四級變速風力發電技術分析研究

　　設工作風速為5.5m/s（啟動風速）到16.5m/s（較大風速），在啟動風速5.5m/s處葉輪轉速為100rpm時葉輪當量葉尖速比為4，此時風能利用率為最大（按0.3計），要實現工作風速范圍內若干風速點（5.5m/s，8.25m/s，11m/s，16.5m/s共4檔風速，故稱為四級變速）仍達到最大風能利用率，即葉輪當量葉尖速比為4，可按（1）設計機械增速比和發電機極對數，由于要保持相同的葉尖速比，對應的葉輪轉速須同比例變化，分別為100 rpm、150 rpm、200 rpm、300 rpm，葉輪工作頻率為葉輪轉速的1/60。為減少齒輪箱成本，提高系統變速自動化程度，葉輪到發電機2設計為1級機械變速，速比為5；葉輪到發電機1設計為1級機械變速，速比為2.5；發電機為雙速發電機[4]，發電機2的極對數分別為6和2，發電機1的極對數分別為4和2，發電機2的功率約為發電機1的1/4。具體關系如表1所示。

　　由表1可知（不考慮電機滑差率），在風速11m/s及8.25m/s處，2個發電機利用“合頻”特性聯合發電，發電機2的輸出接入發電機1的轉子電路。在具體應用中，當風速為7及以下時可用第1種方式，即發電機2（6極）單獨發電；當風速為7上到9.5時可用第2種方式，即發電機2（2極）與發電機1（4極）聯合發電；當風速為9.5以上到13時可用第3種方式，即發電機2（2極）與發電機1（2極）聯合發電；當風速為13以上時可用第4種方式，即發電機2（2極）及發電機1（4極）單獨發電。

　　三 結論

　　四級變速風力發電技術利用改變發電機極對數及大小2個發電機的相互配合，達到在4個風速點都能實現風能最大利用，根據統計如果變速恒頻風力發電在整個工作風速范圍內風能利用量為1個單位，則四級變速風力發電風能利用量能達到80%左右，恒速恒頻風力發電風能利用量約為40%。

　　而且與傳統發電技術比還有其他優點，相比恒速恒頻發電機系統的增速箱，多級變速風力發電的變速器為低速變速箱，降低了潤滑要求，減少了維護費用；由于風速不大、風機輸入功率較小時，只有小功率發電機2起發電作用，不存在“大功率發小電”現象，提高了發電機的效率，延長了大功率發電機1的壽命。