风力发电技术(三)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
14
风力机和直流电动机运行特性分析比较（ 风力机和直流电动机运行特性分析比较（一）
由 风力 机运 行特性 可以 风力机 运行特性可以 看出： 看出： 不 超过 额定 风速时 ， 一 超过额 定风速时 定 风速 下存 在一个 最佳 风 速下 存在一个 转 速 ， 在此 在 此最 最佳转 佳转速下 速下 此最佳转速下 风力机最大输出功率 Pmax=Koptωw3; 同 样 ， 在 此 风速 风速下 下 ， 也存在 也存在一个 一个 最 佳 转 矩 Topt=Koptωw2, 使 风力 机实 现 最大 风能 风 力机 实现 最大风能 捕获。 捕获。
风力机的运行区域
8
捕获最大风能的措施
提高风力 机的转换 效率
• 区域B：跟踪最大功率。 • 区域C：保持额定功率运转。
获得最大 风能捕获
• 风力发电系统可以通过控制机械或电气控制来实 现变速运行的目的。 • 区域B：通过控制发电机转速或电磁转矩来实现最 大风能捕获。 • 区域C：通过控制风力机桨距角的方式实现，即采 用变桨控制。 • 发电机的转速或电磁转矩必须与风速匹配。 • 目前，并网风力发电系统一般都使用变流器进行 并网，这样也可以通过控制直流母线电压或电流 的方法来实现最大功率捕获。
风力机的运行区域
7
风力机运行区域（ 风力机运行区域（二）
区域C：vrated< v<vco
当风速介于风力机额定风速和切出风速 之间时，过高的风速可能损坏风能转换 系统，这时需要调节馈入系统的风能， 以保持风力机在额定功率运行。
区域D：vco≤v
当风速超过切出 风速时，风力机 转子速度过高和 转矩过大可能会 损坏系统，这时 需要强制停机。
21
失速控制的定义及优缺点
定义：在转速不变的条件下，风速超过额定 值之后，叶片发生失速效应，将功率限制在 一定范围内。 优点：叶片与轮毂之间没有运动部件，控制 简单。 缺点：风力发电机组的性能受叶片失速性能 的限制，当风速超过额定风速时，发电功率 有所下降。
22
变桨距调节定义、 变桨距调节定义、原理图及优缺点
19
两种控制方案仿真对比
转速控制方案： 能 很 好 地 模拟 最 佳 转 速 曲 线 ，能 很 快 地响应风速的变化， 但 由 于 要 跟踪 速 度 的 变 化 ， 转矩 波 动 较大。 转矩控制方案： 除了在起动时有一 些波动外，对风力 机最佳转矩曲线模 拟得很好。
20
提 纲
最大风能捕获 风力机模拟 变桨距控制
25
液压变桨距执行机构优点及原理框图
优点： 优点：
传动力矩大、 传动力矩大、重量轻、 重量轻、刚度大、 刚度大、定位精确、 定位精确、执行机构 动态响应速度快， 动态响应速度快，能够保证更加快速、 能够保证更加快速、准确地把叶片 调节至预定节距。 调节至预定节距。
1 1 ω R 3 Po = ρ Av 3C p = ρ A w w C p = KT ωw 2 2 λ 1 R KT = ρ A w C p 2 λ
2 To = KT ωw 3 3
3
变桨距风力机特性（ 变桨距风力机特性（一）
风力机叶尖速比与风能利用系数的关系曲线
1 ρ Av 3C p = PvC p 2 P C p = o = f ( λ ,β ) Pv Po =
