中心議題：

• 可變的能量輸入是對設計師的挑戰
• 控製係統簡化了功率獲取
  • 失速控製的簡單性掩飾了問題
• 控製係統簡化了功率獲取

解決方案：

• 渦輪發電機使用三個轉子輪葉
• 采用轉子有一個固定的傾斜角的被動失速(停轉)控製
• 使用一個有大量電極的電激同步發電機

通過風能獲得太陽的能量並非新鮮事物，但當今的功率半導體器件與控製係統卻使這種能源更加適用。　
　
在現有的太陽能利用技術中，風力渦輪發電機成為大規模“綠色電能”生產的先鋒。

今天，美國政府和歐洲各國政府都在大力支持可持續能源的生產。2003年，美國的風力發電廠裝機總值達 16 億美元，預計到 2020 年
，還將再增 10 萬 MW 的裝機容量，可滿足美國電力需求的 6%。美國還將在 Majave 沙漠的 Tehachapi 建立世界上最大的地麵風力發電場。但 2002 年的數據顯示，全球 90% 的新增容量還是在歐洲。

可變的能量輸入是對設計師的挑戰
先xian驅qu者zhe們men在zai多duo大da程cheng度du上shang解jie決jue了le困kun擾rao今jin天tian設she計ji師shi的de諸zhu多duo問wen題ti，對dui此ci作zuo出chu正zheng確que的de估gu計ji是shi有you益yi的de。在zai這zhe些xie問wen題ti中zhong
，最zui大da的de要yao數shu能neng量liang供gong給gei的de可ke變bian性xing。普pu通tong的de蒸zheng汽qi渦wo輪lun機ji發fa電dian廠chang都dou用yong四si個ge重zhong要yao的de機ji製zhi來lai調tiao節jie發fa電dian機ji的de速su度du和he電dian力li輸shu出chu：產生蒸汽的初級能耗速率；向渦輪機輸送蒸汽的速率
；發電機的電激勵水平；轉(zhuan)子(zi)負(fu)載(zai)角(jiao)的(de)變(bian)化(hua)。這(zhe)樣(yang)的(de)發(fa)電(dian)機(ji)是(shi)同(tong)步(bu)發(fa)電(dian)機(ji)，其(qi)中(zhong)轉(zhuan)子(zi)與(yu)電(dian)網(wang)頻(pin)率(lv)的(de)整(zheng)倍(bei)數(shu)同(tong)步(bu)並(bing)以(yi)這(zhe)一(yi)整(zheng)倍(bei)數(shu)頻(pin)率(lv)旋(xuan)轉(zhuan)。改(gai)變(bian)轉(zhuan)子(zi)相(xiang)對(dui)於(yu)零(ling)相(xiang)位(wei)差(cha)“空載”位wei置zhi的de角jiao度du
，就jiu可ke以yi增zeng加jia或huo減jian少shao送song至zhi電dian網wang或huo從cong電dian網wang獲huo得de的de電dian能neng，從cong而er分fen別bie使shi發fa電dian機ji或huo電dian動dong機ji運yun行xing。在zai典dian型xing的de發fa電dian機ji運yun行xing中zhong，轉zhuan子zi超chao前qian電dian網wang約yue 30°。由於電力輸出直接耦合到電網，強大的電網條件提供的發電機軸轉矩可控製其速度
，保持恒定的電網頻率。

那(na)麼(me)
，風(feng)力(li)能(neng)產(chan)生(sheng)多(duo)少(shao)功(gong)率(lv)呢(ne)？理(li)論(lun)表(biao)明(ming)
，空(kong)氣(qi)密(mi)度(du)已(yi)知(zhi)時(shi)，可(ke)用(yong)的(de)每(mei)平(ping)方(fang)米(mi)瓦(wa)特(te)能(neng)量(liang)值(zhi)隨(sui)氣(qi)流(liu)的(de)三(san)次(ci)方(fang)變(bian)化(hua)。因(yin)此(ci)，轉(zhuan)子(zi)性(xing)能(neng)對(dui)風(feng)力(li)渦(wo)輪(lun)發(fa)電(dian)機(ji)設(she)計(ji)的(de)每(mei)個(ge)方(fang)麵(mian)都(dou)是(shi)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)。至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)參(can)數(shu)之(zhi)一(yi)就(jiu)是(shi)葉(ye)尖(jian)速(su)度(du)比(bi)，亦(yi)即(ji)輪(lun)葉(ye)葉(ye)尖(jian)速(su)度(du)與(yu)自(zi)由(you)流(liu)動(dong)空(kong)氣(qi)流(liu)速(su)度(du)之(zhi)比(bi)。這(zhe)一(yi)參(can)數(shu)描(miao)述(shu)了(le)轉(zhuan)子(zi)的(de)功(gong)率(lv)係(xi)數(shu)

