一．
交流励磁发电机变速恒频运行原理
1风力机最大风能捕获运行机理
风力是一种取之不尽，用之不竭的可再生能源，但又是一种具有随机性爆发性不稳定性特征的动力源，因而存在一个如何使用风力机实现风能的高效采集高效利用的问题。由空气动力学原理，通过叶轮旋转面的风能只能被风力机吸收一部分，可用风能利用系数Cp来描述：CpPmPw（Ⅰ1）其中：Pm为风力机吸收且输出的机械功率；Pw为通过浆叶输入风力机的功率。故系数Cp反映了风力机吸收利用风能的效率。风力机的风能利用系数Cp与风力机的一个重要运行参数叶尖速比λ密切相关，如图Ⅰ1所示。叶尖速比即叶轮的叶尖线速度与风速之比，即λRΩVR2π
60V（Ⅰ2）式中R为叶轮的半径，Ω为叶轮旋转的角速度，
为叶轮的转速，V为风速。风力机的风能利用系数Cp与叶尖速比密切相关，风能利用系数与叶尖速比的关系曲线如图Ⅰ1所示。
图Ⅰ1风力机的风能利用系数
从图中可以看出只有在一个特定的叶尖速比λm下，风能利用系数才能达最大值Cpmax，即获得最大风能利用（捕获）。风力机从风能中吸收的功率，即风力机的输出功率为：1（Ⅰ3）PmSV3Cp2式中ρ为空气密度，S为风力机叶轮的扫掠面积，V为风速。对于一个确定的风力机，从不同的风速和转速查得对应的Cp值，计算出不同风速下的输出功率，获得不同风速下风力机输出功率和风力机轴转速之间的关系曲线，如图Ⅰ2所示。可以看出，不同风速下风力机输出机械功率随叶轮转速而变化，每一个风速下存在一个最大输出功率点Pmax，对应于图Ⅰ1的最大风能利用系数Cpmax。将各个风速下的最大功率点连接成线，即可得到最佳功率曲线Popt，运行在这条曲线上，风力机将会获得最大风能捕获，有最大功率输出Pmax（Ⅰ4）2式中
为风力机轴转速，ωm为风力机机械角速度。由此可见，实现最大风能捕获的关键是控制风力机转速。风力机按浆叶节距角调节方式分定浆距和变浆距两种类型。由于在极对数一定的情况下，若要输出电
1
3Pmaxk
3km
f能频率恒定，必须要求发电机作恒速运行，这样定浆距风力机额定风速以下恒速运行时只有一个风速对应于Cpmax点，输出功率最大，其他风速下Cp值偏离最佳值。即使利用双速风力发电机也只能捕获两个风速下的最大风能，输出最大功率，比如图Ⅰ2中两个风速：V16ms，V28ms。变浆距风力机在额定风速下可作变速运行，控制风力机的轴转速，使之始终跟踪最大风能曲线Popt，从而在不断变化的风r