式中Cp为风能利用系数。 为风能利用系数。风能利用系数Cp为风力机将 风能转换为机械能的效率， 风能转换为机械能的效率，它与风速、 它与风速、叶片转速、 叶片转速、叶 片直径和桨叶节距角均有关系， 片直径和桨叶节距角均有关系 ， 是叶尖速比 λ 和桨叶 节距角β的函数。 的函数。
风力机输出机械功率和机械角速度间的关系曲线
15
风力机和直流电动机运行特性分析比较（ 风力机和直流电动机运行特性分析比较（二）
直流电动机运行特性： 直流电动机运行特性：直 流电动机输出功率和转速 的关系为二次曲线 的关系为二次曲线， 二次曲线，这与 风力机输出机械功率和机 械角速度间的关系曲线很 相似。 相似。
9
任意风速 时刻捕获 最大风能
风力机转速计算
Po = 1 ρ Av 3C p 2
3
由风力机输出 功率与机械角 速度间的关系
1 ω R = ρ A w w Cp 2 λ
一定风速下 风力机的最 大输出 出功率
3 = K T ωw
风力机转速
由 ωw=λv/Rw=Kwv 可知， 可知 ， 根据风速和最佳尖速比也可以 计算出风力机的转速， 计算出风力机的转速，即可以得到发电机的参考转速。 即可以得到发电机的参考转速。
由图可以看出，对于一 台 确定的风力机，在一定 风 速和桨距角时，存在一 个 最大 风能利用系 数 Cpmax 此时风力机输出功率最佳。
风力机叶尖速比与风能利用系数的关系曲线
因此， 因此 ， 在某一风速下， 在某一风速下 ， 调节风力机转速， 调节风力机转速 ， 使其运行在最 佳叶尖速比条件下， 佳叶尖速比条件下，就可以达到最大风能捕获 就可以达到最大风能捕获的目的 最大风能捕获的目的。 的目的。
5
输出功率与机械角速度之间的关系曲线
不同风速下风力机的输出机 械功率随着风轮转速的变化 而变化，每一个风速下都存 在一个最大风能利用系数 Cpmax 。
要使风力机运行在这 些最大功率点上， 些最大功率点上 ， 必 须使发电机系统的输 须使发电机系统的 输 出功率与风力机输出 机械功率严格匹配。 机械功率严格匹配 。 发电机系统输出功率 可以通过控制发电机 转速和转矩得到。 转速和转矩得到。
变桨距风力机特性为一族 变桨距风力机特性为一族 Cp(λ)曲线， 曲线 ， 随着桨叶节距角的 增大， 增大，Cp(λ)曲线显著缩小。 曲线显著缩小。在桨叶节距角β不变时， 不变时，风能 利用系数只与叶尖速比λ有关， 有关，其性能曲线如图所示。 其性能曲线如图所示。
4
变桨距风力机特性（ 变桨距风力机特性（二）
变桨距风力发电机组原理图
23
变桨距和定桨距功率曲线分析对比
定桨距功率曲线： 定桨距功率曲线： 功率调节完全依靠叶片结构设计， 功率调节完全依靠叶片结构设计， 当风速达到叶片设计失速值时， 当风速达到叶片设计失速值时，叶 片发生失速效应， 片发生失速效应，使高风速时功率 不增大， 不增大，但由于失速点的设计， 但由于失速点的设计，很 难保证风力机在失速后能维持额定 功率， 功率，所以一般失速后功率小于额 定功率。 定功率。 变桨距功率曲线： 变桨距功率曲线： 根据风速大小调节气流对叶片的功 角，当风速超过额定风速时， 当风速超过额定风速时，输出 功率可以稳定在额定功率上。 功率可以稳定在额定功率上。
2
空气动力学中相关基本公式（ 空气动力学中相关基本公式（二）
叶尖速比λ是风轮叶尖速度与风速之比， 是风轮叶尖速度与风速之比，即
λ=பைடு நூலகம்
Rwωw π Rw nw = v 30v
ωw =
Kw =
λ
Rw
v = K wv
λ
Rw
