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。

name，fenglinengchanshengduoshaogonglvne？lilunbiaoming，kongqimiduyizhishi，keyongdemeipingfangmiwatenengliangzhisuiqiliudesancifangbianhua。yinci

，zhuanzixingnengduifengliwolunfadianjishejidemeigefangmiandoushizhiguanzhongyaode。zhiguanzhongyaodecanshuzhiyijiushiyejiansudubi，yijilunyeyejiansuduyuziyouliudongkongqiliusuduzhibi。zheyicanshumiaoshulezhuanzidegonglvxishu
，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
、dianlujiekouyijikongzhihuilu。zuidadewentiyizhishiruhewendingzhuanzisudu
，yishixianzuigaodefadianliang。suiranfengliwolunfadianjishiyizhongjixiedianzixitong，wufajianggegeguanjianbujiangelikailai
，danzhuanzikongzhiyuanliqueshiyigejuedingxingyinsu。kongzhixitongbixuzaicongjingzhiwufengzhidaokenengyigeshijicaichuxianyicideduofangxiang、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、jiekoudianluyijishifadianjicangxuanzhuandechilunyuzhoucheng。chuanganqizujianjingchangweiyufadianjicangdehoufang，tongchangshiyigedaifengxiangbiaodesanhuanfengsuji。qitajishubaokuochaoshengshebei，ru Vestas公司 V90-3.0MW 上shang使shi用yong的de一yi對dui超chao聲sheng裝zhuang置zhi。實shi際ji上shang
，轉zhuan子zi後hou麵mian的de風feng速su略lve低di於yu真zhen實shi的de風feng速su
，這zhe是shi由you於yu旋xuan轉zhuan翼yi片pian的de局ju部bu低di壓ya效xiao應ying所suo造zao成cheng的de。雖sui然ran這zhe一yi差cha異yi不bu很hen重zhong要yao，但dan特te性xing化hua可ke以yi補bu償chang這zhe樣yang的de誤wu差cha。然ran而er，由you於yu經jing驗yan表biao明ming采cai用yong偏pian轉zhuan係xi統tong的de速su度du控kong製zhi的de結jie果guo並bing不bu好hao，所suo以yi一yi般ban設she計ji要yao麼me保bao持chi迎ying風feng的de最zui大da功gong率lv位wei置zhi，要yao麼me將jiang發fa電dian機ji艙cang轉zhuan到dao最zui小xiao風feng能neng方fang向xiang以yi實shi現xian停ting機ji。

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.在(zai)給(gei)定(ding)的(de)轉(zhuan)子(zi)速(su)度(du)下(xia)，風(feng)速(su)增(zeng)加(jia)會(hui)使(shi)氣(qi)流(liu)分(fen)散(san)在(zai)輪(lun)葉(ye)表(biao)麵(mian)上(shang)
，產(chan)生(sheng)失(shi)速(su)效(xiao)應(ying)。這(zhe)種(zhong)氣(qi)流(liu)分(fen)散(san)會(hui)自(zi)動(dong)限(xian)製(zhi)能(neng)量(liang)的(de)獲(huo)取(qu)，但(dan)卻(que)與(yu)空(kong)氣(qi)密(mi)度(du)和(he)輪(lun)葉(ye)表(biao)麵(mian)拋(pao)光(guang)質(zhi)量(liang)有(you)關(guan)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)還(hai)要(yao)求(qiu)穩(wen)固(gu)的(de)電(dian)網(wang)條(tiao)件(jian)以(yi)及(ji)一(yi)個(ge)強(qiang)大(da)的(de)發(fa)電(dian)機(ji)來(lai)保(bao)持(chi)穩(wen)定(ding)性(xing)。如(ru)果(guo)電(dian)網(wang)連(lian)接(jie)失(shi)效(xiao)或(huo)發(fa)生(sheng)電(dian)力(li)故(gu)障(zhang)，就(jiu)必(bi)須(xu)預(yu)防(fang)轉(zhuan)子(zi)超(chao)速(su)，從(cong)而(er)要(yao)求(qiu)轉(zhuan)子(zi)上(shang)有(you)氣(qi)動(dong)刹(sha)車(che)裝(zhuang)置(zhi)
，以(yi)及(ji)在(zai)輸(shu)入(ru)軸(zhou)上(shang)有(you)普(pu)通(tong)的(de)碟(die)式(shi)機(ji)械(xie)刹(sha)車(che)裝(zhuang)置(zhi)。由(you)於(yu)轉(zhuan)子(zi)有(you)固(gu)定(ding)的(de)傾(qing)斜(xie)角(jiao)，而(er)且(qie)不(bu)能(neng)轉(zhuan)至(zhi)最(zui)高(gao)轉(zhuan)矩(ju)位(wei)置(zhi)以(yi)利(li)於(yu)起(qi)動(dong)
，所(suo)以(yi)有(you)時(shi)需(xu)要(yao)以(yi)電(dian)動(dong)機(ji)模(mo)式(shi)運(yun)行(xing)發(fa)電(dian)機(ji)，使(shi)轉(zhuan)子(zi)加(jia)速(su)到(dao)與(yu)電(dian)網(wang)同(tong)步(bu)的(de)速(su)度(du)。最(zui)後(hou)，這(zhe)一(yi)結(jie)構(gou)必(bi)須(xu)足(zu)夠(gou)牢(lao)固(gu)，能(neng)承(cheng)受(shou)失(shi)速(su)控(kong)製(zhi)特(te)有(you)的(de)大(da)動(dong)態(tai)負(fu)載(zai)。

