēng)向型”――葉輪背順著風(fēng)向，兩種類型。

上風(fēng)向風(fēng)機一般需要有某種調(diào)向裝置來保持葉輪迎風(fēng)。

而下風(fēng)向風(fēng)機則能夠自動對準(zhǔn)風(fēng)向，從而免除了調(diào)向裝置。但對于下風(fēng)向風(fēng)機，由于一部分空氣通過塔架后再吹向葉輪，這樣，塔架就干擾了流過葉片的氣流而形成所謂塔影效應(yīng)，使性能有所降低。

（5）按照功率傳遞的機械連接方式的不同，可分為“有齒輪箱型風(fēng)機”和無齒輪箱的“直驅(qū)型風(fēng)機”。

有齒輪箱型風(fēng)機的槳葉通過齒輪箱及其高速軸及萬能彈性聯(lián)軸節(jié)將轉(zhuǎn)矩傳遞到發(fā)電機的傳動軸，聯(lián)軸節(jié)具有很好的吸收阻尼和震動的特性，可吸收適量的徑向、軸向和一定角度的偏移，并且聯(lián)軸器可阻止機械裝置的過載。

而直驅(qū)型風(fēng)機則另辟蹊徑，配合采用了多項先進技術(shù)，槳葉的轉(zhuǎn)矩可以不通過齒輪箱增速而直接傳遞到發(fā)電機的傳動軸，使風(fēng)機發(fā)出的電能同樣能并網(wǎng)輸出。這樣的設(shè)計簡化了裝置的結(jié)構(gòu)，減少了故障幾率，優(yōu)點很多，現(xiàn)多用于大型機組上。

（6）根據(jù)按槳葉接受風(fēng)能的功率調(diào)節(jié)方式可分為：

“定槳距（失速型）機組”――槳葉與輪轂的連接是固定的。當(dāng)風(fēng)速變化時，槳葉的迎風(fēng)角度不能隨之變化。由于定槳距（失速型）機組結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，在20年來的風(fēng)能開發(fā)利用中一直占據(jù)主導(dǎo)地位。

“變槳距機組”――葉片可以繞葉片中心軸旋轉(zhuǎn)，使葉片攻角可在一定范圍內(nèi)（一般0－90度）調(diào)節(jié)變化，其性能比定槳距型提高許多，但結(jié)構(gòu)也趨于復(fù)雜，現(xiàn)多用于大型機組上。

（7）按照葉輪轉(zhuǎn)速是否恒定可分為：

“恒速風(fēng)力發(fā)電機組”――設(shè)計簡單可靠，造價低，維護量少，直接并網(wǎng)；缺點是：氣動效率低，結(jié)構(gòu)載荷高，給電網(wǎng)造成電網(wǎng)波動，從電網(wǎng)吸收無功功率。

“變速風(fēng)力發(fā)電機組”――氣動效率高，機械應(yīng)力小，功率波動小，成本效率高，支撐結(jié)構(gòu)輕。缺點是：功率對電壓降敏感，電氣設(shè)備的價格較高，維護量大?，F(xiàn)常用于大容量的主力機型。

（8）根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)電機類型分類，可分為兩大類：

“異步發(fā)電機型”“同步發(fā)電機型”

只要選用適當(dāng)?shù)淖兞餮b置，它們都可以用于變速運行風(fēng)機。

異步發(fā)電機按其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同又可分為：

（a）籠型異步發(fā)電機――轉(zhuǎn)子為籠型。由于結(jié)構(gòu)簡單可靠、廉價、易于接入電網(wǎng)，而在小、中型機組中得到大量的使用；

（b）繞線式雙饋異步發(fā)電機――轉(zhuǎn)子為線繞型。定子與電網(wǎng)直接連接輸送電能，同時繞線式轉(zhuǎn)子也經(jīng)過變頻器控制向電網(wǎng)輸送有功或無功功率。

同步發(fā)電機型按其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的磁極的類型又可分為：

（a）電勵磁同步發(fā)電機――轉(zhuǎn)子為線繞凸極式磁極，由外接直流電流激磁來產(chǎn)生磁場。

（b）永磁同步發(fā)電機――轉(zhuǎn)子為鐵氧體材料制造的永磁體磁極，通常為低速多極式，不用外界激磁，簡化了發(fā)電機結(jié)構(gòu)，因而具有多種優(yōu)勢。