式中， 式中，ωw为风力机叶片旋转角速度。 为风力机叶片旋转角速度。 风力机的输出功率为Po，则
16
风力机的数学模型
根据风力机的特性， 根据风力机的特性，风力机的数学模型如图所示。 风力机的数学模型如图所示。
v
v3
ωw
β
ωw
v
Rw
λ
Cp (λ ,β )
ωw
To
1 ρA 2
风力机的数学模型
17
转速控制方案框图及控制方法
转速控制框图如图所示： 转速控制框图如图所示：
控制方法： 控制方法： 通过风速、 通过风速、桨距角和直流电动机转速计算风力机最佳 转速， 转速，将此最佳转速设置为直流电动机的参考转速， 将此最佳转速设置为直流电动机的参考转速， 让直流电动机运行在风力机特性曲线中的最佳功率运 行点。 行点。
18
转矩控制方案框图及控制方法
转矩控制框图如图所示： 转矩控制框图如图所示：
控制方法： 控制方法： 通过风速、 通过风速、桨距角和直流电动机转速计算出风力机最 佳转矩， 佳转矩，然后通过最佳转矩设定参考电流， 然后通过最佳转矩设定参考电流，控制直流 电动机稳定运行在风力机特性曲线中的最佳转矩点。 电动机稳定运行在风力机特性曲线中的最佳转矩点。
风力机输出机械功率和机械角速度间的关系曲线
6
风力机运行区域（ 风力机运行区域（一）
区域B：vci<v<vrated
当风速介于风力机切入风速 vci 和额定风 速 vrated 之间时，可以通过控制发电机转 子，让其速度随风速变换，从而获得最 大风能转换效率。
区域A：v<vci
当风速小于风力机 切 入 风 速 Vci 时 ， 由于此时的风能无 法为风力机转子提 供起动转矩，所以 风力机不能转换电 能。
直流电动机特性曲线
而直流电动机功率和转矩特性分别与其转速成二次方和线性 而直流电动机功率和转矩特性分别与其转速成二次方和线性 关系， 关系，所以也存在最佳转速 所以也存在最佳转速和 最佳转速和最佳转矩运行点 最佳转矩运行点。 运行点。 通过调节直流电动机的电枢电压 通过调节直流电动机的电枢电压， 电枢电压，使直流电动机运行于风力 机的最佳转速或转矩运行点， 机的最佳转速或转矩运行点，就可以模拟风力机的最佳转速 和最佳转矩运行状态。 和最佳转矩运行状态。
24
变桨距和定桨距功率曲线
变桨距具体调节方法
在出现台风时： 变 桨 距 结 构 可 以使 叶片 处 于 顺 桨 ， 使 整个 风力 机 的受力情 况大为改善 ， 以 避 免 大 风 损 害风 力发 电机组。
紧急停机或有故障时： 变桨距结构可以使叶片 迅速顺桨到90o ，风轮速 度降低，减小风力机负 载的冲击，延长发电机 组的使用寿命。
10
“爬山法” 爬山法”算法流程
传统的风力机最大风能捕获算法称为“ 传统的风力机最大风能捕获算法称为 “ 爬山法” 爬山法 ” ， 也称为“ 也称为 “ 扰动观 测法” 测法”，其算法流程如图所示。 其算法流程如图所示。
“爬山法”算法流程图
11
提 纲
最大风能捕获 风力机模拟 变桨距控制
12
风力机模拟系统的功能
提 纲
最大风能捕获 风力机模拟 变桨距控制
1
空气动力学中相关基本公式（ 空气动力学中相关基本公式（一）
风力机的输入功率 风力机的输入功率是 输入功率是：
Pv = 1 1 2 3 ρ Av 3 = ρπ Rw v 2 2
式中， 式中 ， ρ 为空气密度； 为空气密度 ； A为风力机叶片扫掠面积； 为风力机叶片扫掠面积 ； Rw 为叶片半径； 为叶片半径；v为风速。 为风速。 风力机的输出功率 风力机的输出功率是 输出功率是：
