中国风电经过几年快速发展之后，不少地区呈现风电相对过剩的情况，尤其在“三北”地区，在大风季节，风电的发电输出远远超过了电网的接纳，限电问题严重。而在中国南方地区，电网容量较大，且年平均风速普遍较低，因此，提高机组在低风条件的发电效率，将有利于开发低风速地区风能资源以及机组的升级改造。

 

　　在年平均风速较低的地区，要达到与普通机组同样的功率输出，就必须加大叶片才能捕获更多的风能。然而，超低风型风电机组并非是简单地加长叶片。采取特殊的低风速控制技术使机组的发电效率提高，使投资在低风地区也能获得较好的经济效益。值得注意的是，由于叶片加长、叶轮直径的增加，机组更容受叶轮不平衡载荷、湍流强度等因素的影响，在风电场微观选址时，需利用先进的技术手段对机位进行严格筛选，以获得较优的风电机组布局，这样，不仅有利于提高机组的发电量，保证风电场盈利，而且，有利于减少机组的故障几率、部件损坏和延长机组寿命。

 

　　下面仅就提高双馈机组在低风速条件下的发电效率进行分析。

 

 

 

　　变速运行就是机组运行转速随风速的变化而变化，机组效率较高。但结构较复杂，造价较高。由于其性价比优于定速运行机组，随着风电技术的发展和机组容量的不断增大，兆瓦级以上机组普遍采用变速、变桨恒频机组。

 

　　变速运行可以使机组在最佳叶尖速比条件下运行，提高机组发电效率，与恒速机组相比，低于额定风速时，一般在恒定桨距角下运行，运行转速较低，有利于提高机组效率和降低噪声。当风速达到或超过额定风速时，通过变桨系统调节桨叶的桨距，限制输出功率，使机组在额定功率下运行；停机时使叶片处于顺桨状态，以保护叶片和机组安全。

 

　　阵风时风轮转速增加，把风能余量存储在风轮转动惯量中，风速下降时，再将风轮动能缓慢释放出来变为电能送给电网，可以减少对电网的冲击，提高供电品质。

 

 

 

　　变速恒频双馈风电机组基本原理，如图1所示。

 

　　在变速恒频双馈风电机组运行过程中，定子绕组直接与电网相连，而转子绕组外接转差频率电源实现交流励磁。当发电机转子频率fn变化时，控制励磁电流频率f2来保证定子输出频率f1恒定，

 

　　即f1＝npfn＋f2

 

　　式中，np为发电机极对数。
 

图1：变速恒频双馈风电机组系统原理图川

 

　　当发电机转速低于气隙磁场旋转速度时，作亚同步运行，有f2＞0。转子旋转磁场方向与转子机械旋转方向相同，变频器向发电机转子提供正相序励磁。

 

　　在不计损耗的理想条件下，有：P2＝SP1

 

　　式中，P1为定子输出的电功率；P2为转子输入的电功率；s为转差率。

 

　　因s＞0，则P2＞0。变频器向转子输入能量，即，转子从电网馈入能量；定子向电网馈送能量。

 

　　由(2）式可知，作亚同步运行时，变频器的运行功率随着转差率和定子发电功率变化而变化。在定子输出功率一定的情况下，变频器的运行功率随着转差率的增大而增大。

 

　　当发电机转速高于气隙磁场旋转速度时，作超同步运，f2＜0。此时，转子旋转磁场方向与转子机械旋转方向相反。一方面变频器向转子提供反向序励磁，另一方面，因s＜0，则P2＜0,除定子向电网馈送能量外，转子也经过变频器向电网馈送部分电能。由(2)式可知，超同步运行时，当发电机的转速越高，转差率越大，定子功率越大，则变频器的运行功军越大。

 

　　当发电机转速等于气隙磁场旋转速度时，作同步运行，f2＝0。此时，变频器向转子提供直流励磁，另一方面，因s＝0，则P2＝0，变频器与转子之间无功率交换。

 

　　由（1）式可知，当叶轮转速n变化时，变频器通过改变转子绕组电流的频率，即可使发电机定子绕组的输出频率保持不变，这样，定子的输出频率在超同步和亚同步情况下都能保持恒定。由此可见，发电机转子励磁频率的控制是实现变速恒频的关键。