Wind power calssified in every way

Please note that a bibliographic and or graphic citation is applied to the end of each paragraph down below as an information reference source. 下列每段文字后的数字号码或字母代表之前的信息/图表来自某些特定参考文献，特此声明。

*以下与风厂安装位置有关联

【按风厂安装位置分类】

陆上风厂系统（细分为离水系较近与内陆），海上风厂系统（还可细分：mono-pile, jacket/tri-pod, TLB, semi-sub, spar and son on ）。海上风厂系统，请见如下《海上风厂系统细分示意图》。

*以下与终端应用有关联

【按电能终端应用方式分类】

按电能终端应用方式分类：A6A6

并网型或并网风机系统：并入电网，可省却储能环节。

离网型或独立风机系统：一般需配蓄电池等直流储能环节，可带交、直流负载。或与柴油发电机、光伏电池并联运行。

独立风机系统可细分：小型直流混合系统，小型交流混合系统。A7

并网风机系统主要类型：恒速恒频，变速恒频，变速含部分功率变频器，变速全功率变频器。A7A7

*以下与风速有关联

【按风速分类】

Wind turbines are classified by the wind speed 风速 they are designed for, from class I to class IV, with A or B referring to the turbulence. 

Horizontal-axis wind turbines (HAWT) 水平轴  have the main rotor shaft and electrical generator at the top of a tower, 安装顶部 and must be pointed into the wind. 需要对凤装置 Small turbines are pointed by a simple wind vane, 小型水平轴需要尾舵 while large turbines generally use a wind sensor coupled with a servo motor侧风轮对风装置. A9A9

Most have a gearbox, 齿轮箱（双馈系统） which turns the slow rotation of the blades into a quicker rotation that is more suitable to drive an electrical generator. A9A9

【按风机应对不同风速特征分类】 

根据风力发电机的运行特征分为：恒速风力发电机( Fixed speed generator) ，有限变速风力发电机( Limited variable speed generator) ，变速风力发电机(Variable speed generator)。

【按不同风速限制输出转矩与功率分类】A6A6

失速型：高风速时，因桨叶形状或因叶尖处的扰流器动作，限制风力机的输出转矩与功率。

变桨型：高风速时通过调整桨距角，限制输出转矩与功率。

【按风轮转速分类】A6A6

按风轮转速细分：

定速型：风轮保持一定转速运行，风能转换率较低，与恒速发电机对应。

变速型，变速型再细分：

双速型：可在两个设定转速运行，改善风能转换率，与双速发电机对应。

连续变速型：在一段转速范围内连续可调，可捕捉最大风能功率，与变速发电机对应。 

【按风轮安装位置分类】2 

根据风轮安装位置分类：尾舵对风装置，侧风轮对风装置（塔影效应，机电装置）。

尾舵对风装置，成本低，但对风效率低，停电时停用。

侧风轮对风装置，成本高，但对风效率高，停电时还能用。

*以下与发电机有关联

【按发电机分类】3 

根据定桨矩失速型风机和变速恒频变桨矩风机的特点，中国目前装机的电机分为：异步型、同步型、感应型。

异步型风机，也就是定桨矩失速型风机，不能随风速自动调节。异步型风机主要细分：笼型异步发电机，绕线式双馈异步发电机。

同步型风机，也就是变速恒频变桨矩风机，能够随风速自动调节，同步型风机主要细分：永磁同步发电机，电励磁同步发电机。 4 

恒速风力发电机采用笼型异步发电机。5  变速风力发电机细分：有刷双馈异步发电机，电励磁同步发电机，永磁同步发电机。6    

恒速风力机+感应发电机，变速风力机+同步发电机，变速恒频双馈式风力发电机是市场主流风力发电系统。双馈、直流永磁、直流电励磁是市场主流风机类型。A5A5  

【异步型风力发电机】7 

异步型，又细分：

笼型异步发电机；功率为600/125kW 750kW 800kW 12500kW， 定子向电网输送不同功率的50Hz交流电。

绕线式双馈异步发电机；功率为1500kW，定子向电网输送50Hz交流电，转子由变频器控制，向电网间接输送 有功或无功功率。

笼型异步发电机可细分：笼型单速异步发电机，笼型双速变极异步发电机 A6

【同步型风力发电机】8   A6A6

同步型，又细分：

永磁同步发电机：功率为750kW 1200kW 1500kW 由永磁体产生磁场,定子输出经全功率整流逆变后向电网输送50Hz交流电。

电励磁同步发电机：由外接到转子上的直流电流产生磁场,定子输出经全功率整流逆变后向电网输送50Hz交流电。

【感应型风力发电机】9 

细分为四大类：双馈型感应发电机型风机，直驱型感应发电机型风机，直驱型永磁感应风力发电机型风机，超导型无刷直流发电机型风机（研究试验中）。

【双馈型感应风力发电机】10 

第1 代风力发电系统采用的是双馈感应发电技术，所谓馈型发电机是指将发电机的定子绕组发出的电能直接接入到电网中，转子绕组通过交直交变频器与电网相连接，当风机的转速发生变化时，调节转子上电流的频率，保证定子能持续发出50Hz 的电能。当转子转速低于电机同步转速时，转子处于发电状态，否则处于电动状态，此时需要从电网中提取能量（有时消耗能量，有时提供能量）。转子电流基本上是定子电流的1/3，因而变频器容量较小，其电压等级一般是低压（690 V）。