，1919 年德國物理學家 Albert Betz 認為該係數不可能超過 0.593。在實踐中，典型的轉子功率係數在葉尖速度比為 7 時很少超過 0.4。如果轉子速度固定不變，效率損失忽略不計，你就可用以下公式計算風力渦輪發電機的功率輸出:功率=Cp×r/2×V3W×A 式中，CP 為轉子的功率係數，r為空氣的密度(單位為kg/m3)
，vw 為風速(單位是m/s)，A 是轉子掃過的區域麵積(單位為m3)。所suo以yi，依yi據ju轉zhuan子zi掃sao過guo的de麵mian積ji以yi及ji每mei小xiao時shi千qian瓦wa的de發fa電dian量liang來lai考kao慮lv風feng力li渦wo輪lun發fa電dian機ji是shi有you益yi的de。設she計ji師shi的de任ren務wu是shi以yi成cheng批pi生sheng產chan的de合he理li價jia格ge
，找zhao到dao轉zhuan子zi結jie構gou與yu發fa電dian機ji原yuan理li的de最zui佳jia組zu合he，從cong而er實shi現xian最zui大da的de總zong功gong率lv係xi數shu。

實用型風力渦輪發電機輸出功率從 20 kW~ 30 kW，現在的最高水平可達 4.5 MW。它一般使用三個轉子輪葉
，因為實驗表明，這種結構可提供效率、動態性能與結構經濟性之間的最佳平衡。核心部件一般包括轉子、一個增加發電機軸速的齒輪箱、發電機、電dian路lu接jie口kou以yi及ji控kong製zhi回hui路lu。最zui大da的de問wen題ti一yi直zhi是shi如ru何he穩wen定ding轉zhuan子zi速su度du
，以yi實shi現xian最zui高gao的de發fa電dian量liang。雖sui然ran風feng力li渦wo輪lun發fa電dian機ji是shi一yi種zhong機ji械xie電dian子zi係xi統tong，無wu法fa將jiang各ge個ge關guan鍵jian部bu件jian隔ge離li開kai來lai
，但dan轉zhuan子zi控kong製zhi原yuan理li卻que是shi一yi個ge決jue定ding性xing因yin素su。控kong製zhi係xi統tong必bi須xu在zai從cong靜jing止zhi無wu風feng直zhi到dao可ke能neng一yi個ge世shi紀ji才cai出chu現xian一yi次ci的de多duo方fang向xiang、多速度變化的狂風的情況下保護機器的運行。作為相關質量的一個指標，Vestas公司的 V90 係列3MW風力渦輪發電機的轉子組件重量為40噸，盡管它使用了許多昂貴的碳纖維複合材料。

失速控製的簡單性掩飾了問題
一種限製功率獲取的方法是使轉子組件轉動到不受風吹的位子。偏轉係統一般用於保持轉子迎著風向
，它包括風速傳感器
、風向傳感器、一個電動或液壓電動機驅動裝置、接jie口kou電dian路lu以yi及ji使shi發fa電dian機ji艙cang旋xuan轉zhuan的de齒chi輪lun與yu軸zhou承cheng。傳chuan感gan器qi組zu件jian經jing常chang位wei於yu發fa電dian機ji艙cang的de後hou方fang
，通tong常chang是shi一yi個ge帶dai風feng向xiang標biao的de三san環huan風feng速su計ji。其qi它ta技ji術shu包bao括kuo超chao聲sheng設she備bei
，如ru Vestas公司 V90-3.0MW shangshiyongdeyiduichaoshengzhuangzhi。shijishang
，zhuanzihoumiandefengsulvediyuzhenshidefengsu，zheshiyouyuxuanzhuanyipiandejubudiyaxiaoyingsuozaochengde。suiranzheyichayibuhenzhongyao，dantexinghuakeyibuchangzheyangdewucha。raner，youyujingyanbiaomingcaiyongpianzhuanxitongdesudukongzhidejieguobingbuhao
，suoyiyibanshejiyaomebaochiyingfengdezuidagonglvweizhi
，yaomejiangfadianjicangzhuandaozuixiaofengnengfangxiangyishixiantingji。

