四级变速风力发电技术分析研究

随着人类社会的发展，地球上煤炭、石油、天然气等地下资源正面临着枯竭的危险，

同时严重的环境污染也已成为威胁人类生存的主要问题。发展利用风能等可再生能源已

成为我国长期的能源战略，目前我国风力发电装机容量仅占我国可利用风力资源

0.1%，根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要》，风电到 2020 年很可能超越核电，

成为我国第三大发电形式。在风力发电中如何提高风能利用率及风电质量是至关重要的，

是首先要面对并解决的工程技术。传统

“恒速恒频”发电技术中风力机的叶轮转速始终保

持不变以达到标准的频率、电压等电力要求，该技术只能在某一风速下实现风力机最大

风能利用［

1］；在叶片等其他技术条件相同情况下，如实现在全部工作风速或多个风

速值下风力机均能实现最大的风能利用，就可能较大地提高风能利用率，

“多级变速”风

力发电技术就是风力机的叶轮能在多个转速点对应多个风速值转动，实现在相应风速值

下风力机获得最大的风能利用，并输出频率恒定的电能

 ［2］，四级变速风力发电技术

是

“多级变速”技术的具体应用。

　　一

 四级变速风力发电机原理

　　多级变速风力发电机主要由

2 台发电机（发电机 1 和发电机 2）、控制系统和变速机

3 部分组成，其技术原理如图 1 所示。大功率的发电机 2 的定子绕组与电网连接，向电网

输送频率为

ft 的工频电流，转子绕组经控制系统与小功率的发电机 1 的定子绕组相连

［

1］。

　　大功率的发电机

2 只有在风速较大（风机输入功率较大）时才和变速机联接运行。

发电机

2 输出的电流频率不仅和转子的机械转速有关，还和输入转子绕组的电流频率有

关，具有将转子的机械旋转频率和转子绕组电路的电流频率

“相加”的功能，其定子绕组

输出

“频率相加”后的电流，这一特点简称为“合频”特性。

　　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］：