現代變速雙饋風力發(fā)電機的工作原理就是通過葉輪將風能轉變?yōu)闄C械轉距(風輪轉動慣量),通過主軸傳動鏈,經過齒輪箱增速到非同步發(fā)電機的轉速后,通過勵磁變流器勵磁而將發(fā)電機的定子電能併入電網.如果超過發(fā)電機同步轉速,轉子也處于發(fā)電狀態(tài),通過變流器向電網饋電.

最簡單的風力發(fā)電機可由葉輪和發(fā)電機兩部分構成,立在一定高度的塔干上,這是小型離網風機. 最初的風力發(fā)電機發(fā)出的電能隨風變化時有時無,電壓和頻率不穩(wěn)定,沒有實際應用價值.為了解決這些問題,現代風機增加了齒輪箱、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等.

齒輪箱可以將很低的風輪轉速(1500千瓦的風機通常為12-22轉/分)變?yōu)楹芨叩陌l(fā)電機轉速(發(fā)電機同步轉速通常為1500轉/分).同時也使得發(fā)電機易于控制,實現穩(wěn)定的頻率和電壓輸出.偏航系統(tǒng)可以使風輪掃掠面積總是垂直于主風向.要知道,1500千瓦的風機機艙總重50多噸,葉輪30噸,使這樣一個系統(tǒng)隨時對準主風向也有相當的技術難度.

風機是有許多轉動部件的,機艙在水平面旋轉,隨時偏航對準風向;風輪沿水準軸旋轉,以便產生動力扭距.對變槳矩風機,組成風輪的葉片要圍繞根部的中心軸旋轉,以便適應不同的風況而變槳距.在停機時,葉片要順槳,以便形成阻尼剎車.

早期采用液壓系統(tǒng)用于調節(jié)葉片槳矩(同時作為阻尼、停機、剎車等狀態(tài)下使用),現在電變距系統(tǒng)逐步取代液壓變距.

就1500千瓦風機而言,一般在4米/秒左右的風速自動啟動,在13米/秒左右發(fā)出額定功率.然后,隨著風速的增加,一直控制在額定功率附近發(fā)電,直到風速達到25米/秒時自動停機.

現代風機的設計極限風速為60-70米/秒,也就是說在這麼大的風速下風機也不會立即破壞.理論上的12級颶風,其風速范圍也僅為32.7-36.9米/秒.

風機的控制系統(tǒng)要根據風速、風向對系統(tǒng)加以控制,在穩(wěn)定的電壓和頻率下運行,自動地并網和脫網;同時監(jiān)視齒輪箱、發(fā)電機的運行溫度,液壓系統(tǒng)的油壓,對出現的任何異常進行報警,必要時自動停機,屬于無人值守獨立發(fā)電系統(tǒng)單元.