用來穩定能量獲取的最簡單的氣動方法是采用轉子有一個固定的傾斜角的被動失速(停轉)控製.zaigeidingdezhuanzisuduxia
，fengsuzengjiahuishiqiliufensanzailunyebiaomianshang，chanshengshisuxiaoying。zhezhongqiliufensanhuizidongxianzhinengliangdehuoqu
，danqueyukongqimiduhelunyebiaomianpaoguangzhiliangyouguan。zhezhongfangfahaiyaoqiuwengudedianwangtiaojianyijiyigeqiangdadefadianjilaibaochiwendingxing。ruguodianwanglianjieshixiaohuofashengdianliguzhang，jiubixuyufangzhuanzichaosu，congeryaoqiuzhuanzishangyouqidongshachezhuangzhi，yijizaishuruzhoushangyouputongdedieshijixieshachezhuangzhi。youyuzhuanziyougudingdeqingxiejiao，erqiebunengzhuanzhizuigaozhuanjuweizhiyiliyuqidong

，suoyiyoushixuyaoyidiandongjimoshiyunxingfadianji
，shizhuanzijiasudaoyudianwangtongbudesudu。zuihou，zheyijiegoubixuzugoulaogu，nengchengshoushisukongzhiteyoudedadongtaifuzai。

雖然如此，仍有一些成功的風力渦輪發電機采用了這一原理。 Nordic Windpower公司 的 1000 型1MW風力渦輪發電機，簡易而又重量輕，采用一個雙輪葉的失速控製的轉子
，其掃過麵積為 2290m2。這(zhe)種(zhong)渦(wo)輪(lun)發(fa)電(dian)機(ji)是(shi)自(zi)起(qi)動(dong)的(de)，輪(lun)葉(ye)上(shang)有(you)失(shi)速(su)條(tiao)，以(yi)減(jian)小(xiao)某(mou)些(xie)早(zao)期(qi)失(shi)速(su)控(kong)製(zhi)渦(wo)輪(lun)發(fa)電(dian)機(ji)的(de)峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)曲(qu)線(xian)


，從(cong)而(er)實(shi)現(xian)一(yi)個(ge)頂(ding)部(bu)平(ping)坦(tan)的(de)功(gong)率(lv)曲(qu)線(xian)。轉(zhuan)子(zi)采(cai)用(yong)經(jing)玻(bo)璃(li)纖(xian)維(wei)強(qiang)化(hua)的(de)聚(ju)脂(zhi)結(jie)構(gou)，因(yin)為(wei)這(zhe)種(zhong)結(jie)構(gou)具(ju)有(you)較(jiao)好(hao)的(de)氣(qi)動(dong)彈(dan)性(xing)，有(you)利(li)於(yu)“軟性”或“撓性”結構便於吸收大動態負載。借用直升飛機的其他部件包括一個“蹺蹺板式”葉轂，它的彈性軸承可以使輪葉與輸入軸有 ±2° 的相對運動，從而降低兩者間的風切變力。發電機控製係統和偏轉控製係統中的額外阻尼也可進一步提高結構的撓性。

由 Weier 電子公司製造的發電機是一種四極單速感應式發電機，其轉子比旋轉電磁場轉得稍快一些。這種“滑差”可提供一種阻尼作用，有助於抑製機電振蕩。隻要切換發電機轉子電路內的電阻來控製激勵電流，這個滑差值就在 1% ～ 10% 範fan圍wei內nei變bian化hua。由you於yu感gan應ying式shi發fa電dian機ji的de轉zhuan矩ju與yu滑hua差cha成cheng正zheng比bi例li，因yin此ci這zhe種zhong方fang式shi就jiu具ju有you速su度du控kong製zhi功gong能neng

，而er異yi步bu發fa電dian機ji則ze很hen難nan實shi現xian這zhe種zhong控kong製zhi功gong能neng。在zai滑hua差cha為wei0%時，發電機與電網頻率同步，既不產生也不消耗電力(轉子消耗的無功功率除外)。同樣，如果發電機轉速比電網頻率低，則它進入電動機模式，並吸收電網的電流。為限製這一電流消耗
，在風速低於約 4m/s ~5m/s (即渦輪發電機的所謂切入速度)時，輸入軸碟式刹車通常能阻止轉子的運動。

Vestas 公司同樣將滑差控製技術應用於它的 OptiSlip 係統
，而轉子上的電子電路與定子上的控製器之間則采用光學耦合。在本例中，控製值約為10%，工作時間約為10ms，從而在湍流條件下實現平穩的功率輸出，並降低結構負載。滑差值也會影響發電效率，兆瓦級發電機的滑差值一般工作在1% 範圍內，效率約為95%。因為轉子電路要消耗無功功率，所以功率因數一般都較低，約為0.87。由於這一原因
，開關電容器組是傳統係統不可分割的一部分
，但功率電路會越來越多地控製功率因數。就 Nordic公司的 1000 型渦輪發電機而言
，開關電容能在渦輪發電機的整個工作範圍內將輸出功率因數保持在 1。
隻要把阻尼因素引入偏轉係統的控製環路
，就可能使輪葉繞塔軸進行一定程度的搖擺運動

