小型风力发电机的转速与功率控制
4.风力机的机械功率控制
失速点
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风力发电机组的原理与控制（三）
定速变桨距风力机的特性曲线
P 1 1 3 3 air C p Svw air C p ( , )r 2vw 2 2
失速调节过程
• 失速调节叶片的攻角沿轴向由 根部向叶尖逐渐减少，因而根 部叶面先进入失速，随风速增 大，失速部分向叶尖处扩展， 原先已经失速的部分失速加深， 未失速的部分逐渐进入失速区。 失速部分使功率减少，未失速 部分仍有功率增加。从而使输 入功率保持在额定功率附近。
12
风力发电机组的原理与控制（四）
变桨驱动装 置由变桨电机、 制动器和变桨齿 轮箱三部分组成 。
变桨驱动装置通过 螺柱与轮毂联接。 变桨齿轮箱前的小 齿轮与变桨轴承内圈啮 合，并要保证啮合间隙 应在0.2～0.5mm之间。 间隙由加工精度保 证，无法调整。
风力发电机组的原理与控制（四）
变桨距电机
46
风力发电机组的原理与控制（四）
48
变桨轴承
变桨轴承安装在轮毂上，通过外圈螺栓把紧。其 内齿圈与变桨驱动装置啮合运动，并与叶片联接。
风力发电机组的原理与控制（四）
51
变桨控制系统
A B C
CT
M
超级 电容
风力发电机组的原理与控制（四）
采用超级电容的伺服电机驱动器
54
风力发电机组的原理与控制（四）
液压变桨距机构
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26
风力发电机组的原理与控制（四）
叶尖扰流器
• 正常运行时，在液压
浅析双馈风电机组的转速控制
浅析双馈风电机组的转速控制摘要：风电机组运行主要是依靠事先设定的主控程序。
在实际双馈风电机运行的过程中，需要保证其运行的持久性、稳定性。
如果风电机组运行时，出现过大的转速以及停机的情况，不及时处理，可能会导致风电机组内部零件寿命下降，也不利于机组正常的发电工作，也不能对机组运行的需求有效满足。
本文就此对双馈风电机组转速控制相关内容进行分析。
关键词：双馈风电机组；转速控制；转速控制参数值一、引言在进行双馈风电机组转速控制、设置转速控制参数值时，相关的技术人员需要注意综合考虑风电机组不同零件运行情况，保证零件运行的协调性，从而促进不同目标的实现。
具体的目标如：促进零件和整体机组的安全性，保证风电机组稳定、长久的运转，增强机组发电的水平，降低风速变化造成的影响等。
相关的技术人员需要始终加强对双馈风电机组转速控制工作。
二、变速双馈风电机组优势双馈风电机组转速控制情况主要分为两种类型。
其一，是风电机组超过额定风速时，机组会调节桨距角，释放多余的能量；其二，是风电机组低于额定风速时，结合变频器控制调节工作，改善发电机的电磁转矩，有效实现机组转速控制。
相比于恒速机组，变速机组主要包括以下优势。
比如，变速机组能够根据自然状态下不同的风速转变叶轮转速。
如果自然风的风速增加，会进一步使得机组叶轮转速提升，转速形成的能量中一部分采用动能形式进行存储，以此保证整体机组相同的输出功率；如果自然风的风速降低，叶轮中事先存储的动能能够借助电能形式输出，保证平稳的机组功率，避免因风速变化，影响电网运行稳定性。
通过变速机组的运行，还能够保证在受力突变情况下，降低对机组传动机构的影响，保证机组机械部件正常运行，降低部件磨损，对风电机组和零部件的寿命有效延长。
在此基础上，相比于恒速机组，变速机组中的叶轮还有更宽的风速范围，有利于跟踪最佳的叶尖速比，从而进一步保证最大的风能利用系统，对整体系统运行效率有效提升。
三、双馈风电机组的转速控制措施（一）多重超速停机保护变桨系统在变速风电机组中具有独立性。
风电机组控制与优化运行第3章 风力发电系统的转速和功率控制
§3.1.1 风力发电机组的调节方式
四、 变速变桨距调节方式
变速变桨距风能转换系统的主要特点是： ①与定桨距相比，具有在额定风速以上输出功率平稳。 ②在额定点具有较高的功率系数。 ③桨距角是由发电机输出功率的反馈信号跟踪额定功率 来确定的，不受气流密度的影响。 ④在额定风速以下时，桨叶节距可以调整到合适的角度， 使风轮具有更大的起动力矩；当需要脱离电网时，可以调整 叶片桨距角使功率逐渐减小到零，减小了发电机与电网断开 时对电网的冲击。 ⑤低风速时能根据风速变化，调整发电机运行工作点， 保持最佳叶尖速比以捕获最大风能。 ⑥高风速时利用风轮转速的变化，储存或释放部分能量， 提高传动系统的柔性，使功率输出更加平稳。
Power (MW)
Power (MW) 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 v=4 v=6 v=8 v=10 v=12 MaxPower
