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。

二四级变速风力发电实例

　　设工作风速为

5.5m/s（启动风速）到 16.5m/s（较大风速），在启动风速 5.5m/s 处叶轮

转速为

100rpm 时叶轮当量叶尖速比为 4，此时风能利用率为最大（按 0.3 计），要实现工

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
100rpm、150rpm、200rpm、300rpm，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。