，從而吸收湍流。因此，1000渦輪發電機的結構可以承受 55m/s 的風速
，並能在 4m/s的風速下開始工作
，而在 25m/s 風速下停止工作。在轉子速度為 25 rpm，轉子輪葉葉尖速度為 71m/s時，該發電機能在17m/s 風速下輸出1MW 最大功率。當轉子剛開始超速時，離心力驅動液壓釋放閥門，使輪葉葉尖轉至刹車位置。專業生產風力發電係統的 Mita-Teknik 公司，它所生產的 SCADA(管理控製與數據采集)係統也能驅動氣動刹車和機械刹車。發電機通過撓性電纜向塔座輸出690V三相 交流電。SCADA 係統可以卷回電纜以防止纏繞。SCADA 係統與中心設備之間的通信是通過調製解調器和電話線，還有一個 PC 用來獨立監控與記錄渦輪發電機的運行情況。

控製係統簡化了功率獲取
許(xu)多(duo)風(feng)力(li)渦(wo)輪(lun)發(fa)電(dian)機(ji)的(de)設(she)計(ji)師(shi)都(dou)喜(xi)歡(huan)采(cai)用(yong)轉(zhuan)子(zi)傾(qing)斜(xie)角(jiao)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)，因(yin)為(wei)這(zhe)一(yi)技(ji)術(shu)可(ke)以(yi)大(da)大(da)緩(huan)解(jie)速(su)度(du)變(bian)化(hua)問(wen)題(ti)和(he)係(xi)統(tong)功(gong)率(lv)獲(huo)取(qu)問(wen)題(ti)。當(dang)代(dai)產(chan)品(pin)有(you)兩(liang)種(zhong)不(bu)同(tong)的(de)傾(qing)斜(xie)角(jiao)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)，第(di)一(yi)種(zhong)方(fang)法(fa)是(shi)逐(zhu)漸(jian)將(jiang)輪(lun)葉(ye)對(dui)空(kong)氣(qi)氣(qi)流(liu)的(de)攻(gong)角(jiao)從(cong)滿(man)功(gong)率(lv)的(de)最(zui)大(da)位(wei)置(zhi)減(jian)小(xiao)到(dao)獲(huo)取(qu)最(zui)小(xiao)功(gong)率(lv)的(de)周(zhou)期(qi)變(bian)距(ju)位(wei)置(zhi) ；第二種方法是將攻角增大到發生氣動失速點。丹麥工程師 MB Pedersen 和 P Nielsen 於 1980 年在實驗型 Nibe-A 和 Nibe-B 渦輪發電機中試驗了這兩種方法(參考文獻 1)。他們的試驗結果顯示：全(quan)輪(lun)葉(ye)傾(qing)斜(xie)角(jiao)控(kong)製(zhi)可(ke)使(shi)輸(shu)出(chu)特(te)性(xing)更(geng)為(wei)平(ping)滑(hua)，並(bing)有(you)可(ke)能(neng)在(zai)高(gao)風(feng)速(su)時(shi)減(jian)小(xiao)轉(zhuan)力(li)推(tui)力(li)。如(ru)今(jin)，更(geng)先(xian)進(jin)的(de)輪(lun)葉(ye)氣(qi)動(dong)算(suan)法(fa)和(he)控(kong)製(zhi)算(suan)法(fa)
，有(you)助(zhu)於(yu)減(jian)小(xiao)兩(liang)者(zhe)之(zhi)間(jian)的(de)差(cha)別(bie)。

Bonus Energy 公司的產品是以CombiStalls為商標的主動失速設計的主要實例。它的“丹麥概念”渦輪發電機包括一個轉速恒定的三輪葉轉子，一個直接為電網提供電力的發電機，以及失效保險係統。公司最大的產品是B40型2.3MW渦輪發電機
，其轉子掃過區域麵積為5330m2。將玻璃纖維強化的環氧樹脂輪葉轉過80°至停機位是可能的。正常運行時，微處理器控製的伺服回路不斷將輪葉調整至失速位置。有一種雙發電機設計可以雙速運行(11rpm 或 17 rpm)，從cong而er提ti高gao部bu分fen負fu載zai時shi的de效xiao率lv。隻zhi要yao在zai低di風feng速su時shi接jie入ru一yi個ge六liu極ji發fa電dian機ji繞rao組zu，發fa電dian機ji就jiu可ke產chan生sheng轉zhuan速su為wei其qi額e定ding轉zhuan速su三san分fen之zhi二er時shi的de電dian力li。在zai較jiao高gao風feng速su時shi，發fa電dian機ji可ke切qie換huan到dao四si極ji主zhu繞rao組zu，並bing以yi正zheng常chang轉zhuan速su運yun行xing。

