四級變速風力發(fā)電技術分析研究

    隨著人類社會的發(fā)展，地球上煤炭、石油、天然氣等地下資源正面臨著枯竭的危險，同時嚴重的環(huán)境污染也已成為威脅人類生存的主要問題。發(fā)展利用風能等可再生能源已成為我國長期的能源戰(zhàn)略，目前我國風力發(fā)電裝機容量僅占我國可利用風力資源0.1%，根據(jù)《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》，風電到2020年很可能超越核電，成為我國第三大發(fā)電形式。在風力發(fā)電中如何提高風能利用率及風電質量是至關重要的，是首先要面對并解決的工程技術。傳統(tǒng)“恒速恒頻”發(fā)電技術中風力機的葉輪轉速始終保持不變以達到標準的頻率、電壓等電力要求，該技術只能在某一風速下實現(xiàn)風力機最大風能利用[1]；在葉片等其他技術條件相同情況下，如實現(xiàn)在全部工作風速或多個風速值下風力機均能實現(xiàn)最大的風能利用，就可能較大地提高風能利用率，“多級變速”風力發(fā)電技術就是風力機的葉輪能在多個轉速點對應多個風速值轉動，實現(xiàn)在相應風速值下風力機獲得最大的風能利用，并輸出頻率恒定的電能 [2]，四級變速風力發(fā)電技術是“多級變速”技術的具體應用。

　　一 四級變速風力發(fā)電機原理

　　多級變速風力發(fā)電機主要由2臺發(fā)電機（發(fā)電機1和發(fā)電機2）、控制系統(tǒng)和變速機3部分組成，其技術原理如圖1所示。大功率的發(fā)電機2的定子繞組與電網(wǎng)連接，向電網(wǎng)輸送頻率為ft的工頻電流，轉子繞組經(jīng)控制系統(tǒng)與小功率的發(fā)電機1的定子繞組相連[1]。

　　大功率的發(fā)電機2只有在風速較大（風機輸入功率較大）時才和變速機聯(lián)接運行。發(fā)電機2輸出的電流頻率不僅和轉子的機械轉速有關，還和輸入轉子繞組的電流頻率有關，具有將轉子的機械旋轉頻率和轉子繞組電路的電流頻率“相加”的功能，其定子繞組輸出“頻率相加”后的電流，這一特點簡稱為“合頻”特性。