13
直流电动机数学模型
Ea = K Eωm Te = KT I a KT = K E = Laf I f dω J = Te − sgn (ωm ) TL − Bmωm − T f dt U = Ea + I a Ra P = Teωm P = KT U − K E ωm ωm Ra
式中， 式中 ，U为电枢电压； 为电枢电压；Ra为电枢电阻； 为电枢电阻；Ea为反电动势 ；Te、 TL、 Tf分别为电磁转矩、 分别为电磁转矩、负载转矩和静摩擦转 矩； KT、 KE分别为电动势常数和转矩常数； 分别为电动势常数和转矩常数； ωm为直 流电动机角速度； 流电动机角速度；Ia、If分别为电枢电流和励磁电流； 分别为电枢电流和励磁电流； Bm为粘滞摩擦系数。 为粘滞摩擦系数。
定义： 定义 ： 沿桨叶的纵轴旋转叶片， 沿桨叶的纵轴旋转叶片 ， 控制风轮的能量吸收， 控制风轮的能量吸收 ， 保持一定的输出功率。 保持一定的输出功率。 优点： 优点：机组起动性能好， 机组起动性能好，输出功率稳定， 输出功率稳定，停机安全等。 停机安全等。 缺点： 缺点：增加了变桨距装置， 增加了变桨距装置，控制复杂。 控制复杂。
功能： 风力机模拟系统（WTS）可以在不依 赖于环境和风力机的情况下模拟风力机 特性，可以模拟不同特性的风力机。 可以任意设定风速的变化曲线，方便 了实验室对风力发电系统的研究。 可以用于风力发电系统及其部件的开 发和测试。 风力机模拟系统采用交流电动机或直流电动机均可。 风力机模拟系统采用交流电动机或直流电动机均可 。 由 于 直流电动机易于控制且控制性能良好 直流电动机 易于控制且控制性能良好， 易于控制且控制性能良好 ， 所以作为实验 室用风力机模拟系统非常合适。 室用风力机模拟系统非常合适。
风力机和直流电动机运行特性分析比较（ 风力机和直流电动机运行特性分析比较（一）
由 风力 机运 行特性 可以 风力机 运行特性可以 看出： 看出： 不 超过 额定 风速时 ， 一 超过额 定风速时 定 风速 下存 在一个 最佳 风 速下 存在一个 转 速 ， 在此 在 此最 最佳转 佳转速下 速下 此最佳转速下 风力机最大输出功率 Pmax=Koptωw3; 同 样 ， 在 此 风速 风速下 下 ， 也存在 也存在一个 一个 最 佳 转 矩 Topt=Koptωw2, 使 风力 机实 现 最大 风能 风 力机 实现 最大风能 捕获。 捕获。
风力机的运行区域
8
捕获最大风能的措施
提高风力 机的转换 效率
• 区域B：跟踪最大功率。 • 区域C：保持额定功率运转。
获得最大 风能捕获
• 风力发电系统可以通过控制机械或电气控制来实 现变速运行的目的。 • 区域B：通过控制发电机转速或电磁转矩来实现最 大风能捕获。 • 区域C：通过控制风力机桨距角的方式实现，即采 用变桨控制。 • 发电机的转速或电磁转矩必须与风速匹配。 • 目前，并网风力发电系统一般都使用变流器进行 并网，这样也可以通过控制直流母线电压或电流 的方法来实现最大功率捕获。
风力机的运行区域
7
风力机运行区域（ 风力机运行区域（二）
区域C：vrated< v<vco
当风速介于风力机额定风速和切出风速 之间时，过高的风速可能损坏风能转换 系统，这时需要调节馈入系统的风能， 以保持风力机在额定功率运行。
区域D：vco≤v
当风速超过切出 风速时，风力机 转子速度过高和 转矩过大可能会 损坏系统，这时 需要强制停机。