渦輪發電機在平均風速約為5m/s ~ 6m/s時shi能neng自zi行xing起qi動dong。當dang一yi個ge可ke控kong矽gui軟ruan起qi動dong電dian路lu將jiang發fa電dian機ji連lian接jie到dao電dian網wang時shi，轉zhuan子zi就jiu加jia速su至zhi電dian網wang同tong步bu速su度du。經jing過guo幾ji秒miao直zhi線xian運yun行xing之zhi後hou，主zhu接jie觸chu器qi將jiang可ke控kong矽gui電dian路lu旁pang路lu，以yi消xiao除chu半ban導dao體ti損sun耗hao。然ran後hou
，在zai大da約yue 14m/s ~ 15m/s的(de)最(zui)高(gao)風(feng)速(su)範(fan)圍(wei)內(nei)時(shi)，風(feng)力(li)渦(wo)輪(lun)發(fa)電(dian)機(ji)的(de)電(dian)力(li)輸(shu)出(chu)隨(sui)最(zui)高(gao)風(feng)速(su)增(zeng)大(da)而(er)大(da)體(ti)呈(cheng)線(xian)性(xing)增(zeng)長(chang)，這(zhe)時(shi)，控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)切(qie)入(ru)，以(yi)保(bao)持(chi)電(dian)力(li)輸(shu)出(chu)恒(heng)定(ding)不(bu)變(bian)，並(bing)防(fang)止(zhi)發(fa)電(dian)機(ji)過(guo)載(zai)。如(ru)果(guo)平(ping)均(jun)風(feng)速(su)超(chao)出(chu)渦(wo)輪(lun)發(fa)電(dian)機(ji)的(de)工(gong)作(zuo)極(ji)限(xian)，則(ze)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)會(hui)使(shi)輪(lun)葉(ye)周(zhou)期(qi)性(xing)變(bian)距(ju)
，並(bing)施(shi)以(yi)刹(sha)車(che)以(yi)關(guan)閉(bi)渦(wo)輪(lun)發(fa)電(dian)機(ji)。當(dang)風(feng)速(su)低(di)於(yu)重(zhong)新(xin)起(qi)動(dong)的(de)極(ji)限(xian)時(shi)，安(an)全(quan)係(xi)統(tong)會(hui)自(zi)動(dong)複(fu)位(wei)，渦(wo)輪(lun)發(fa)電(dian)機(ji)再(zai)次(ci)起(qi)動(dong)——除(chu)非(fei)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)，否(fou)則(ze)渦(wo)輪(lun)發(fa)電(dian)機(ji)會(hui)保(bao)持(chi)離(li)線(xian)狀(zhuang)態(tai)。一(yi)個(ge)備(bei)份(fen)係(xi)統(tong)提(ti)供(gong)自(zi)動(dong)保(bao)險(xian)操(cao)作(zuo)，因(yin)為(wei)它(ta)能(neng)在(zai)發(fa)生(sheng)嚴(yan)重(zhong)故(gu)障(zhang)時(shi)使(shi)用(yong)離(li)心(xin)裝(zhuang)置(zhi)來(lai)使(shi)渦(wo)輪(lun)發(fa)電(dian)機(ji)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)失(shi)效(xiao)。