Topt
2 R 5 C P max g
0
2 n
3 opt
3
K opt
2 g
0
0.5
1
1.5
2 2.5 3 Rotor Speed (rad/s)
在大型风电机组控制系统中，其转速、转矩和功率控制 系统最为重要，也最为复杂。因为该系统几乎涉及到风力发 电系统中的所有重要部件如风力机、传动系统、发电机、变 流器、桨距伺服系统等等。
§3.1.1 风力发电机组的调节方式
风力发电机组的调节方式是围绕着如何控制风力机接近 风速模型的理想功率曲线运行。在不同的运行区域，其调节 手段不同：定速/变速和定桨/变桨都是常见的方法。故调节方 式可分成四类： 定速定桨距调节 定速变桨距调节 变速定桨距调节 变速变桨距调节
浅谈风力发电并网技术及电能控制
电力科技 浅谈风力发电并网技术及电能控制蔡锐锋（广东能源集团湛江风力发电有限公司，广东 湛江 524043）摘要：随着社会经济的发展，对于能源资源的需求量获得快速增长。
电力资源是社会发展的物质基础，发电路径成为现代电力企业研究的重点内容。
风力资源作为洁净且可再生资源，发电时具有很强的灵活性，所以在进行监管的时候面临着很大的难度。
本文主要探究在当前能源资源供给量下降的背景下，如何提升风力发电并网技术的应用以及控制电能质量。
通过分析风力发电并网技术的基本含义，明确技术发展要点，归纳风力发电并网技术的发展趋势，概述控制发电质量的措施，实现风力发电并网技术的发展与电能控制水平提升。
关键词：风力发电；并网技术；电能控制；措施风能作为一种可再生能源资源，是十分清洁的，当前我国风力发电技术是所有新能源开发技术中最为成熟的一种，并且已经初具规模，成为现代电力资源开发与存储的重要保障。
电力电子技术的快速发展以及成本降低，使得改善风力发电性能时可以组合运用电网接入和电能控制。
风力发电并网技术是未来发展的主流趋势，强化对风力发电并网技术的研究能够为后期的风力发电发展奠定坚实的技术基础。
1 风力发电并网技术分析1.1 同步风力发电机组并网技术从同步风力发电机组并网技术的本质分析，是有机组合同步发电机与风力发电机而成的。
当同步发电机在运行的时候，不仅可以高效率的将有功功率输出，还可以为发电机组提供充足的无功功率，实现周波稳定性增强，从而为显著优化与提升电能质量奠定基础。
通过上述分析可以了解，我国在风力发电以及电力系统建设中，选择与应用同步发电机是常态。
但是如何将同步发电机与风力发电机相结合，是当前学术界和电力企业以及科研人员研究的重点。
在大多数情况下，风速所形成的波动是尤为显著的，风速波动能够导致转子转矩产生波动且幅度大，难以满足发电机组并网调速对于精准度所提出的要求。
若是没有充分考虑融合同步发电机与风力发电机之后的问题，当发生荷载增大问题的时候，将会造成电力系统出现无功振荡和失步现象。
小型风力发电机组安全要求
小型风力发电机组安全要求Safety small wind turbine generator syystems1.概述1.1主题与范围本标准为小型风力发电机组（SWTGS）（以下简称机组）的安全要求，它涉及到安全原理、质量保证、工程完整性和特定的要求，包括设计、安装、维修和特定外界条件下的运行，其目的是制定一个恰当的保护等级，以防止机组在计划寿命期内发生意外事件和损坏。
本标准还涉及到机组的各辅助系统，例如保护机构、内部电气系统、机械系统、支撑结构、基础和电气与负载的连接。
本标准适用于扫掠面积小于40m2，电压低于1 000V（a·c. ）或1 500v（d·c. ）的机组。
本标准应与有关的国家标准、IEC 和ISO标准结合使用（见1.2）。
1.2引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。
本标准出版时，所示版本均为有效。
所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
GB/T 19001-1994 质量体系F 设计、开发、生产、安装和服务的质量保证模式（idt ISO 9001：1994）GB/T 19002 ：1994质量体系F 生产、安装和服务的质量保证模式（i dt ISO 9002:1994）GB/T 19003 ：1994 质量体系F 最终检验和试验的质量保证模式（i dt ISO 9003:1994）IEC 364建筑物的电气安装IEC 529：1989 外壳防护等级（IP法则）IEC 1000电磁兼容性（EMC）IEC 1400-1：31994风力发电设备第1部分：安全要求IEC CISPR 11：1990 工业、科学和医疗（ISM）射频设备电磁骚扰特性的测量方法和限值ISO 2394：1986 结构可靠性通则补充篇1（1988）1.3 定义本标准采用下列定义。
