四级变速风力发电技术分析研究

　　根据“合频”特性，在图1两台电机组合发电中，发电机2定子绕组输出的电流频率、发电机1定子绕组输出的电流频率和电机转子的机械旋转频率应符合如下关系[3]：

f1= P1×fn1

ft= P2×fn2 + P1×fn1          （1）            

式中：ft——发电机2定子绕组输出的电流频率，与电网频率相同；

  P2——发电机2的极对数；

  fn2——发电机2的转子机械旋转频率；

  P1——发电机1的极对数；

  fn1——发电机1的转子机械旋转频率。

　　只要设计和控制好P1，fn1，P2，fn2这4个参数，完全可以使发电机2输出的电流频率保持为电网频率或其他所需频率，这4个参数主要由变速机机械变速和改变发电机极对数来实现。因此，利用发电机2“合频”特性，通过变速机机械变速和改变发电机极对数，可实现风速变化时风力机在多级风轮转速下能输出恒定频率的电能，以提高风能的利用率。

　　由式（1）知，增加电机极对数，可降低机械旋转频率，相应降低转子及齿轮转速，改善润滑条件，减少维护费用。[4]小功率的发电机1的额定功率约为发电机2额定功率的1/4，其电机极对数一般可以变化。当风速较小时，变速机只带动发电机1工作，发电机2脱开与变速机的连接停止工作，发电机1发出的电流经控制系统切换，直接输到电网或其他电路，由此提高了发电机发电效率，延长了大功率发电机2的寿命；当风速较大（风机输入功率较大）时，2台发电机经变速机带动都发电工作，且发电机1发出的电流经控制系统输入到发电机2的转子绕组电路进行“合频”，结合变速机机械变速、改变电机极对数等方法，使风力发电装置输出的电流频率仍保持电网频率。

　　控制系统主要起到电流切换、改变电机极对数、控制发电机1输向发电机2的电流频率等参数、控制发电机2转子电路电阻值等作用。改变电阻值可控制电机的滑差率，使得风速及风轮转速在小范围变化时发电机发出的电流频率仍保持恒定[4]。

　　二 四级变速风力发电实例