实现工作风速范围内若干风速点（

5.5m/s，8.25m/s，11m/s，16.5m/s 共 4 档风速，故称

为四级变速）仍达到最大风能利用率，即叶轮当量叶尖速比为

4，可按（1）设计机械

增速比和发电机极对数，由于要保持相同的叶尖速比，对应的叶轮转速须同比例变化，

分别为

100 rpm、150 rpm、200 rpm、300 rpm，叶轮工作频率为叶轮转速的 1/60。为减少齿

轮箱成本，提高系统变速自动化程度，叶轮到发电机

2 设计为 1 级机械变速，速比为

5；叶轮到发电机 1 设计为 1 级机械变速，速比为 2.5；发电机为双速发电机［4］，发

电机

2 的极对数分别为 6 和 2，发电机 1 的极对数分别为 4 和 2，发电机 2 的功率约为发

电机

1 的 1/4。具体关系如表 1 所示。

　　由表

1 可知（不考虑电机滑差率），在风速 11m/s 及 8.25m/s 处，2 个发电机利用

“合频”特性联合发电，发电机 2 的输出接入发电机 1 的转子电路。在具体应用中，当风

速为

7 及以下时可用第 1 种方式，即发电机 2（6 极）单独发电；当风速为 7 上到 9.5 时

可用第

2 种方式，即发电机 2（2 极）与发电机 1（4 极）联合发电；当风速为 9.5 以上

到

13 时可用第 3 种方式，即发电机 2（2 极）与发电机 1（2 极）联合发电；当风速为

13 以上时可用第 4 种方式，即发电机 2（2 极）及发电机 1（4 极）单独发电。

　　三

 结论

　　四级变速风力发电技术利用改变发电机极对数及大小

2 个发电机的相互配合，达到

在

4 个风速点都能实现风能最大利用，根据统计如果变速恒频风力发电在整个工作风速

范围内风能利用量为

1 个单位，则四级变速风力发电风能利用量能达到 80%左右，恒速

恒频风力发电风能利用量约为

40%。

　　而且与传统发电技术比还有其他优点，相比恒速恒频发电机系统的增速箱，多级变

速风力发电的变速器为低速变速箱，降低了润滑要求，减少了维护费用；由于风速不大、

风机输入功率较小时，只有小功率发电机

2 起发电作用，不存在“大功率发小电”现象，

提高了发电机的效率，延长了大功率发电机

1 的寿命。