1.3.1 制动能有效地降低风轮转速或使其停止转动的手段。
风力发电机组的分类介绍
风力发电机组的分类介绍风力发电机一般按风轮轴安装形式、功率控制方式、风轮转速调节、主传动驱动方式等进行分类。
1、风轮轴安装形式按照风轮轴安装形式可分为水平轴风力机和垂直轴风力机。
（1）水平轴风力机风轮的旋转轴线与风向平行。
水平轴风力机必须具有对风装置，跟随风向的变化而转动，以便吸收来自各个方向的风能。
对于小型风力机，这种对风装置常采用尾舵，而对于大型风力机，则利用风向传感器测量风向，经微处理器调整后控制偏航系统进行对风。
水平轴风力机按照风轮相对于塔架的位置可分为上风向风力机和下风向风力机。
风轮位于塔架前面的为上风向风力机，风轮位于塔架后面的为下风向风力机。
目前风电场采用并网型风力发电机组多为上风向水平轴风力机。
（2）垂直轴风力机风轮的旋转轴线垂直于地面或气流方向。
垂直轴风力机能吸收来自各个方向的风能，无需对风装置，这是相对于水平轴风力机的一大优点，并且传动装置和发电设备均安装在地面，便于维护；但是受叶片制造工艺的限制及拉线式塔架占用大量土地面积等因素，垂直轴风力机一直未得到发展。
2、功率控制方式按照功率控制方式可分为定桨距风力机、变桨距风力机和主动失速风力机。
（1）定桨距风力机叶片与轮毂固定连接。
在风轮转速恒定的条件下，风速增加超过额定风速时，随着叶片攻角的增加，气流与叶片表面分离，叶片将处于失速状态，叶片吸收的风能不但不会增加，反而有所下降，以确保风轮输出功率在额定范围以内。
定桨距风力机的特点：结构简单不需要变桨机构，同时控制系统也较简单。
但风轮吸收风能的效率较低，特别在风速超过额定风速后，由于叶片的失速作用，输出功率还会有所下降；机组承受的载荷大；机组重量比同类型变桨距风力机重。
（2）变桨距风力机叶片与轮毂通过变桨轴承连接，可以通过变桨系统控制叶片的安装角。
当风速低于额定风速时，保证叶片在最佳攻角状态，以获得最大风能；当风速超过额定风速后，变桨系统减小叶片的攻角，保证输出功率在额定范围内。
变桨距风力机的特点：结构复杂，需要增加变桨轴承和一套变桨驱动装置，同时控制系统也变得很复杂。
独立式小型风力发电机及其控制器的研究
二、研究现状
近年来，针对小型永磁风力发电机性能测试技术的研究已经取得了一定的进 展。然而，现有的测试方法大多基于传统风力发电机性能测试技术，未能充分考 虑永磁风力发电机的特性和需求。此外，这些方法往往操作复杂，精度不高，难 以满足实际应用的需求。因此，开发适用于小型永磁风力发电机的性能测试技术 势在必行。
六、结论
本次演示对小型永磁风力发电机性能测试技术进行了深入研究，提出了一种 基于磁势能和风能测量的测试技术方案。实验验证表明，该技术方案具有高精度、 简便快速、稳定性好等优势，具有广泛的应用前景。未来，随着新能源技术的不 断发展，小型永磁风力发电机性能测试技术将在风能领域发挥越来越重要的作用， 推动可再生能源的可持续发展。
2、反馈系统：反馈系统是控制器的重要组成部分，它通过实时监测发电机 的运行状态，为控制器提供必要的信息，以便做出相应的调整。反馈系统通常包 括风速传感器、发电机速度传感器、电力输出传感器等。
3、电力储存和管理：对于独立式小型风力发电机来说，电力储存和管理也 是控制器的重要职责之一。控制器需要确保在风速低或者无风的情况下，电力能 够得到有效的储存和管理，以确保持续供电。
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2、产业规模：我国的小风电机产业规模也在不断扩大。据统计，我国的小 风电机市场规模在过去几年中增长迅速，成为全球最大的小风电机市场之一。
3、政策支持：我国政府对小风电机的发展给予了大力支持。各级政府出台 了一系列优惠政策，如补贴、税收优惠等，以推动小风电机产业的发展。
三、发展趋势
1、技术创新：未来，我国小风电机产业将继续加大技术创新的力度，以提 高产品的性能和竞争力。例如，通过采用新材料、新工艺等，使得小风电机在重 量、体积和噪音等方面都能得到优化。
参考内容
小型化风能发电技术的研究
小型化风能发电技术的研究随着能源需求的日益增长，清洁能源，尤其是风能的利用率也日趋提高。
而随着科技的发展，风能发电设备也不断升级和发展。
在今天的市场上，小型化风能发电设备的应用越来越广泛，成为一个逐渐成熟的市场。
本文将介绍小型化风能发电技术的研究现状，并探讨小型化风能发电设备面临的问题以及未来发展趋势。
一、小型化风能发电技术的研究现状小型化风能发电技术是指小型风力发电机组，一般功率在数百瓦至数千瓦之间。
与传统的大型风力发电设备相比，小型化的风力发电机具有体积小、重量轻、安装方便、维护简单的优点。
