1 引言 中国政府出台了一系列发展风能的政策，促进了大型风电机组产业的发展，先后研制了600千瓦和750千瓦风电机组，并逐步形成批量生产的发展，在全国建设了风电场，也促进了风电技术的发展。在国家科技攻关项目和863高科技项目的支持下，从本世纪开始研制兆瓦级风电机组。目前，我国已通过各种方式可以研制兆瓦级直驱型风电机组和兆瓦级双馈变速恒频型风电机组。2 恒速WECS 恒速WECS在恒定的风速下运行。这就意味着，无论风速有多大，风力发电机的风轮速度都是固定的，并由电网的频率决定。典型的恒速WECS是由鼠笼式异步电动机（SCIG）、软启动器和电容器组成。它们与电网直接相连，如图1所示。这种WECS结构也叫做“丹麦结构”，因为它是在丹麦发明并广泛应用于当地。图1 恒速型WECS的典型结构 SCIG 之所以受到欢迎是因为它的机械结构简单、效率高、维修成本低，功能强大而且稳定。它的一个主要缺点是它的有功功率、无功功率、端电压和转子速度的关系单一。也就是说，发出的有功功率的增加是以无功消耗的增加为代价的，这就导致了一个相对较低的满负荷功率因数。为了减少从电网的无功功率吸收，基于SCIG的WECS配有电容器。软启动器的作用是在连入电网时使冲击电流趋于平缓。基于SCIG的WECS是为了在恒风速下获得最大的功率效率。为了提高功率效率，一些恒速WECS的配有两套装置，相应的有两个转速。第一套装置运行在低风速下，另一套装置运行在中等风速或高风速下。 恒速WECS的优点是结构简单，功能强大，稳定性高，电气结构简单，成本低，并且在实际中运行良好。另一方面，由于恒速运行，机械应力是非常重要的参数。所有的风速波动都会引起机械转矩的变化进而影响到送入电网的电流波动。此外，恒速WECS的可控性非常有限(体现在转速方面)，其原因是转子速度受电网频率的影响基本上保持不变。图2 有限变速WECS的典型结构 基于SCIG的恒速WECS的一个改进模式是有限变速WECS。它是由带有外部转子电阻的绕线式异步发电机构成的，见图2。这种WECS的唯一一个特性是带有一个由功率元件控制的额外的转子电阻。因此，总转子电阻是可以调节的，进而能够控制发电机的转差率，并且影响机械特性的斜率。很明显，速度的变化范围是由外加电阻的大小来决定的。通常控制范围可以达到同步转速的10%以上。3 变速WECS 变速风力发电机是目前最常用的WECS。
电力电子转换装置接口可以实现变速运行，允许与电网完全（或部分）解耦。基于双馈感应发电机（DFIG）的WECS也被称为改进的变速WECS，如今被风力发电机工业广泛采用。图3 改进的变速WECS典型结构 双馈感应发电机（DFIG）是一个绕线式感应发电机（WRIG），它的定子绕组直接连接到三项恒频电网，转子绕组与背靠背（AC—AC）网侧变流器相连。因此，双馈这个术语来源于这样一个事实，即电网直接给定子供电，转子电压来源于功率变流器。此系统能够在一个很大但仍有限制的速度范围内变速运行，发电机特性由电力电子变流器和控制器控制。电力电子变流器由两个IGBT变流器组成，分别叫做转子侧变流器和网侧变流器，他们由直流母线直接相连。在这里不深入探讨变流器，本装置的基本思想是转子侧变流器控制发电机的有功和无功功率，网侧变流器控制直流连接电压并确保在大功率因数是正常运行。 定子侧向电网输出功率。转子侧功率转换则取决运行状态，当转差率为负时向电网输送功率，而当转差率为正时从电网吸收功率。在两种状态下，转子中的传输功率近似与转差率成正比。变流器的容量大小与发电机总容量并不直接相关，而与