【直驱感应风力发电机】11 

直驱风力发电机是指不经过齿轮箱传递动力、而由风轮机直接驱动发电机转子旋转的风力发电系统。半直驱风力发电机一般指只经过一级齿轮箱传递动力（而非三级齿轮箱），将转速提升一定水平后驱动发电机转子旋转的风力发电系统。  12 

直驱感应风力发电机属于全馈型，即发电机发出的电能全部通过变频器送到电网中去，变频器的容量较大，属于第2 代风力发电技术。其电压等级分为低压（690 V） 和中压（3K V） 两种。对于3 MW 的机组，★ 690 V 时变频器的电流大约3 KA；3KV 时变频器的电流大约500 A 。

【直驱永磁感应风力发电机】13   

直驱永磁感应风力发电机也属于全馈型，属于第3 代风力发电技术，其电压等级也分为低压（690 V） 和中压（3KV） 两种，目前趋向于采用中压等级。从电机形式上看直驱永磁感应风力发电机分为内转子型和外转子型两种。 

㊣还有半直驱永磁，6MW半直驱永磁同步风力发电机在株洲下线。

【超导直流风力发电机】14 

超导直流发电机是代表目前世界先进水平的最新一代风力发电技术（第4代），能够直接发出直流电能，从而省去了变频器前端设备，使得电气设备配置更加简单，是未来的发展趋势，但是目前该技术还仅仅处于概念研发阶段。 

【按风力发电机额定功率分类】15 

根据额定功率分类：5MW，600KW，10KW,  650W等。

*以下与齿轮箱有关联

【按机械传动方式分类】16 

根据机械传动方式分类：无齿轮箱（直驱），有齿轮箱（双馈）。

无齿轮箱，空间小，成本高，效率高，维修简单，故障率低。

有齿轮箱，空间大，成本高，效率低，维修不便，故障率高。

【按齿轮箱与发电机布置形式分类】A8A8

风机按齿轮箱与发电机布置形式：三点支撑，两点支撑，单点支撑。

*以下与叶片有关联

【按叶片浆叶数量分类】17 

根据浆叶数量分类：2叶，3叶等。

【按叶片浆叶调节程度分类】18 

根据叶片浆叶调节程度分类：变桨距，定桨距。

变桨距，即，当风速高于额定风速，可自动调整，继续利用风能，动态调节。

定桨距，即，当风速高于额定风速，安全停机，利用率偏低。

【按风轮安装位置分类】19 

根据风轮安装位置分类：尾舵对风装置，侧风轮对风装置（塔影效应，机电装置）。

尾舵对风装置，成本低，但对风效率低，停电时停用。

侧风轮对风装置，成本高，但对风效率高，停电时还能用。

【按叶片形式分类】20 

根据叶片形式的不同，现有风力发电机分为：水平轴、垂直轴。

如果旋转主轴安装位置为上部，即，水平轴。如果安装位置为下部，即，垂直轴。

水平轴发电成本低，检修不方便，需对风。

垂直轴发电成本高，检修方便，无需对风。

【水平轴风机】21 

水平轴：世界上目前利用最多的形式，功率最大5MW左右。22  水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行。23 

【升力型和阻力型水平轴风机】24 

水平轴风力发电机科分为升力型和阻力型两类。升力型风力发电机旋转速度快，阻力型旋转速度慢。对于风力发电，多采用升力型水平轴风力发电机。

大多数水平轴风力发电机具有对风装置，能随风向改变而转动。对于小型风力发电机，这种对风装置采用尾舵，而对于大型的风力发电机，则利用风向传感元件以及伺服电机组成的传动机构。

Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) – Drag based: 阻力型垂直轴The generator shaft is positioned vertically with the blades pointing up. The turbines are usually mounted on the ground or a short tower. This type is also called the Savonius turbine, after it’s inventor, S. I. Savonius. It was invented in the 1920’s. It uses drag, like a cup anemometer, to produce torque. Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) – Lift based: 升力型垂直轴 The generator shaft is positioned vertically with the blades pointing up. The blades use the lift design. This type is called Darrius or “egg beater”.  25 

【上风向下风向水平轴风机】26 

风力机的风轮在塔架前面的称为上风向风力机，风轮在塔架后面的则成为下风向风机。

水平轴风力发电机的式样很多，有的具有反转叶片的风轮，有的再一个塔架上安装多个风轮，以便在输出功率一定的条件下减少塔架的成本，还有的水平轴风力发电机在风轮周围产生漩涡，集中气流，增加气流速度。

