图4 同步发电机的直接在线系统
直接在线系统的特点:
发电机发出的全部电功率都通过变频器，变频器容量需按100％功率选取，比双馈系统容量大，投资和损耗大，谐波吸收麻烦。
可以使用永磁发电机，电机轻，效率高，变换器增加的投资可以从机械结构的节约中得到补偿。
变频器中的交－直变换可以用二极管整流+直流斩波，简单。
(2) 采用双馈电机(绕线异步机)的双馈系统
双馈系统示于图5，绕线异步机的定子直接联电网，转子经四象限igbt电压型交-直-交变频器接电网。
图5 采用双馈电机的双馈系统
转子电压和频率比例于电机转差率，随转速变化而变化，变频器把转差频率的转差功率变换为恒压、恒频(50hz)的转差功率，送至电网。由图5
p=ps-pr ; pr=sps ; p=(1-s)ps (2)
式中:p是送至电网总功率，ps和pr分别是定子和转子功率。
转速高于同步速时，转差率s<0，转差功率流出转子，经变频送至电网，电网收到的功率为定、转子功率之和，大于定子功率;转速低于同步速时，s>0，转差功率从电网，经变频器流入转子，电网收到的功率为定、转子输出功率之差，小于定子功率。
双馈系统的特点:
在变频器中仅流过转差功率，其容量小，通常按发电总功率的25％左右选取(转速变化范围±33％)，投资和损耗小，发电效率提高2-3％，谐波吸收方便。
由于要求双方向功率流过变频器，它必须是四象限双pwm变频器，由两套igbt变换器构成，价格约是同容量单象限变频器的一倍。
只能使用双馈电机，比永磁电机重，效率低。
综上，两种变速发电系统都有应用，其中以双馈系统应用较多。
5 变速发电的控制
变速发电不是根据风速信号控制功率和转速，而是根据转速信号控制，因为风速信号扰动大，而转速信号较平稳和准确(机组惯量大)。
(1) 三段控制要求
低风速段(n<nn)，按输出最大功率要求进行变速控制
联接不同风速下涡轮机功率-转速曲线的最大值点，得target=f(n)关系，把ptarget作为变频器的给定量，通过控制，使风力发电实际输出功率p=ptarget。图6是风速变化时的调速过程示意图。设开始工作于a2点，风速增大至v2后，由于惯性影响，转速还没来得变，工作点从a2移至a1，这时涡轮机产生的机械功率大于电机发出的电功率，机组加速，沿对应于v2的曲线向a3移动，最后稳定于a3点。风速减小至v3时的转速下降过程也类似，将沿b2-b1-b3轨迹运动。
图6 调速过程示意图
中风速段为过渡区段，电机转速己达额定值(n= n n)，而功率尚未达到额定值(p<p n)。倾角控制器投入工作，风速增加时，控制器限制转速升，而功率则随风速增加上升，直至p=p n。
高风速段为功率和转速均被限制区段(n=n n，p= p n)，风速增加时，转速靠倾角控制器限制，功率靠变频器限制(限制ptarget值)。
(2) 双馈系统的变频器控制
双馈系统变频器由电机侧pwm变换器和电网侧pwm变换器两部分组成，控制框图示于图7和图8，其中图8是图7中电网侧pwm变换器的控制框图。
图7 双馈系统变流器控制框图
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