四級變速風(fēng)力發(fā)電技術(shù)分析研究

　　設(shè)工作風(fēng)速為5.5m/s（啟動風(fēng)速）到16.5m/s（較大風(fēng)速），在啟動風(fēng)速5.5m/s處葉輪轉(zhuǎn)速為100rpm時葉輪當(dāng)量葉尖速比為4，此時風(fēng)能利用率為最大（按0.3計），要實(shí)現(xiàn)工作風(fēng)速范圍內(nèi)若干風(fēng)速點(diǎn)（5.5m/s，8.25m/s，11m/s，16.5m/s共4檔風(fēng)速，故稱為四級變速）仍達(dá)到最大風(fēng)能利用率，即葉輪當(dāng)量葉尖速比為4，可按（1）設(shè)計機(jī)械增速比和發(fā)電機(jī)極對數(shù)，由于要保持相同的葉尖速比，對應(yīng)的葉輪轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速的1/60。為減少齒輪箱成本，提高系統(tǒng)變速自動化程度，葉輪到發(fā)電機(jī)2設(shè)計為1級機(jī)械變速，速比為5；葉輪到發(fā)電機(jī)1設(shè)計為1級機(jī)械變速，速比為2.5；發(fā)電機(jī)為雙速發(fā)電機(jī)[4]，發(fā)電機(jī)2的極對數(shù)分別為6和2，發(fā)電機(jī)1的極對數(shù)分別為4和2，發(fā)電機(jī)2的功率約為發(fā)電機(jī)1的1/4。具體關(guān)系如表1所示。

　　由表1可知（不考慮電機(jī)滑差率），在風(fēng)速11m/s及8.25m/s處，2個發(fā)電機(jī)利用“合頻”特性聯(lián)合發(fā)電，發(fā)電機(jī)2的輸出接入發(fā)電機(jī)1的轉(zhuǎn)子電路。在具體應(yīng)用中，當(dāng)風(fēng)速為7及以下時可用第1種方式，即發(fā)電機(jī)2（6極）單獨(dú)發(fā)電；當(dāng)風(fēng)速為7上到9.5時可用第2種方式，即發(fā)電機(jī)2（2極）與發(fā)電機(jī)1（4極）聯(lián)合發(fā)電；當(dāng)風(fēng)速為9.5以上到13時可用第3種方式，即發(fā)電機(jī)2（2極）與發(fā)電機(jī)1（2極）聯(lián)合發(fā)電；當(dāng)風(fēng)速為13以上時可用第4種方式，即發(fā)電機(jī)2（2極）及發(fā)電機(jī)1（4極）單獨(dú)發(fā)電。

　　三 結(jié)論

　　四級變速風(fēng)力發(fā)電技術(shù)利用改變發(fā)電機(jī)極對數(shù)及大小2個發(fā)電機(jī)的相互配合，達(dá)到在4個風(fēng)速點(diǎn)都能實(shí)現(xiàn)風(fēng)能最大利用，根據(jù)統(tǒng)計如果變速恒頻風(fēng)力發(fā)電在整個工作風(fēng)速范圍內(nèi)風(fēng)能利用量為1個單位，則四級變速風(fēng)力發(fā)電風(fēng)能利用量能達(dá)到80%左右，恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電風(fēng)能利用量約為40%。

　　而且與傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)比還有其他優(yōu)點(diǎn)，相比恒速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的增速箱，多級變速風(fēng)力發(fā)電的變速器為低速變速箱，降低了潤滑要求，減少了維護(hù)費(fèi)用；由于風(fēng)速不大、風(fēng)機(jī)輸入功率較小時，只有小功率發(fā)電機(jī)2起發(fā)電作用，不存在“大功率發(fā)小電”現(xiàn)象，提高了發(fā)電機(jī)的效率，延長了大功率發(fā)電機(jī)1的壽命。