21
失速控制的定义及优缺点
定义：在转速不变的条件下，风速超过额定 值之后，叶片发生失速效应，将功率限制在 一定范围内。 优点：叶片与轮毂之间没有运动部件，控制 简单。 缺点：风力发电机组的性能受叶片失速性能 的限制，当风速超过额定风速时，发电功率 有所下降。
22
变桨距调节定义、 变桨距调节定义、原理图及优缺点
19
两种控制方案仿真对比
转速控制方案： 能 很 好 地 模拟 最 佳 转 速 曲 线 ，能 很 快 地响应风速的变化， 但 由 于 要 跟踪 速 度 的 变 化 ， 转矩 波 动 较大。 转矩控制方案： 除了在起动时有一 些波动外，对风力 机最佳转矩曲线模 拟得很好。
20
提 纲
最大风能捕获 风力机模拟 变桨距控制
25
液压变桨距执行机构优点及原理框图
优点： 优点：
传动力矩大、 传动力矩大、重量轻、 重量轻、刚度大、 刚度大、定位精确、 定位精确、执行机构 动态响应速度快， 动态响应速度快，能够保证更加快速、 能够保证更加快速、准确地把叶片 调节至预定节距。 调节至预定节距。
1 1 ω R 3 Po = ρ Av 3C p = ρ A w w C p = KT ωw 2 2 λ 1 R KT = ρ A w C p 2 λ
2 To = KT ωw 3 3
3
变桨距风力机特性（ 变桨距风力机特性（一）
风力机叶尖速比与风能利用系数的关系曲线
1 ρ Av 3C p = PvC p 2 P C p = o = f ( λ ,β ) Pv Po =
式中Cp为风能利用系数。 为风能利用系数。风能利用系数Cp为风力机将 风能转换为机械能的效率， 风能转换为机械能的效率，它与风速、 它与风速、叶片转速、 叶片转速、叶 片直径和桨叶节距角均有关系， 片直径和桨叶节距角均有关系 ， 是叶尖速比 λ 和桨叶 节距角β的函数。 的函数。
风力机输出机械功率和机械角速度间的关系曲线
15
风力机和直流电动机运行特性分析比较（ 风力机和直流电动机运行特性分析比较（二）
直流电动机运行特性： 直流电动机运行特性：直 流电动机输出功率和转速 的关系为二次曲线 的关系为二次曲线， 二次曲线，这与 风力机输出机械功率和机 械角速度间的关系曲线很 相似。 相似。
9
任意风速 时刻捕获 最大风能
风力机转速计算
Po = 1 ρ Av 3C p 2
3
由风力机输出 功率与机械角 速度间的关系
1 ω R = ρ A w w Cp 2 λ
一定风速下 风力机的最 大输出 出功率
3 = K T ωw
风力机转速
由 ωw=λv/Rw=Kwv 可知， 可知 ， 根据风速和最佳尖速比也可以 计算出风力机的转速， 计算出风力机的转速，即可以得到发电机的参考转速。 即可以得到发电机的参考转速。
由图可以看出，对于一 台 确定的风力机，在一定 风 速和桨距角时，存在一 个 最大 风能利用系 数 Cpmax 此时风力机输出功率最佳。
风力机叶尖速比与风能利用系数的关系曲线
因此， 因此 ， 在某一风速下， 在某一风速下 ， 调节风力机转速， 调节风力机转速 ， 使其运行在最 佳叶尖速比条件下， 佳叶尖速比条件下，就可以达到最大风能捕获 就可以达到最大风能捕获的目的 最大风能捕获的目的。 的目的。
5
输出功率与机械角速度之间的关系曲线
不同风速下风力机的输出机 械功率随着风轮转速的变化 而变化，每一个风速下都存 在一个最大风能利用系数 Cpmax 。
