四級變速風力發電技術分析研究

　　根據“合頻”特性，在圖1兩臺電機組合發電中，發電機2定子繞組輸出的電流頻率、發電機1定子繞組輸出的電流頻率和電機轉子的機械旋轉頻率應符合如下關系[3]：

f1= P1×fn1

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

式中：ft——發電機2定子繞組輸出的電流頻率，與電網頻率相同；

  P2——發電機2的極對數；

  fn2——發電機2的轉子機械旋轉頻率；

  P1——發電機1的極對數；

  fn1——發電機1的轉子機械旋轉頻率。

　　只要設計和控制好P1，fn1，P2，fn2這4個參數，完全可以使發電機2輸出的電流頻率保持為電網頻率或其他所需頻率，這4個參數主要由變速機機械變速和改變發電機極對數來實現。因此，利用發電機2“合頻”特性，通過變速機機械變速和改變發電機極對數，可實現風速變化時風力機在多級風輪轉速下能輸出恒定頻率的電能，以提高風能的利用率。

　　由式（1）知，增加電機極對數，可降低機械旋轉頻率，相應降低轉子及齒輪轉速，改善潤滑條件，減少維護費用。[4]小功率的發電機1的額定功率約為發電機2額定功率的1/4，其電機極對數一般可以變化。當風速較小時，變速機只帶動發電機1工作，發電機2脫開與變速機的連接停止工作，發電機1發出的電流經控制系統切換，直接輸到電網或其他電路，由此提高了發電機發電效率，延長了大功率發電機2的壽命；當風速較大（風機輸入功率較大）時，2臺發電機經變速機帶動都發電工作，且發電機1發出的電流經控制系統輸入到發電機2的轉子繞組電路進行“合頻”，結合變速機機械變速、改變電機極對數等方法，使風力發電裝置輸出的電流頻率仍保持電網頻率。

　　控制系統主要起到電流切換、改變電機極對數、控制發電機1輸向發電機2的電流頻率等參數、控制發電機2轉子電路電阻值等作用。改變電阻值可控制電機的滑差率，使得風速及風輪轉速在小范圍變化時發電機發出的電流頻率仍保持恒定[4]。

　　二 四級變速風力發電實例