图1

1.3各国风力发电概况

按照2013 年底的风电累计装机容量计算，全球前五大风电市场依次为中国、美国、德国、西班牙和印度，在2001 年至2013 年间，上述5 个国家风电累计装机容量年均复合增长率如下表所示【3】：

图2

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1.4风力发电特点及优点

发展可再生能源已经是大势所趋。主要发达国家、发展中国家，都已经将发展风能、太阳能等可再生能源作为应对新世纪能源和气候变化双重挑战的重要手段。

中国风能丰富，风力发电装备制造业前景光明，风力发电具有装机容量增长空间大，成本下降快，安全、能源永不耗竭等优势。风力发电在为经济增长提供稳定电力供应的同时，可以有效缓解空气污染、水污染和全球变暖问题。在各类新能源开发中，风力发电是技术相对成熟、并具有大规模开发和商业开发条件的发电方式。风力发电可以减少化石燃料发电产生的大量的污染物和碳排放。大规模推广风电可以为节能减排做出积极贡献。在全球能源危机和环境危机日益严重的背景下，风能资源开始受到普遍关注。风力发电规模化发展给风力发电装备制造业提供了广阔的市场空间和前景。

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2.1风力发电原理

风力发电技术就是研究如何将风的动能转换成电能的技术。风力发电系统主要由风力机、发电机及控制系统等组成，由风力机将风的动能转化成风轮轴上的机械能，由发电机将机械能转化成电能传送给电网或其他用电负荷。控制系统则负责整个系统的协调、安全运行及运行控制等【4】。

图3直驱式风力机（以外转子永磁同步发电机为例）

轮毂：轮毂被固定在大的主轴上，大的轮毂有三个吸收风能的叶片，风速足够大时就会驱动轮毂旋转。

桨距角电机：通过调整叶片迎风角度，来进行功率调整，桨距角β是指风机叶片与风轮平面夹角。

内转子驱动发电机：发电机达到转速后开始产生电流，电流通过粗的电缆被送到塔架下面的控制柜。

偏航电机：偏航电机将机舱转动以便使叶轮准确对风。

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测风装置：风向标随风向摆动，它告诉控制系统风的方向，计算机启动偏航电机偏航使叶轮对风。

导流罩：疏导空气流通的罩子，优化高速稳定性;同时保持发动机的干净。

2.2直驱式风力发电技术现状

典型风力发电系统有：定速笼型异步风力发电机系统、转子电流受控的异步风力发电机系统、双馈异步风力发电机系统、转子电流混合控制的异步风力发电机系统、变速笼型异步风力发电机系统、励磁直驱同步风力发电机系统、永磁直驱同步风力发电机系统、混合励磁直驱同步风力发电机系统、横向磁通永磁同步风力发电机系统等。传统风力发电系统的齿轮传动装置不仅降低了风电转换效率，产生噪音污染，更是产生机械故障的主要原因之一，同时为了减少机械磨损还需要定期润滑清洗等维护。直驱式风力发电机组虽然增加了电机的设计成本，但却有效的提高了系统效率及运行可靠性，目前风电机组朝着高可靠性、低维护量、少组件、低成本、高集成度方向发展，传统风电机组中齿轮箱的存在成为制约其进一步发展的重要因素之一【5】。而直驱式风电系统通过将风力机与发电机转子直接耦合，机组性能得到改善：

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。

2.3直驱式永磁风力发电系统结构

在励磁直驱同步风力发电机系统、永磁直驱同步风力发电机系统、混合励磁直驱同步风力发电机系统、横向磁通永磁同步风力发电机系统等系统中，现主要应用永磁直驱同步风力发电机系统。永磁发电机的励磁不可调，导致其感应电动势随转速和负载变化。采用可控PWM整流或不控整流后接DC/DC变换，可维持直

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