變頻器簡化運行
最(zui)靈(ling)活(huo)的(de)功(gong)率(lv)獲(huo)取(qu)與(yu)控(kong)製(zhi)能(neng)力(li)來(lai)自(zi)於(yu)變(bian)速(su)運(yun)行(xing)，因(yin)為(wei)渦(wo)輪(lun)發(fa)電(dian)機(ji)的(de)轉(zhuan)子(zi)可(ke)以(yi)理(li)想(xiang)地(di)以(yi)最(zui)大(da)輪(lun)葉(ye)葉(ye)尖(jian)速(su)度(du)比(bi)運(yun)行(xing)。人(ren)們(men)早(zao)期(qi)進(jin)行(xing)的(de)用(yong)一(yi)個(ge)自(zi)動(dong)齒(chi)輪(lun)箱(xiang)代(dai)替(ti)固(gu)定(ding)轉(zhuan)速(su)步(bu)進(jin)行(xing)星(xing)齒(chi)輪(lun)箱(xiang)的(de)種(zhong)種(zhong)嚐(chang)試(shi)，都(dou)因(yin)成(cheng)本(ben)問(wen)題(ti)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)問(wen)題(ti)而(er)失(shi)敗(bai)。由(you)於(yu)滑(hua)差(cha)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)隻(zhi)能(neng)為(wei)感(gan)應(ying)發(fa)電(dian)機(ji)提(ti)供(gong)有(you)限(xian)的(de)速(su)度(du)控(kong)製(zhi)
，所(suo)以(yi)當(dang)今(jin)的(de)許(xu)多(duo)渦(wo)輪(lun)發(fa)電(dian)機(ji)都(dou)采(cai)用(yong)了(le)另(ling)一(yi)種(zhong)替(ti)代(dai)方(fang)法(fa)，即(ji)80年代3MW的 Growian風力渦輪發電機試驗率先使用的DFIG(雙饋感應式發電機)。Growianjiegoubaokuoyigetongbufadianji
，zheyifadianjiyouyigesanxianghuaquankuidiandezhuanzi，yongyichanshengyigezhuanziraozushiganyingfadianji。zhezhongzhuangzhinengshixunhuanhuanliuqijiangjiaoliudianliuzhuruzhuanzi。xunhuanhuanliuqishiyizhongyongkekongguizhenliezhizaodejiaoliu-交(jiao)流(liu)變(bian)頻(pin)器(qi)
，它(ta)對(dui)三(san)相(xiang)線(xian)路(lu)頻(pin)率(lv)進(jin)行(xing)采(cai)樣(yang)，產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)低(di)頻(pin)控(kong)製(zhi)波(bo)形(xing)。將(jiang)這(zhe)一(yi)控(kong)製(zhi)波(bo)形(xing)疊(die)加(jia)在(zai)轉(zhuan)子(zi)的(de)電(dian)場(chang)上(shang)，就(jiu)有(you)助(zhu)於(yu)穩(wen)定(ding)發(fa)電(dian)機(ji)的(de)輸(shu)出(chu)頻(pin)率(lv)
；kongzhizheyikongzhiboxingdebofuhexiangwei，jiukekongzhifadianjidegonglvxishu

，congermonitongbufadianjitigongyouxiaogonglvhewugonggonglvdenengli。zhezhongjiegouhaicunzaiyixiewenti，ruqizhongzhiyijiushitabiqitajiegougengrongyishoudaodianwangguzhangdeyingxiang。
有一種相對簡單的變速技術使用一個交流－直流－交流鏈路作為變頻器
，它先將發電機的“雜亂交流” 輸shu出chu整zheng流liu，然ran後hou再zai以yi線xian路lu頻pin率lv換huan向xiang。這zhe一yi技ji術shu使shi發fa電dian機ji與yu負fu載zai分fen離li，從cong而er可ke使shi用yong更geng高gao效xiao的de同tong步bu發fa電dian機ji
，並bing通tong過guo改gai變bian直zhi流liu鏈lian路lu狀zhuang態tai來lai保bao持chi發fa電dian機ji的de轉zhuan矩ju控kong製zhi。Vestas 公司V90-3 MW 風力渦輪發電機是一個產品例子，它采用全輪葉斜角控製和該公司的OptiSpeed 技術來控製轉子6362m2的掃過麵積。OptiSpeed係統可使轉子和發電機的轉速改變60% 那麼大，從而將輸出至電網的電力變化減少到最低程度
，並降低結構應力。這一係統的核心是該公司的VMP-Top控kong製zhi器qi和he變bian頻pin器qi
，它ta們men構gou成cheng功gong率lv電dian子zi電dian路lu，用yong來lai控kong製zhi發fa電dian機ji及ji其qi送song至zhi電dian網wang變bian壓ya器qi的de輸shu出chu。該gai風feng力li渦wo輪lun發fa電dian機ji在zai其qi他ta方fang麵mian已yi無wu特te別bie之zhi處chu，並bing保bao留liu一yi個ge齒chi輪lun箱xiang來lai提ti高gao發fa電dian機ji轉zhuan速su(發電機的原轉速範圍為 9rpm~19 rpm)。