这些特点使得小型化风能发电技术具有广泛的应用前景，尤其是在偏远地区和未电气化地区，提供清洁和可靠的电力供应。
目前，小型化风力发电技术在风力发电领域的应用主要集中在两个方面：一是为家庭和小型企业提供清洁能源供应，满足基本用电需求；二是为大型风力发电设备提供补充能源，增加其发电量。
在小型化风能发电技术的研究方面，国内外研究机构都开展了大量的研究工作。
研究内容主要包括风机结构设计、风能捕捉技术、发电控制技术等方面。
其中，风能捕捉技术是小型化风力发电设备最核心的技术之一。
截至目前，主要的风能捕捉技术包括固定桨叶技术、变桨叶技术、旋转桨叶技术以及风车式桨叶技术等。
固定桨叶技术是最简单的风能捕捉技术，也是最基础的技术。
其原理是利用风力使桨叶转动，通过传动机构转化为电能输出。
这种技术具有结构简单、成本低等优点，但是在低风速、高风速时收益较低，不能自适应风速变化等缺点。
变桨叶技术是目前使用最广泛的小型化风能发电技术，其原理是通过控制叶片的角度和转速来调节转子和发电机的输入功率和输出功率。
这种技术具有响应时间快、稳定性好、适应性强等优点，但是相应的控制系统会增加设备的成本和维护难度。
旋转桨叶技术是最新的小型化风能发电技术，其核心是将风能转换为转子不同方向上的力矩，然后通过多级齿轮传动机构将其传递到发电机上。
旋转桨叶技术具有高效率、稳定性好、无需控制系统等优点，但是技术复杂，成本高，生产难度大，目前尚处于实验阶段。
浅谈新能源风力发电及其功率控制
浅谈新能源风力发电及其功率控制摘要：作为一种可再生的清洁能源，新能源风力发电具有良好的经济、环境效益。
与传统能源相比，风能的开发利用成本低且环保安全。
所以为提高风力发电水平，本文详细论述了新能源风力发电及其功率控制。
关键词：新能源风力发电；要点；功率控制风力发电作为一种环保、清洁的分散型电源，被称为绿色电力，其在发电中清洁、环保、无污染，所以风力发电对保护环境和改善能源结构意义重大。
风力发电的快速发展不仅减少了对石油、煤炭等化石能源的依赖及环境污染，还促进了区域经济增长。
它是现代社会最成熟、最高效的能源转换技术之一，具有无可比拟的优势。
一、新能源风力发电原理新能源风力发电是指通过风力发电机将风能转化为电能的技术。
风力发电过程是通过机械能将风能转化为电能的过程，将风能转换为机械能的过程由风轮实现，将机械能转换为电能过程通过风力发电机及其控制系统实现。
在该过程中，大多数风力发电机是水平轴式风力发电机，由多个部件组成，包括叶片、轮毂、增速齿轮箱、发电机、主轴、偏航装置、控制系统、塔架等。
二、风力发电的特点风力发电从其动力资源、风电转换系统及其设备、系统运行特性到电功率输出、从技术到经济方面都不同于常规发电。
1、优点。
①风能资源储量丰富。
如加大对风能的开发与利用，将来有可能取代火力发电，并能满足部分或大部分对电力需求大的国家。
②风能是可再生资源。
目前，地球上可利用的常规能源如煤炭、石油等日益匮乏，若干年后就会枯竭，但风能却是可再生资源，能无限利用。
③清洁无污染。
风力发电不产生二氧化碳等污染气体，且降低全球的二氧化碳排放量，使温室效应得到有效控制，有利于全球生态环境的保护。
④投资少，回报快。
一户可配套微型风电装置，一村可兴建小型风电装置，若是大型的风电场，可由国家、集体或个体企业负责合股建造，几年内即可收回成本。
⑤施工周期短。
安装一台就可投产一台，三个月就可运输安装单台风力机，一年内就可建造IOMW级的风电场。
并网中小型风电系统最大功率跟踪控制
并网中小型风电系统最大功率跟踪控制随着可再生能源的逐渐发展，风力发电逐渐成为了绿色能源的重要组成部分。
而并网中小型风电系统最大功率跟踪控制是风力发电的关键技术之一，这也是目前风力发电技术发展的重点之一。
本文将重点介绍并网中小型风电系统最大功率跟踪控制的相关内容。
一、并网中小型风电系统的最大功率跟踪控制的意义风力发电的特点是受风速的影响非常大，而风速是时刻变化的，这就使得风电机组的输出功率也在不断变化。
而风能的转化效率最高时，即为风电机组输出功率的最大值。
因此，如何使得风电机组输出功率尽可能接近最大值，就成了并网中小型风电系统运行中最重要的问题。
最大功率跟踪控制是针对此问题开发出的技术手段，它可以使得并网中小型风电系统在不同的风速下，都能够输出最大功率，从而提高风电系统的发电效率，降低发电成本。
二、并网中小型风电系统最大功率跟踪控制的原理最大功率跟踪控制的原理是通过控制风力发电机组的转速和叶片的角度，使得发电机组的输出功率达到最大值。
当风速较低时，需要增加转速和叶片的角度，以提高风能的转换效率；而当风速变高时，可以通过降低转速和叶片的角度来控制输出功率，以确保不会超出并网限制。
最大功率跟踪控制可以通过设置不同的控制参数来达到最佳效果，比如最大功率点跟踪速度、叶片角度等。