要使风力机运行在这 些最大功率点上， 些最大功率点上 ， 必 须使发电机系统的输 须使发电机系统的 输 出功率与风力机输出 机械功率严格匹配。 机械功率严格匹配 。 发电机系统输出功率 可以通过控制发电机 转速和转矩得到。 转速和转矩得到。
变桨距风力机特性为一族 变桨距风力机特性为一族 Cp(λ)曲线， 曲线 ， 随着桨叶节距角的 增大， 增大，Cp(λ)曲线显著缩小。 曲线显著缩小。在桨叶节距角β不变时， 不变时，风能 利用系数只与叶尖速比λ有关， 有关，其性能曲线如图所示。 其性能曲线如图所示。
4
变桨距风力机特性（ 变桨距风力机特性（二）
变桨距风力发电机组原理图
23
变桨距和定桨距功率曲线分析对比
定桨距功率曲线： 定桨距功率曲线： 功率调节完全依靠叶片结构设计， 功率调节完全依靠叶片结构设计， 当风速达到叶片设计失速值时， 当风速达到叶片设计失速值时，叶 片发生失速效应， 片发生失速效应，使高风速时功率 不增大， 不增大，但由于失速点的设计， 但由于失速点的设计，很 难保证风力机在失速后能维持额定 功率， 功率，所以一般失速后功率小于额 定功率。 定功率。 变桨距功率曲线： 变桨距功率曲线： 根据风速大小调节气流对叶片的功 角，当风速超过额定风速时， 当风速超过额定风速时，输出 功率可以稳定在额定功率上。 功率可以稳定在额定功率上。
2
空气动力学中相关基本公式（ 空气动力学中相关基本公式（二）
叶尖速比λ是风轮叶尖速度与风速之比， 是风轮叶尖速度与风速之比，即
λ=பைடு நூலகம்
Rwωw π Rw nw = v 30v
ωw =
Kw =
λ
Rw
v = K wv
λ
Rw
式中， 式中，ωw为风力机叶片旋转角速度。 为风力机叶片旋转角速度。 风力机的输出功率为Po，则
16
风力机的数学模型
根据风力机的特性， 根据风力机的特性，风力机的数学模型如图所示。 风力机的数学模型如图所示。
v
v3
ωw
β
ωw
v
Rw
λ
Cp (λ ,β )
ωw
To
1 ρA 2
风力机的数学模型
17
转速控制方案框图及控制方法
转速控制框图如图所示： 转速控制框图如图所示：
控制方法： 控制方法： 通过风速、 通过风速、桨距角和直流电动机转速计算风力机最佳 转速， 转速，将此最佳转速设置为直流电动机的参考转速， 将此最佳转速设置为直流电动机的参考转速， 让直流电动机运行在风力机特性曲线中的最佳功率运 行点。 行点。
18
转矩控制方案框图及控制方法
转矩控制框图如图所示： 转矩控制框图如图所示：
控制方法： 控制方法： 通过风速、 通过风速、桨距角和直流电动机转速计算出风力机最 佳转矩， 佳转矩，然后通过最佳转矩设定参考电流， 然后通过最佳转矩设定参考电流，控制直流 电动机稳定运行在风力机特性曲线中的最佳转矩点。 电动机稳定运行在风力机特性曲线中的最佳转矩点。
风力机输出机械功率和机械角速度间的关系曲线
6
风力机运行区域（ 风力机运行区域（一）
区域B：vci<v<vrated
当风速介于风力机切入风速 vci 和额定风 速 vrated 之间时，可以通过控制发电机转 子，让其速度随风速变换，从而获得最 大风能转换效率。
区域A：v<vci
当风速小于风力机 切 入 风 速 Vci 时 ， 由于此时的风能无 法为风力机转子提 供起动转矩，所以 风力机不能转换电 能。
直流电动机特性曲线