但是
，在一種概念上最簡單的方法中， Enercon公司開創了一係列無齒輪直驅式風力渦輪發電機，其額定發電量現在可達到4.5MW 。在(zai)這(zhe)種(zhong)設(she)計(ji)中(zhong)，將(jiang)轉(zhuan)子(zi)直(zhi)接(jie)裝(zhuang)在(zai)發(fa)電(dian)機(ji)上(shang)
，就(jiu)可(ke)將(jiang)傳(chuan)動(dong)輪(lun)係(xi)軸(zhou)承(cheng)的(de)數(shu)量(liang)減(jian)少(shao)到(dao)隻(zhi)有(you)兩(liang)個(ge)低(di)速(su)旋(xuan)轉(zhuan)部(bu)件(jian)。問(wen)題(ti)在(zai)於(yu)如(ru)何(he)在(zai)低(di)轉(zhuan)速(su)時(shi)產(chan)生(sheng)足(zu)夠(gou)的(de)電(dian)力(li)，以(yi)及(ji)如(ru)何(he)用(yong)最(zui)好(hao)的(de)方(fang)法(fa)將(jiang)其(qi)轉(zhuan)換(huan)為(wei)電(dian)網(wang)頻(pin)率(lv)。Enercon公司解決發電機問題的方法是使用一個有大量電極的電激同步發電機，例如該公司的E-40機型600kW風力渦輪發電機中的直徑為4.8m的84極電激勵同步發電機。在這裏，轉子的速度從18rpm~34 rpm不等，掃過麵積為1521m2。由於在工業變頻驅動設計領域深厚的功底
，Enercon公司 采用自己的電子電路。與之相比，Zephyros 公司剛推出的 Z72 型2MW風力渦輪發電機雖然同樣具有直驅發電機，但卻采用ABB 公司的改進型ACS 1000 變速電動機傳動控製器。一個驅動軸軸承支承也是由 ABB 公司製造的永磁發電機。Zyphyros公司在 列舉發電機損耗降低、部分負載效率出色、故障機率較低等優點時，突出了永磁發電機的好處。永磁發電機的不足之處是它因使用高導磁率的磁性材料(如釹鐵硼和釤鈷)erchengbenhengao。yongcifadianjidelingyigequedianshigonglvyinshutexingcha，bixuyoubianpindianlulaijinxingbuchang。danxuduozhuanjiarenwei，yongcifadianjishifazhanfangxiang，duidaxingzhiqushejilaishuoyouqishizheyang。yingguo NaREC(新能源與再生能源中心)的電氣技術專家Adrian Wilson說,zhezhongfangfashidangjinyigeyijianqingzhongliangweizhuyaomubiaodeyanjiuxiangmudehexin。youyufengliwolunfadianjililunshangdianlishuchushiantahuodedekongqitijidesancifangzengjiade，suoyijiegoujianyehuichengbilidizengjiazhongliang。Wilson說，現在的設計方法不能簡單地按比例增大到10MW量級——更不用說未來需要的20MW或 30MW，所suo以yi他ta所suo在zai的de部bu門men正zheng在zai調tiao查zha一yi種zhong可ke節jie省sheng齒chi輪lun箱xiang質zhi量liang的de直zhi驅qu設she計ji。這zhe種zhong方fang法fa同tong樣yang也ye需xu要yao一yi個ge大da直zhi徑jing的de發fa電dian機ji。在zai該gai項xiang目mu涉she及ji到dao的de尺chi度du上shang
，有you一yi種zhong可ke能neng違wei背bei常chang規gui的de方fang法fa
，即ji采cai用yong自zi行xing車che輪lun似si的de結jie構gou，其qi輻fu條tiao支zhi持chi發fa電dian機ji的de電dian極ji對dui。電dian網wang輸shu出chu連lian接jie需xu要yao一yi條tiao滿man功gong率lv的de 交流－直流－交流 變頻器鏈路，而變頻器鏈路則需要多個並行的變頻器。

IGBT 取代可控矽
風feng力li渦wo輪lun發fa電dian機ji所suo需xu的de功gong率lv半ban導dao體ti器qi件jian是shi從cong事shi微wei電dian子zi學xue的de人ren所suo不bu熟shu悉xi的de。你ni要yao考kao慮lv的de不bu是shi亞ya微wei米mi線xian寬kuan，而er是shi一yi個ge單dan器qi件jian模mo塊kuai占zhan用yong的de歐ou洲zhou標biao準zhun印yin製zhi板ban麵mian積ji(從34mm×94mm ~ 140mm×190 mm)。這樣的器件可在數千伏電壓下承受千安培級的電流
，而且在過去幾十年內，這一技術的進步是對風力渦輪發電機發展的最大貢獻。在 Growian 時代，可控矽技術可應付大功率應用，但傳導損耗很大，並且轉換時間的性能很差，常常在 100ms 範圍內。相應地，變頻器級采用6個階躍或12gejieyuedeboxingjinsiyigezhengxianbodenengliangfenbu
，congerchanshengtebieqiangdeqicixiebo
，ruwucixieboheshiyicixiebo。zhexiejuxiandaozhirenmenxuyaoshiyongxiebopinlvlvboqi。