上风向有对风装置，下风向无调向装置。A5A5  

Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) – UpWind 上风口水平轴: The shafts of the rotor and generator are positioned horizontally and the wind hits the blade before the tower. Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT) 下风口水平轴 – DownWind: The shafts of the rotor and generator are positioned horizontally and the wind hits the tower first then the blades. 27 

Any solid object produces a wake behind it, leading to fatigue failures, so the turbine 水平轴 is usually positioned upwind 上风口 of its supporting tower. Downwind machines have been built, because they don't need an additional mechanism 下风口不需要对风装置 for keeping them in line with the wind. In high winds, the blades can also be allowed to bend which reduces their swept area and thus their wind resistance. In upwind designs, turbine blades must be made stiff 上风口叶片高风速条件下硬度要求较高 to prevent the blades from being pushed into the tower by high winds. Additionally, the blades are placed a considerable distance 叶片数量及间隔距离设计有要求 in front of the tower and are sometimes tilted forward into the wind a small amount. 28 

【垂直轴风机】29 

垂直轴： 21世纪初由中国、日本、欧洲几乎同时发明的一种新型风力发电机，有别于最早的垂直轴风力发电机（达里厄型），效率高于水平轴风力发电机，无噪音和转向机构，维护简单。已成为欧美市场中小型风力发电机的首选。

世界上目前最大功率是由上海模斯电子设备有限公司（MUCE）生产的50千瓦垂直轴风力发电机，日本最大功率30千瓦，英美国家生产的功率在1千瓦到10千瓦之间。

垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。30 

垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。

【阻力升力装置垂直轴风机】31 

利用阻力旋转的垂直轴风力发电机有几种类型，其中有利用平板和被子做成的风轮，这是一种纯阻力装置。

S型风车，具有部分升力，但主要还是阻力装置。这些装置有较大的启动力矩，但尖速比低，在风轮尺寸、重量和成本一定的情况下，提供的功率输出低。

达里厄式风轮是法国G.J.M达里厄于19世纪30年代发明的。在20世纪70年代，加拿大国家科学研究院对此进行了大量的研究，现在是水平轴风力发电机的主要竞争者。

达里厄式风轮是一种升力装置，弯曲叶片的剖面是翼型，它的启动力矩低，但尖速比可以很高，对于给定的风轮重量和成本，有较高的功率输出。

现在有多种达里厄式风力发电机，如Φ型，Δ型，Y型和H型等。这些风轮可以设计成单叶片，双叶片，三叶片或者多叶片。

【超大型垂直轴风机】32 

最近，国内外多家公司提出了建造超大型垂直轴风力发电机的计划（10MW），此项计划得到落实后，由于成本远低于目前的风力发电机，必将逐步取代水平轴风力发电机，成为世界新能源的主力军。

【风力发电机发展趋势】

1. 双馈感应发电机系列

2. 马格努斯效应风轮

3. 径流双轮效应风轮

【双馈感应发电机系列】33 

双馈型发电机，随着电力电子技术的发展，双馈型感应发电机（Double-Fed Induction Generator）在风能发电中的应用越来越广。这种技术不过分依赖于蓄电池的容量，而是从励磁系统入手，对励磁电流加以适当的控制，从而达到输出一个恒频电能的目的。

双馈感应发电机在结构上类似于异步发电机，但在励磁上双馈发电机采用交流励磁。

双馈发电机的优势就在于，交流励磁的频率是可调的，这就是说旋转励磁磁动势的频率可调。这样当原动机的转速不定时，适当调节励磁电流的频率，就可以满足输出恒频电能的目的。

由于电力电子元器件的容量越来越大，所以双馈发电机组的励磁系统调节能力也越来越强，这使得双馈机的单机容量得以提高。

但是，部分理论还在完善当中，然而，双馈反应发电机的广泛应用这一趋势将越来越明显。

【马格努斯效应风轮】34 

由自旋的圆柱体组成，当它在气流中工作时，产生的移动力是由于马格努斯效应引起的，其大小与风速成正比。有的垂直轴风轮使用管道或者漩涡发生器塔，通过套管或者扩压器使水平气流变成垂直气流，以增加速度，偶写还利用太阳能或者燃烧某种燃料，是水平气流变成垂直方向的气流。

【径流双轮效应风轮】35 

径流双轮效应或叫双轮效应是一种新型风能转化方式。

首先它是一种双轮结构，相对于水平轴流式风机，它是径流式的，同已有的立轴式风机一样都是沿长轴布设桨叶的，直接利用风的推力旋转工作的，单轮立轴风轮因轴两侧桨叶同时接受风力而扭矩相反，相互抵消，输出力矩不大。

径流双轮效应或叫双轮效应（中国自主研发）是一种新型风能转化方式（因为它更容易被小风量带动而发电），也叫径流式风机，是一种双轮结构，相对于水平轴流式风机，它是径流式（垂直轴的一种方式）的，同已有的立轴式或垂直轴式风机一样都是沿长轴布设桨叶的，直接利用风的推力旋转工作。36