隨著人類社會的發(fā)展，地球上煤炭、石油、天然氣等地下資源正面臨著枯竭的危險，同時嚴重的環(huán)境污染也已成為威脅人類生存的主要問題。發(fā)展利用風能等可再生能源已成為我國長期的能源戰(zhàn)略，目前我國風力發(fā)電裝機容量僅占我國可利用風力資源0.1%，根據《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》，風電到2020年很可能超越核電，成為我國第三大發(fā)電形式。在風力發(fā)電中如何提高風能利用率及風電質量是至關重要的，是首先要面對并解決的工程技術。傳統(tǒng)“恒速恒頻”發(fā)電技術中風力機的葉輪轉速始終保持不變以達到標準的頻率、電壓等電力要求，該技術只能在某一風速下實現風力機最大風能利用[1]；在葉片等其他技術條件相同情況下，如實現在全部工作風速或多個風速值下風力機均能實現最大的風能利用，就可能較大地提高風能利用率，“多級變速”風力發(fā)電技術就是風力機的葉輪能在多個轉速點對應多個風速值轉動，實現在相應風速值下風力機獲得最大的風能利用，并輸出頻率恒定的電能 [2]，四級變速風力發(fā)電技術是“多級變速”技術的具體應用。

　　一 四級變速風力發(fā)電機原理

　　多級變速風力發(fā)電機主要由2臺發(fā)電機（發(fā)電機1和發(fā)電機2）、控制系統(tǒng)和變速機3部分組成，其技術原理如圖1所示。大功率的發(fā)電機2的定子繞組與電網連接，向電網輸送頻率為ft的工頻電流，轉子繞組經控制系統(tǒng)與小功率的發(fā)電機1的定子繞組相連[1]。

　　大功率的發(fā)電機2只有在風速較大（風機輸入功率較大）時才和變速機聯接運行。發(fā)電機2輸出的電流頻率不僅和轉子的機械轉速有關，還和輸入轉子繞組的電流頻率有關，具有將轉子的機械旋轉頻率和轉子繞組電路的電流頻率“相加”的功能，其定子繞組輸出“頻率相加”后的電流，這一特點簡稱為“合頻”特性。