随着电力电子技术特别是电机变频调速技术的不断完善，更多的风力发电系统采用变速恒频风力发电系统。
　　变速恒频风力发电系统通过变桨距控制风轮使整个系统在很大的转速范围内按照最佳的效率运行，这是当前风力发电发展的一个趋势。
　　变速恒频风力发电机组的主要特点是由于采用电力电子变频器，变速恒频风电机组结构相对较复杂；通过对最大功率点的跟踪，使风力发电机组在可发电风速下均可获得最佳的功率输出，提高了发电效率；风轮机可以根据风速的变化而以不同的转速旋转，减少了力矩的脉冲幅度以及对风力机的机械应力，降低机械强度要求；风轮机的加速减速对风能的快速变化起到了缓冲作用，使输出功率的波动减小。
　　通过一定的控制策略（如SVPWM控制）对风电机组有功、无功输出功率进行解耦控制，可以分别单独控制风电机组有功、无功的输出，具备电压的控制能力。
　　最后两点非常有利于电网的安全稳定运行综合上述特点，变速发电机组适合用于大功率，通常大于1MW的系统。
　　两种变速恒频发电系统变速恒频系统主要又分为同步风力发电机系统和异步风力发电机系统。其中同步发电机系统包括永磁同步发电机系统和电励磁同步发电机系统；异步发电机系统主要是绕线转子异步发电机系统。永磁同步发电机是利用永久磁铁取代转子励磁磁场，其结构比较简单、牢固。永磁同步发电机变速恒频风力发电系统是通过控制一套整流逆变装置，将发电机输出的变频变压交流电转换为满足电网要求的恒频恒压交流电。其典型结构如图3所示。
　　采用电励磁的同步风力发电系统如图4所示，发电机定子通过变频器和电网相连接，转子采用AC/DC整流装置给发电机提供励磁。发电机可以采用变速箱驱动，也可以使用直接驱动。
　　同步风力发电机系统的特点为：发电机发出的全部电功率都通过变换器，变换器容量需要按100%功率选取，比双馈系统容量大，投资和损耗大，谐波吸收困难；可以使用永磁发电机，电机轻，效率高，而且可以采用直接驱动的结构形式，去掉笨重的变速箱；功率变换器为单象限的，结构简单。
　　采用绕线式异步电机的变速恒频风力发电系统（双馈风力发电系统）其典型结构框图。这是一种比较合适的变速恒频方案，该结构定子绕组和电网直接相连接，转子绕组由具有可调节频率的三相电源激励，交流励磁控制通过变频装置向转子提供三相滑差频率的电流进行励磁，通过变频器的功率仅仅是转差功率，双馈调速将转差功率回馈到电机轴或者电网，这是各种传动系统中效率比较高的。其特点为：
　　变频器仅流过转差功率，其容量小，通常可按发电总功率的25%左右选取（转速变化范围±33%时），投资和损耗小，发电效率提高2%?3%,谐波吸收方便；只能使用双馈电机，比永磁电机重，效率低，需要变速箱，整个系统相对较笨重；由于要求功率双向流过变频器，它必须是四象限变频器，其价格约是同容量单象限变频器的一倍。
　　双馈风力发电方式的双向变频器通常使用矩阵变频器、交-交变频器或交-直-交变频器|IHHI\矩阵式变频器是一种交-交直接变频器，由9个直接接于三相电源和三相负载之间的开关阵组成。矩阵变频器没有中间直流环节，功率电路简单、紧凑，输出由电源的三个电平组成，可输出幅值、频率、相位和相序均可控的电压，谐波含量较小。矩阵变换器的输人功率因数可控，可在四象限工作，适合变速恒频双馈风力发电系统。尽管矩阵式变换器电压传输比只有0.866,但不会影响它在电压要求低，励磁电压可灵活设计的双馈发电机中的应用。虽然矩阵变换器有很多优点，但是在其换流过程中不允许存在两个开关同时导通的或者关断的现象，实现起来比较困难。器件承受电压高也是此类变换器一个很大缺点。应用在风力发电中，由于矩阵变频器的输人输出不解耦，即无论是负载还是电源侧的不对称都会影响到另一侧。另外，矩阵变频器的输人端必须接滤波电容，虽然其电容的容量比交-直-交的中间储能电容小，但由于它们是交流电容，要承受开关频率的交流电流，其体积并不小。
　　交-交变频器大多采用晶闸管自然换流方式，工作稳定、可靠，与电源之间进行无功功率交换和有功功率回馈容易，为四象限变频器，其无环流系统的最高输出频率为电网供电频率的1/2。尽管交交变频器还具有无中间直流滤波环节，变频器效率高等优点，在双馈变速恒频风力发电系统中得到一定的应用，但由于交交变频器中晶闸管采用自然换流方式，变频器始终吸收无功功率，功率因数低、谐波含量大、输出频率低、变化范围窄、使用元件数量多等因素，使之在风力发电领域的应用受到了一定的限制交-直-交变频器又可以分为电压型和电流型两种，由于控制方法和硬件设计等各种因素，电压型逆变器应用比较广泛。传统的电流型交-直-交变频器采用自然换流的晶闸管作为功率开关，其直流侧电感比较昂贵，而且应用于双馈调速中，在过同步速时需要换流电路，在低转差频率的条件下性能也比较差，在双馈异步风力发电中应用的不多。采用电压型交-直-交变频器，这种整流变频装置具有结构简单、谐波含量少、定转子功率因数可调等优异特点，可以明显地改善双馈发电机的运行状态和输出电能质量，并且该结构通过直流母线侧电容完全实现了网侧和转子侧的分离。文献丨丨2]提出的电压型交-直-交变频器的双馈发电机定子磁场定向矢量控制系统，实现了基于风机最大功率点跟踪的发电机有功和无功的解耦控制，是目前变速恒频风力发电的一个代表方向。
　　随着国外大型海上风电场的出现，轻型直流输电(LightHVDC)技术在工程中也已被采用。
　　在一些国家，能源规划中有很高一部分为风力发电，这要通过建设大型海上风电场来实现。这些风电场对整个电力系统控制和电能质量会产生重要影响，因此要求他们必须满足很高的技术要求：能进行频率和电压控制，调整无功和有功输出，在电力系统暂态或动态情况下快速响应，例如第9卷第12期2006年12月
　　在2s的时间内将功率输出从额定出力降低到20%的出力114?'为了实现这些要求，需要电力电子技术在电力系统结构和海上风电场的控制中扮演重要的角色，采用电力电子变频器的海上风电场能够实现有功和无功的控制，使风电机组运行在变速状态以捕获最大的风能同时降低机械应力和噪音。对于海上风电场的长距离功率输送，LightHVDC是一种较好的选择。风电场出口的中低压交流电在输电侧转换成高压直流，直流功率通过长距离直流输电线路送到陆上，再将高压直流转换成交流。

---

期刊库（http://www.zgqkk.com），是一个专门从事期刊推广、投稿辅导的网站。
　　本站提供如何投稿辅导，寻求投稿辅导合作，快速投稿辅导，投稿辅导格式指导等解决方案：省级投稿辅导/国家级投稿辅导/核心期刊投稿辅导//职称投稿辅导。

---

　　【免责声明】本文仅代表作者本人观点，与投稿辅导_期刊发表_中国期刊库专业期刊网站无关。投稿辅导_期刊发表_中国期刊库专业期刊网站站对文中陈述、观点判断保持中立，不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考，并请自行承担全部责任。