三、并网中小型风电系统最大功率跟踪控制的方法最大功率跟踪控制方法包括直接功率控制法（DPC）、电流控制法（ICC）、电压控制法（VCC）等多种。
这里介绍一下其中比较常用的DPC方法。
直接功率控制法：DPC控制方式是通过测量风力发电机组的输出功率来调节叶片的角度和发电机组的转速。
具体实现过程中，需要先测量出当前的风速和风向，然后根据检测到的风速和风向来调整叶片的角度，使其与当前的风速和风向相适应。
同时，可以通过控制转速来调整输出功率，以达到最大功率点的跟踪。
DPC方法的优点是简单易行、可控性好，但在理论上并不能达到最大功率点跟踪的精度要求，且在存在扰动时容易出现控制失效的情况。
小型风力发电机组的设计
小型风力发电机组的设计摘要：风力发电的基本原理是风的动能通过风轮机转换成机械能，再带动发电机发电转换成电能。
主导的风力发电机组一般为水平轴式风力发电机，它由叶片、轮毂、增速齿轮箱、发电机、主轴、偏航装置、控制系统、塔架等部件所组成。
风轮的作用是将风能转换为机械能，它由气动性能优异的叶片装在轮毂上所组成，低速转动的风轮由增速齿轮箱增速后，将动力传递给发电机。
上述这些部件都布置在机舱里，整个机舱由塔架支起。
为了有效地利用风能，偏航装置根据风向传感器测得的风向信号，由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮咬合的小齿轮转动，使机舱始终对向风。
尽管风力发电机多种多样，但归纳起来可分为两类：①水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行；②垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。
关键词：风力发电；轴类零件；主轴一、叶片的设计（一）叶片的设计基础风机叶片，是风力发电机的核心部件之一，约占风机总成本的15%～20%，它设计的好坏将直接关系到风机的性能以及效益，其设计如下特征。
(1)密度轻且具有最佳的疲劳强度和力学性能，能经受暴风等极端恶劣条件和随机负载的考验。
(2)叶片的弹性、旋转时的惯性及其振动频率特性曲线都正常，传递给整个发电系统的负载稳定性好，不得在失控（飞车）的情况下载离心力的作用下拉断并飞出，不得在风压的作用下折断，不得在飞车转速以下范围内产生引起整个风力发电机组的强烈共振。
(3)叶片的材料必须保证表面光滑以减小风阻，粗糙的表面亦会被风“撕裂”。
(4)不得产生强烈的电磁波干扰和光反射。
(5)不允许产生过大噪声。
(6)耐腐蚀、紫外线照射和雷击性能好。
(7)成本较低，维护费用低。
（二）材料的选择根据叶片计算结果及经验最终确定制作3叶片风力发电机并决定用木板来加工叶片。
购买了3块“长*宽*高”为60㎝*15㎝*2㎝的轻木板。
（材料是通过查阅资料，店铺产品对比，最终选择了轻木板，其次通过计算叶片长度等选择了木板的规格）。
15KW风力发电机基本参数
15KW风力发电机基本参数1. 引言本文档介绍了15KW风力发电机的基本参数，包括其功率、转速、转子直径等关键指标。
这些参数对于评估其发电效能、选购适当的发电机以及设计风力发电系统都十分重要。
2. 基本参数以下是15KW风力发电机的基本参数：2.1 功率•额定功率：15KW•最大功率：17KW2.2 转速•额定转速：200 RPM•最大转速：250 RPM2.3 转子直径•转子直径：8.5 米2.4 转子方向•逆时针旋转2.5 切入风速•切入风速：3 米/秒2.6 切出风速•切出风速：25 米/秒2.7 发电机类型•三相异步发电机2.8 发电机效率•额定效率：≥0.852.9 发电机控制方式•变频控制系统3. 性能曲线表格1：15KW风力发电机性能曲线风速 (米/秒)功率 (KW)326699121215141815211524142712309336362390注：此表格为示例性能曲线，实际曲线可能略有不同。
4. 结论15KW风力发电机是一种适用于小型风力发电系统的发电设备。
其基本参数包括额定功率、最大功率、转速、转子直径等指标，这些参数对于设计和选择合适的风力发电系统至关重要。
此外，性能曲线提供了风速和相应功率的关系，可用于评估发电机的发电效能。
通过综合考虑这些参数，可以为风力发电系统的设计、购买和运行提供有效的参考。
5. 参考文献•[1] 张三等. (2010). 风力发电设备基本参数和性能研究. 电力科技发展, 35(2), 52-59.•[2] 李四, 王五. (2015). 风力发电机性能测试与分析.光电工程, 42(3), 78-84.。
风力发电机组的控制技术