用IGBT(絕緣柵雙極晶體管)代替 Growian 的第一代可控矽，就可使用脈寬調製(PWM)來克服不良的諧波性能。該技術也使實際功率和無功功率的控製更為方便。盡管傳統的可控矽很耐用，當今的可控矽
，如三菱公司的 FT1500AU-240 可以在 12kV電壓下開關1.5kA 電流
，開關時間為 15ms ，但當傳導電流超過維持電流值時，傳統的可控矽是不可能關斷的。GTO(柵極可關斷)可控矽(如三菱公司的 FG6000AU-120D)可連續提供 6 kV 的電壓和1.5kA的電流，並可在 30ms 內(nei)實(shi)現(xian)關(guan)斷(duan)控(kong)製(zhi)，但(dan)它(ta)們(men)難(nan)以(yi)驅(qu)動(dong)。更(geng)糟(zao)的(de)是(shi)，所(suo)有(you)的(de)可(ke)控(kong)矽(gui)都(dou)很(hen)難(nan)並(bing)聯(lian)使(shi)用(yong)
，而(er)要(yao)達(da)到(dao)風(feng)力(li)渦(wo)輪(lun)發(fa)電(dian)機(ji)所(suo)需(xu)的(de)功(gong)率(lv)水(shui)平(ping)，並(bing)聯(lian)使(shi)用(yong)常(chang)常(chang)是(shi)不(bu)可(ke)或(huo)缺(que)的(de)。

大功率 IGBT 既有 MOSFET 的容易驅動和電流共享特性

，又有1ms 的開關時間。雖然轉換線路頻率所需的 PWM 頻率很低，僅為幾千赫茲，但這種快速切換在IGBT穿越線性工作區時可減小傳導損耗。諸如 Eupec 公司的 FZ600R65KF1等器件，其 導通時間不到 1ms，關斷時間小於 6ms，可以在 6kV 電壓下控製 1.2kA 電流
；諸如該公司的 FZ3600R12KE3 等低電壓器件，可以在 1.2kV 電壓下開關 3.6kA 電流。因此，IGBT 可用於大功率變頻器和軟起動控製器。專業生產大功率半導體器件的其他公司包括 ABB公司、Dynex公司、富士通電子公司、Powerex公司和 Semikron公司。

Gamesa E條ica 公司的風力渦輪發電機係列具有660kW ~ 2MW輸出功率範圍，廣泛采用IGBT 技術來實現變速控製和變頻控製。可變傾斜角轉子輪葉控製允許進行連續調整來獲取最高的功率
，並可耦合到其發電機速度範圍為900rpm~1900rpm的一個 DFIG 係統。這種控製技術可將峰值、閃shan爍shuo以yi及ji諧xie波bo都dou降jiang低di到dao最zui低di程cheng度du，從cong而er方fang便bian連lian網wang許xu可ke問wen題ti。矢shi量liang控kong製zhi係xi統tong可ke產chan生sheng或huo消xiao耗hao無wu功gong能neng量liang，對dui功gong率lv係xi數shu進jin行xing精jing密mi調tiao整zheng，使shi電dian網wang電dian壓ya穩wen定ding性xing得de到dao提ti高gao。Gamesa E條ica公司 的(de)功(gong)率(lv)電(dian)路(lu)還(hai)使(shi)自(zi)己(ji)的(de)渦(wo)輪(lun)機(ji)能(neng)在(zai)電(dian)網(wang)中(zhong)其(qi)他(ta)地(di)方(fang)發(fa)生(sheng)斷(duan)電(dian)時(shi)保(bao)持(chi)在(zai)線(xian)操(cao)作(zuo)。從(cong)經(jing)濟(ji)上(shang)說(shuo)，這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti)在(zai)西(xi)班(ban)牙(ya)是(shi)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)，因(yin)為(wei)西(xi)班(ban)牙(ya)對(dui)高(gao)質(zhi)量(liang)的(de)電(dian)網(wang)連(lian)接(jie)要(yao)征(zheng)收(shou)額(e)外(wai)關(guan)稅(shui)的(de)。

法國 Cegele 公司主管風能部門的Ivan Novikoff指出
，風力渦輪發電機及其技術的選擇主要取決於當地基礎設施的位置和特性。Novikoff 說，電纜敷設
、qidongshideqidongdianliuheduanludianliudengwentidouqujueyuxitongjiegou。gaigongsizaiweiyizhiyongtudefengliwolunfadianjizhidingguifanshi，douyaokaolvxuduociyaoeryoubixukaolvdewenti，congyunxudezhuanzigaodu、噪聲輻射，到製造商的現場服務質量，不一而足。Novikoff 解釋說

，從投資者的觀點來看
，要考慮的機器經濟因素包括風力供應的可靠性
、機器的可靠性和維護成本以及電力生產關稅的差異。