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(wei)0%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/sdezuigaofengsufanweineishi
，fengliwolunfadianjidedianlishuchusuizuigaofengsuzengdaerdatichengxianxingzengchang，zheshi，kongzhihuiluqieru，yibaochidianlishuchuhengdingbubian
，bingfangzhifadianjiguozai。ruguopingjunfengsuchaochuwolunfadianjidegongzuojixian，zekongzhixitonghuishilunyezhouqixingbianju，bingshiyishacheyiguanbiwolunfadianji。dangfengsudiyuzhongxinqidongdejixianshi，anquanxitonghuizidongfuwei，wolunfadianjizaiciqidong——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
zuilinghuodegonglvhuoquyukongzhinenglilaiziyubiansuyunxing，yinweiwolunfadianjidezhuanzikeyilixiangdiyizuidalunyeyejiansudubiyunxing。renmenzaoqijinxingdeyongyigezidongchilunxiangdaitigudingzhuansubujinxingxingchilunxiangdezhongzhongchangshi，douyinchengbenwentihekekaoxingwentiershibai。youyuhuachakongzhifangfazhinengweiganyingfadianjitigongyouxiandesudukongzhi
，suoyidangjindexuduowolunfadianjidoucaiyonglelingyizhongtidaifangfa，ji80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)而er成cheng本ben很hen高gao。永yong磁ci發fa電dian機ji的de另ling一yi個ge缺que點dian是shi功gong率lv因yin數shu特te性xing差cha
，必bi須xu由you變bian頻pin電dian路lu來lai進jin行xing補bu償chang。但dan許xu多duo專zhuan家jia認ren為wei
，永yong磁ci發fa電dian機ji是shi發fa展zhan方fang向xiang，對dui大da型xing直zhi驅qu設she計ji來lai說shuo尤you其qi是shi這zhe樣yang。英ying國guo 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
，suoyitasuozaidebumenzhengzaitiaozhayizhongkejieshengchilunxiangzhiliangdezhiqusheji。zhezhongfangfatongyangyexuyaoyigedazhijingdefadianji。zaigaixiangmushejidaodechidushang，youyizhongkenengweibeichangguidefangfa，jicaiyongzixingchelunsidejiegou，qifutiaozhichifadianjidedianjidui。dianwangshuchulianjiexuyaoyitiaomangonglvde 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
fengliwolunfadianjisuoxudegonglvbandaotiqijianshicongshiweidianzixuederensuobushuxide。niyaokaolvdebushiyaweimixiankuan
，ershiyigedanqijianmokuaizhanyongdeouzhoubiaozhunyinzhibanmianji(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12個(ge)階(jie)躍(yue)的(de)波(bo)形(xing)近(jin)似(si)一(yi)個(ge)正(zheng)弦(xian)波(bo)的(de)能(neng)量(liang)分(fen)布(bu)，從(cong)而(er)產(chan)生(sheng)特(te)別(bie)強(qiang)的(de)奇(qi)次(ci)諧(xie)波(bo)，如(ru)五(wu)次(ci)諧(xie)波(bo)和(he)十(shi)一(yi)次(ci)諧(xie)波(bo)。這(zhe)些(xie)局(ju)限(xian)導(dao)致(zhi)人(ren)們(men)需(xu)要(yao)使(shi)用(yong)諧(xie)波(bo)頻(pin)率(lv)濾(lv)波(bo)器(qi)。

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、shanshuoyijixiebodoujiangdidaozuidichengdu，congerfangbianlianwangxukewenti。shiliangkongzhixitongkechanshenghuoxiaohaowugongnengliang，duigonglvxishujinxingjingmitiaozheng，shidianwangdianyawendingxingdedaotigao。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。