风力发电机组的控制技术摘要：随着时代的发展科技的进步，我国在不断地向前发展，电力的使用量是衡量一个国家发展的主要依据之一，我国每年的电耗量位居世界前列，发电过程中需要消耗大量的能源，对环境造成一定的影响，所以我国一直致力于利用清洁能源进行发电，其中风力发电就是清洁能源发电的主要手段之一，本文将对风力发电机组的控制技术进行讨论。
关键词：风力发电；风力发电机组；发电机组控制技术风力发电是一种清洁的发电手段，减少了发电对于环境的破坏。
我国国土辽阔，适合风力发电的区域广泛，所以我国在风力发电这一发电技术上取得了长足进步，风力发电机组的控制技术是维持风力发电的最核心技术之一，风力发电机组的控制技术能够为我国风力发电事业提供强大助力。
一、风力发电在进行风力发电机组的控制技术讨论时，首先简述一下风力发电的概念及其适用范围。
风力发电是指将风的动能转化为机械动能，之后将机械动能转化为电能的一种发电手段，并且风力发电在发电过程中不会产生辐射及空气污染情况的发生，是一项清洁的发电技术。
风力发电在我国西部地区使用广泛，风力发电技术在近些年也得到了充分的发展，风力发电又分为水平轴风力发电、垂直轴风力发电、双馈型发电机发电等多种发电模式。
二、风力发电机组想要利用风力进行发电工作，就离不开发电机组的运转，风力发电机组由风轮、发电机组成。
其中发电机又由风轮中所含的叶片、轮毂等部件组成，当叶片受到风力吹动时，会进行旋转，从而将机械能转化为电能。
风力发电机组按照风轮桨叶分类分为定桨型与变桨型两种，按照风轮的转速又可分为定速型、变速型两种[1]。
我国现在已经拥有了风力发电关键零部件的开发制造能力，但是我国的风力发电机组控制技术还有待完善，再简单描述风力发电机组的构成与类型之后，下面将针对风力发电机组的控制技术进行讨论。
三、风力发电机组的控制技术风力发电机组的控制技术，是风力发电的核心，通过控制技术能够提高风力发电的安全性，提高风力发电的发电效率，下面根据风力发电机组的控制技术进行研究讨论。
中小型风力发电机的调速系统-初稿
中小型风力发电机的调速系统风力发电机利用风力发电，从风力机的特性可知，当风轮盘面垂直于风向旋转时，风轮的转速是与风速成正比的，而功率则与风速的立方成正比。
即12n n =12V V 及12p p =3132V V 。
假若风速提高2倍，风轮转速提高2倍，功率将增大8倍。
为了维持风力机稳定运行，必须在设定的风速范围内调整和限制其转速及输出功率，使其不超过允许值。
风力机的调（限）速方法有若干，离网型中小风力发电机通常采用改变风轮或叶片与气流的相对位置和给风轮加大载荷的方法限制转速的提升，在自然风大于额定风速时仍保持转速及功率基本稳定或不超过限定值。
常用的调节方式如下：A 、水平偏转或上仰转动，使风轮偏离风向；B 、叶片失速，使风轮效率降低；C 、叶片或叶片的一部分绕自身的轴线偏转，改变桨距角；D 、给风轮加大负荷或在叶片上设置障碍，限制其快速旋转。
1、风轮偏离风向的调节方式当风速高于额定风速时使风轮偏离风向一个角度γ释放部分风能，使高于额定值的风速在风轮的轴向分风速等于额定风速，由此控制风轮的转速和功率保持接近额定运行状态。
即cos n i iV V γ=。
式中：n V 为额定风速，i V 为大于额定风速的某一风速。
采用图解的方法，如图1（不同风速下风轮偏离风向的角度示意图）所示。
可以简便的求解在风速增大时为保持额定风速值不变，风轮应偏转的γ角度值。
沿风力机轴画出延伸线，按额定风速的矢量值截取线段ox 至o 点，从o 点作垂直线oy ，以x 点为圆心，取某一风速的矢量值（与额定风速同尺度）为半径划弧，相交于oy 垂直线的某一点，该点连接x 点的线段与ox 夹角即为该风速出现时风轮应偏过的角度。
使风轮偏侧的机构，常见的有设置侧风板、风轮偏置、电动机驱动等多种方式。
1.1、设置侧风板使风轮偏离风向风轮连同发电机安装在可以绕塔杆顶部水平转动的回转体上，尾舵用垂直于水平面的销轴与回转体铰链连接。
在回转体上安装一个伸出风轮盘面的侧风板。
风力机转速控制方法
风力机转速选择方法摘要：对风力机几种转速选择方法进行介绍。
关键词：失速调节、桨距调节、变速。
1、 失速调节失速调节的风力机通常几乎在恒定的速度下运行，因此叶片攻角随风速的增加而增加，随着局部攻角的增加，叶片失速，引起升力系数减少和阻力系数增加，最终导致切向载荷降低。
功率的减少取决于桨距角、叶片的扭转角以及弦长分布和叶片上所使用的翼型。
如果现场测试表明功率的大小不能得到充分的限制，则需要卸下叶片， 改变固定的桨距角设置。
在失速调节的风力机中，通常采用异步发电机，其转速几乎不变且由发电机的扭矩特性确定，即输入发电机的轴扭矩G M 是该轴转速n 的函数。
根据扭矩特性可知，异步发电机既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行。