而直流电动机功率和转矩特性分别与其转速成二次方和线性 而直流电动机功率和转矩特性分别与其转速成二次方和线性 关系， 关系，所以也存在最佳转速 所以也存在最佳转速和 最佳转速和最佳转矩运行点 最佳转矩运行点。 运行点。 通过调节直流电动机的电枢电压 通过调节直流电动机的电枢电压， 电枢电压，使直流电动机运行于风力 机的最佳转速或转矩运行点， 机的最佳转速或转矩运行点，就可以模拟风力机的最佳转速 和最佳转矩运行状态。 和最佳转矩运行状态。
24
变桨距和定桨距功率曲线
变桨距具体调节方法
在出现台风时： 变 桨 距 结 构 可 以使 叶片 处 于 顺 桨 ， 使 整个 风力 机 的受力情 况大为改善 ， 以 避 免 大 风 损 害风 力发 电机组。
紧急停机或有故障时： 变桨距结构可以使叶片 迅速顺桨到90o ，风轮速 度降低，减小风力机负 载的冲击，延长发电机 组的使用寿命。
10
“爬山法” 爬山法”算法流程
传统的风力机最大风能捕获算法称为“ 传统的风力机最大风能捕获算法称为 “ 爬山法” 爬山法 ” ， 也称为“ 也称为 “ 扰动观 测法” 测法”，其算法流程如图所示。 其算法流程如图所示。
“爬山法”算法流程图
11
提 纲
最大风能捕获 风力机模拟 变桨距控制
12
风力机模拟系统的功能
提 纲
最大风能捕获 风力机模拟 变桨距控制
1
空气动力学中相关基本公式（ 空气动力学中相关基本公式（一）
风力机的输入功率 风力机的输入功率是 输入功率是：
Pv = 1 1 2 3 ρ Av 3 = ρπ Rw v 2 2
式中， 式中 ， ρ 为空气密度； 为空气密度 ； A为风力机叶片扫掠面积； 为风力机叶片扫掠面积 ； Rw 为叶片半径； 为叶片半径；v为风速。 为风速。 风力机的输出功率 风力机的输出功率是 输出功率是：
13
直流电动机数学模型
Ea = K Eωm Te = KT I a KT = K E = Laf I f dω J = Te − sgn (ωm ) TL − Bmωm − T f dt U = Ea + I a Ra P = Teωm P = KT U − K E ωm ωm Ra
式中， 式中 ，U为电枢电压； 为电枢电压；Ra为电枢电阻； 为电枢电阻；Ea为反电动势 ；Te、 TL、 Tf分别为电磁转矩、 分别为电磁转矩、负载转矩和静摩擦转 矩； KT、 KE分别为电动势常数和转矩常数； 分别为电动势常数和转矩常数； ωm为直 流电动机角速度； 流电动机角速度；Ia、If分别为电枢电流和励磁电流； 分别为电枢电流和励磁电流； Bm为粘滞摩擦系数。 为粘滞摩擦系数。
定义： 定义 ： 沿桨叶的纵轴旋转叶片， 沿桨叶的纵轴旋转叶片 ， 控制风轮的能量吸收， 控制风轮的能量吸收 ， 保持一定的输出功率。 保持一定的输出功率。 优点： 优点：机组起动性能好， 机组起动性能好，输出功率稳定， 输出功率稳定，停机安全等。 停机安全等。 缺点： 缺点：增加了变桨距装置， 增加了变桨距装置，控制复杂。 控制复杂。
功能： 风力机模拟系统（WTS）可以在不依 赖于环境和风力机的情况下模拟风力机 特性，可以模拟不同特性的风力机。 可以任意设定风速的变化曲线，方便 了实验室对风力发电系统的研究。 可以用于风力发电系统及其部件的开 发和测试。 风力机模拟系统采用交流电动机或直流电动机均可。 风力机模拟系统采用交流电动机或直流电动机均可 。 由 于 直流电动机易于控制且控制性能良好 直流电动机 易于控制且控制性能良好， 易于控制且控制性能良好 ， 所以作为实验 室用风力机模拟系统非常合适。 室用风力机模拟系统非常合适。