风电机组研究报告：风电机组技术路线简介（24页）

行业报告下载 2021年10月25日 08:52 管理员

按照传动链结构来看，风电机组类型可分为高速传动、中速传动（也称半直驱）和直驱三大类，其中高速传动方案主要包括双馈异步和鼠笼异步两种。 1、双馈机组双馈机组的叶轮通过增速齿轮箱与双馈异步发电机转子相连，转子的励磁绕组通过变流器连接电网，定子绕组直接联网。转子绕组电源的频率、电压、幅值和相位按运行要求由变流器自动调节，机组可以在不同的转速下实现恒频发电，具有调速范围较宽、有功和无功功率可独立调节、转子励磁变换器的容量较小（约 30%发电机额定容量）等优点；转速高、转矩小，尺寸较小、重量小；齿轮箱增速比大，发电机带滑环、电刷，一定程度影响可靠性。目前，双馈机组是最主流的风电机组。永磁直驱机组的叶轮与发电机直接相连，省去了增速齿轮箱，转子为永磁体励磁，无需外部提供励磁电源，同时也减少了励磁损耗。永磁直驱机组的发电机通过全功率变流器并网，具有效率高、噪音低、低电压穿越能力强等优点；永磁同步发电机极对数多，体积及重量较大。直驱机组除了永磁直驱以外，还包括电励磁直驱方案；由于发电机转子侧需配置励磁绕组，电励磁直驱机组的发电机结构相对复杂，应用相对较少，仅德国 Enercon 等少数风机企业采用。

半直驱机组的叶轮通过中速齿轮箱与永磁同步发电机转子连接，发电机的定子绕组通过全功率变流器连网。与直驱相比，半直驱增加了中速齿轮箱，发电机转子转速比永磁直驱高，可以减少永磁同步发电机转子磁极数，有利于减小发电机的体积和质量，同时保留了永磁直驱风电机组容量大、低电压穿越能力较强等优点。与双馈和直驱相比，半直驱是折中的方案，齿轮箱制造难度较双馈低，发电机制造难度较直驱低。与双馈异步相比，鼠笼异步的主要区别在于发电机转子为封闭式笼型结构，不需要电刷和滑环等结构，发电机定子绕组经全功率变流器联网。笼型异步发电机没有专门的励磁结构，通过定子侧变换器为其提供励磁，实现变速恒频控制。笼型异步风力发电系统具有可靠性较高、调速范围宽等优点。根据 FTI 的统计，2017 年，全球采用半直驱传动的风机占比 2.9%，传统的高速齿轮箱传动占比 68.8%，直驱占比 28.4% （其中永磁直驱 21.6%，电励磁直驱 6.8%）。从全球范围来看，采用传统高速齿轮箱传动的主流风机企业包括维斯塔斯、西门子-歌美飒、GE、远景等，采用直驱的主流风机企业包括金风（永磁直驱）、Enercon（电励磁直驱）以及西门子-歌美飒的海上机组等，采用半直驱的主流风机企业包括明阳智能、维斯塔斯等。