电动机运行模式可以用来启动风力机。
当发电机在发电的情况下，选择其符号为正值。
发电机的转速将位于0n 和nom n 之间，而扭矩等于风轮叶片在发电机轴上产生的扭矩R M 。
没有轴扭矩时异步发电机的转速0n 为：060/grid n f p此处grid f 是电网频率，p 是发电机的极对数。
对4极发电机而言，0n 是1500r/min ，而对6极发电机而言，0n 是1000r/min 。
由于发电机的转速要高于风轮的转速，因此在发电机和风轮之间需要配置增速齿轮箱。
风轮的转速ω与发电机的转速n 之间的关系式，可以用齿轮箱的增速比r 表示为ω=n/r 。
实际转速n 和0n 之间的相对差，称为滑差率SL=(n-0n )/0n ,对通常的失速调节的风力机而言，滑差率之值大约为1%~3%。
这意味着，风轮的转速几乎是不变化的，因此，使用风轮作为飞轮来储存能量，比如在阵风的情况下，其可能性非常小。
比如由于风中的湍流所引起的风轮扭矩R M 的变化，将几乎立即转移到发电机扭矩G M ，然后变成电功率2n /60EL G P M π=（1）考虑风力机运行在较低的转速，并且风速增加的情况。
在这种情况下，风轮叶片所产生的扭矩R M 也增加，刚性风轮按照下面的方程加速：d R G dt I M M ω=-（2）直到上升到一定程度是扭矩G M 再次等于扭矩R M 。
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7.2.4风压变桨距机构
利用风速风压的变化，在风速风压超过某限定值时，桨叶 绕自身桨轴转动，并随风压不同而偏转不同的桨距角。为 此，桨叶的机械转轴应安排在桨叶受到风压时能够产生顺风 向转动的力矩。
如28图所示，桨叶气动压力和风压
中心距机械转轴的距离决定了桨叶
的偏转力矩。自如转动的桨叶通过
同步曲柄连杆机构与调速弹簧安装
图18
偏侧角度的理论计算值如下表：
7.1.1风轮偏转，尾舵调向，弹簧复位的限速 机构
风轮偏侧常采用偏置风 轮的结构。如图19所示， 塔顶回转中心与风轮轴轴 线偏置一个距离e，当风 压施加到风轮上会产生绕 回转中心转动的力矩，此 力矩称为气动力矩。它的 大小与风压大小和偏置距
离有关。
图19 风力发电机正常运行俯视图
在一起就构成了气压变桨距控制机
构。在额定风速下，计算出桨叶偏
转力矩，设计调速弹簧的工作压力
使其通过曲柄连杆机构与桨叶偏转
力矩相平衡。
•图28
•当风速增大，风压在桨叶上所产生的偏转力矩大于调速弹 簧预先设置的工作压力，桨叶向顺桨方向转过一定的角度 即减小迎角使风轮转速降低。当风速减小时，桨叶被弹回 原角度，保持正常的转速和功率输出。
定， 角是尾舵的自由稳定位置，及尾舵重力矩在垂直于竖轴
的平面上的分力距为零的状态。如图20所示，当把尾舵摆动一
个角度，尾舵在抬高的同时产生了重力矩的切向分力矩，并且
随摆角的增大而加大，当尾杆从初始 转至90°时复位力矩最
大，在工程实践中对尾舵的复位力矩有一个简便的算法，如图
示，设置α角和β角之后，竖轴AB与oz形成夹角γ和方位
•图25 •1.轮毂 2.弹性桨杆 3.滑块 4.飞杆式中I为桨叶对桨轴的转动惯量（kg m s2）； α1为桨叶质心所在平面与风轮旋转平面之间的夹角； m为飞杆质量（m=G/g，G为重量kg，g为9.8m/s2）
；
r为飞杆质心到桨轴的垂直距离（m） α2为飞杆质心所在平面与风轮旋转面之间的夹角； ω为风轮旋转角速度（rad/s） 改变飞杆的质量、质心与桨杆距离和夹角α2可以调节机 构对桨叶的偏转力矩。调整弹性桨杆的扭转应力及应变转
图27是一种典型的飞杆变桨距机构。它包括启动弹簧1，同 步拉杆2，调速弹簧3，导向体4，风轮毂5，叶片法兰6，飞 杆7，叶片轴8，同步盘9。叶片安装在叶片法兰上，受飞杆 离心惯性力的作用，叶片法兰，叶片将绕叶片轴转动，通过 改变桨距角调节风力机转速和功率。
•图27
•结构中设置启动弹簧的目的是使桨叶在静止待机时具有较 大 •的安装桨距角，在风速小于3m/s之前风轮即可起动。
角
可以满足变桨距控制风轮的要求。实际运行结果表明采用 这
种机构机组运行非常平稳，特别适合于负向主动失速控制 。
7.2.3离心飞杆机械变桨距机构
这种结构的工作原理如图26所示，受
力分析运动图仅画出一个桨叶。桨叶
绕水平轴OX在OAB面内旋转，桨杆
用轴承安装在水平轴上，可以自如转
动，支杆r固接在桨杆A处，端部是垂
为使风力发电机在额定风速及低于额定风速时风轮保持正 对风向，则应把弹簧的拉力调节到能够与风轮的气动力矩 相平衡。
平衡方程： ∑M=M气动－M弹簧±M摩擦=0 式中M气动 ——风压作用于风轮对回转中心的力矩； M弹簧——弹簧回复力矩，M弹簧=P·L ； P——弹簧拉力；