（9）如根據(jù)風(fēng)機的輸出端電壓高低化分，一般可分為：

“高壓風(fēng)力發(fā)電機”――風(fēng)力發(fā)電機輸出端電壓為10~20kV，甚至40kV，可省掉風(fēng)機的升壓變壓器直接并網(wǎng)。它與直驅(qū)型，永磁體磁極結(jié)構(gòu)一起組成的同步發(fā)電機總體方案，是目前風(fēng)力發(fā)電機中一種很有發(fā)展前途的機型。

“低壓風(fēng)力發(fā)電機”――輸出端電壓為1kV以下，目前市面上大多為此機型。

（10）如根據(jù)風(fēng)機的額定功率化分，一般可分為：

微型機：10kW以下

小型機：10kW至100kW

中型機：100kW至1000kW

大型機：1000kW以上（MW級風(fēng)機）

風(fēng)電材料設(shè)備

12.直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機

永磁同步發(fā)電機由于結(jié)構(gòu)簡單、無需勵磁繞組、效率高的特點而在中小型風(fēng)

力發(fā)電機中應(yīng)用廣泛，隨著高性能永磁材料制造工藝的提高，大容量的風(fēng)力發(fā)電cnwpem

系統(tǒng)也傾向于使用永磁同步發(fā)電機。永磁風(fēng)力發(fā)電機通常用于變速恒頻的風(fēng)力發(fā)

電系統(tǒng)中，風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)子由風(fēng)力機直接拖動，所以轉(zhuǎn)速很低。由于去掉了增速齒輪箱，增加了機組的可靠性和壽命；利用許多高性能的永磁磁鋼組成磁極，不像電勵磁同步電機那樣需要結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大的勵磁繞組，提高了氣隙磁密和功率密度，在同功率等級下，減小了電機體積。

永磁同步發(fā)電機從結(jié)構(gòu)上分有外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子之分。

對于典型的外轉(zhuǎn)子永磁同步發(fā)電機結(jié)構(gòu)，外轉(zhuǎn)子內(nèi)圓上有高磁能積永磁材料拼貼而成的磁極，內(nèi)定子嵌有三相繞組。外轉(zhuǎn)子設(shè)計，使得能有更多的空間安置永磁磁極，同時轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的離心力，使得磁極的固定更加牢固。

由于轉(zhuǎn)子直接暴露在外部，所以轉(zhuǎn)子的冷卻條件較好。外轉(zhuǎn)子存在的問題是主要發(fā)熱部件定子的冷卻和大尺寸電機的運輸問題。

內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁同步發(fā)電機內(nèi)部為帶有永磁磁極、隨風(fēng)力機旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，外部為定子鐵心。除具有通常永磁電機所具有的優(yōu)點外，內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁同步電機能夠利用機座外的自然風(fēng)條件，使定子鐵心和繞組的冷卻條件得到了有效改善，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動帶來的氣流對定子也有一定的冷卻作用。另外，電機的外徑如果大于4m，往往會給運輸帶來一些困難。很多風(fēng)電場都是設(shè)計在偏遠的地區(qū)，從電機出廠到安裝地，很可能會經(jīng)過一些橋梁和涵洞，如果電機外徑太大，往往就不能順利通過。內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)降低了電機的尺寸，往往給運輸帶來了方便。

內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁同步發(fā)電機中，常見有四種形式的轉(zhuǎn)子磁路，分別為徑向式、切向式、和軸向式。相對其它轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)而言，徑向磁化結(jié)構(gòu)因為磁極直接面對氣隙，具有小的漏磁系數(shù)，且其磁軛為一整塊導(dǎo)磁體，工藝實現(xiàn)方便；而且徑向磁化結(jié)構(gòu)中，氣隙磁感應(yīng)強度接近永磁體的工作點磁感應(yīng)強度，雖然沒有切向結(jié)構(gòu)那么大的氣隙磁密，但也不會太低，所以徑向結(jié)構(gòu)具有明顯的優(yōu)越性，也是大型風(fēng)力發(fā)電機設(shè)計中應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。