2.1 風力發電基本原理

典型風能轉換系統的原理如圖2.1所示。風吹動風輪機的葉片使風輪轉子（Rotor）旋轉，將風能（Wind Power）轉換為機械能（Mechanical Power），葉輪通過增速齒輪箱（Gearbox）帶動發電機（Generator）旋轉（直驅型風力發電系統無齒輪箱），發電機再將機械能轉化為電能（Electrical Power），然后通過功率變換器（Power Converter）將電能變換至與電網電壓的大小和頻率相同后送入電網（Supply Grid）；或通過整流器給蓄電池充電，將電能儲存，通過蓄電池給負載（Consumer）供電；也可以通過一個可控的整流調節器，使發電機同時給負載和蓄電池供電。

圖2.1 典型風能轉換系統的原理

風輪機根據旋轉軸位置的不同，可分為垂直軸式和水平軸式兩種。并網型風力發電系統的風輪機一般為水平軸式，因為它能增強風塔的穩定性，減小或消除垂直軸向系統造成的風塔振蕩現象。水平軸式風輪機在其槳葉正對風向時才能旋轉，因此，需由偏航機構根據風向控制其迎風，水平軸式風力發電機組的結構如圖2.2所示。

圖2.2 水平軸式風力發電機組的結構

由圖2.1和圖2.2可以看出，現代化的風力發電系統，不只是一臺風輪機和一臺發電機的簡單組合，而是一個高度集成空氣動力學、電機學、電力電子技術、電力系統分析、繼電保護技術、先進控制技術和數據通信等多學科技術的復雜的機電能量轉換系統。