L——弹力作用于回转中心的力臂；
•图24
7.2.2离心飞杆弹（柔）性变桨距机构
•
按空气动力优化设计制作的桨 叶，其质心不在桨叶轴上，于风 轮旋转平面之外安装一个飞杆 （或重块）在桨杆上，桨杆做成 弹性构件固定到轮毂上，如图25 所示。当风轮旋转时位于旋转平 面之外的质量（含桨叶和飞杆等 ）在离心力的作用下，会使桨叶
绕桨杆偏转，直至进入盘面内。
•图22
7.1.4尾舵调向、电动舵轮偏航限速机构
如图23所示，正常 运行状态由尾舵调向使 风轮正对风向。当超过 额定功率时超限而分流 的电能输入到电动舵 轮，电动舵轮旋转产生 拉力使风轮偏侧风向， 限制了风力机的输出功 率。
•图23 •1风轮，2发电机，3尾杆，4舵板，5舵轮
7.2机械离心变桨距机构
•尾销倾斜
•回转中心偏 置
•图21
7.1.3风轮偏置、尾舵调向、活络舵板限速机 构
与7.1.2所述的结构不同之处在于尾杆与回转体固定，在尾 杆末端安装可以调节倾角的舵轴，舵板与舵轴之间为可以转 动的铰链连接，舵板以本身的重力保持下垂状态。如图22所 示。从俯视图可以看到风轮与尾杆轴线不平行，尾杆向左后 方有约10°夹角。设置这个角度是为了在额定风速下尾舵产 生的调向力矩与风轮的气动偏转力矩相平衡，使风力发电机 能输出额定功率。当风速再增大时风轮的气动偏转力矩大于 尾舵的调向力矩，风轮开始偏侧。通过调节舵板的重量和舵 轴的倾角可以改变风轮偏侧的起始风速和不同风速下风轮偏 侧的角度。
角 ，当
，复位力矩为零，当
时，复位力矩最
大，复位力矩来自尾舵的重力钜，可以写出如下计算式：
式中：G—尾舵重力 L—尾舵重心点到竖销距离 γ—竖销轴线与垂直线的夹角 —复位机构在摆动平面内的方位角（以尾舵复位力矩为
零时尾杆所在位置为零度） 在额定风速时，在方位角 时，尾舵产生的复位力矩和额风
速时下风轮的气动偏转力矩以及回转重心的摩擦力矩要达到 平衡，此时α角和β角要协调好。在超过额定风速时，风轮 的气动偏转力矩较大，尾舵的复位力矩要与其平衡，此时尾 舵的复位力矩主要取决于α角的大小、尾舵的重力和尾舵重 心到竖销的距离。
块G，垂块所在平面OAG与风轮旋转
平面（OAB）之间的夹角为α。当风
轮旋转时垂块的离心力可分解为：沿
ABG面的切向分力Fτ和平行于桨杆
的轴向分力Fc。切向分力Fτ使桨叶
•图26
绕桨杆轴线转动，加大迎角而进入失
速状态。
•扭转桨叶的力矩大小与桨叶对桨轴的转动惯量、垂块的 •质量、垂块质心距桨轴的距离、α角、风轮角速度有关
M摩擦——机头回转摩擦力矩；
7.1.2风轮偏置、尾舵调向并重力蓄能复位的 限速机构
图20画出了重力蓄能复位限速机构的工作原理图。在o-x、
o-y、oz坐标系中，ox与风轮轴重合，oy与风轮盘面平行，z为
垂直坐标轴。图中AB为竖销，α为后倾角，β为左倾角， 角
是复位机构设置的初始安装角。当α，β确定之后， 即确
7.2.1桨叶离心力螺旋槽变桨距机构
如图24所示。风轮旋转时，桨 叶连同带有螺旋槽的桨杆在离心 力的作用下，克服调速弹簧的弹 力向外周甩出，在甩出的同时沿 螺旋槽转动改变桨距。改变调速 弹簧的工作压力可以调整额定转 速，改变调速弹簧的刚度可以调 整转速和桨距角的对应关系。在 机构中设置同步机构，可以使各 桨叶的桨距角的变化保持一致。
小型风力发电机的转速与功 率控制
7.1风轮偏侧式控制机构
风轮偏侧有侧向偏转和上仰两 种运动方式。图18画出了风向偏 折后风速矢量的变化。当风轮偏 离风向γ1角度时,吹向风轮的风 速降低为V1=V*cosγ1,风轮转 速降低比例为 cosγ1/1，而功 率减小的比例是cos3γ1/1。因 此当风速高于额定风速时，要使 风力机的转速与功率维持不变， 必须使风轮偏侧一定的角度。
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•图20
尾舵由尾杆和舵板组成。尾杆和舵板固定在一起，尾杆 前端与回转体之间用竖销铰链，如图21所示。相对于风 力发电机，风轮为前，尾舵为后，以俯视分左右，偏置的 回转中心在左侧，竖销设置成后倾角α，左倾角β。如图 所示尾舵的重力矩施加到竖销上将产生绕竖销的转矩，转 矩的大小取决尾舵的重力矩和α、β角的大小。在正常运 行状态（尾舵顺风，风轮正对风向），于竖销左侧设限位 挡块，为重力复位限速机构设置了初始方位角 调整尾舵重 力矩，α，β角使其产生的复位力矩与额定风速下风轮的 气动偏转力矩，回转重心的摩擦力矩相平衡。当超过额定 风速，风轮在增大的风力作用下，克服了尾舵在方位角 时 的复位力矩，向一侧转动，偏离了风向，释放风能，限制 了风轮转速的增长。当风速降低时，尾舵的复位力矩大于 风轮的气动力矩，将风轮反弹回正对风位置。