并网型异步风力发电机的控制研究
要很大的液压力，这就要求有很好的密封。
2.3.3 改进后的刹车系统
我们以高低速轴转速差为反馈值，构成一个闭环的控制系统，如图所示。
低 速轴转 刹 车指— + 刹车控 制机构 刹车 高 速轴转比较转速偏差 图2.6 改进后的刹车原理图
这样改进后，只要速度差值在一定的范围内，那么对齿轮箱就不会有太大的冲击。并且运用单片机来完成刹车机构，将采样信号送入单片机，单片机会进行判断处理，控制通往高低速轴上的液压电磁阀的通断，进而控制高低速轴上刹车阀的工作。具体软件流程图如下。
开 高速轴转速N1 低速轴转速N2 额定差值 N 同时投两部刹车 N1=N2=0 │N1-N 2│15 Y 结束 Y 并网型异步风力发电机的控制研究
N 2 N1>N Y 低速 轴松
图2.7 软件流程图
高速轴松2.4 风力发电机组的工作原理
图2.8 风力发电机组的工作原理
偏航系测风系风速、风向 控制系统 风力机 变系统 压发电 P 风 M1 Ω1 主 M Ω 传 22动系制动系 转速测电网 变桨距系调速 功率测16
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2.5 风力机控制
2.5.1 风力机能量转换过程
由流体力学可知，空气流的动能为
12E? mv （2.1）
2 m为空气质量，v是气流速度
密度为ρ的气流流过面积S的气体体积V，M=ρV=ρsv， （2.2）
1 3 则单位时间内气流所具有的动能为 E ? ?Sv2由贝兹理论可知：
前后空气体积相等：S1V1=SV=S2V2 再根据牛顿第二定律可知，单位时间内风轮上所受的力为：
（2.3）
的功率为： P=Fv=ρsv2(v1-v2) 12?E??Sv(v12?v2)(2.4）
2风轮前后动能的变化为：
v1?v2因为风轮吸收的功率就等于风轮前后动能的变化，故可得：v?
2122P?v1 ? v 2 )( v 经过风轮风速的变化产生的功率为： ? S ( v 2) （2.5） 1?418dPv2Pmax? ?Sv13其最大功率可令 ? 0 得 ? v 1 代入可得到最大理想功率为：
327dv2 故
风
轮
吸
收
图2.9 理想风轮气流扫略示意图
2.5.2 风力机的主要特性系数
风力机是风电机组的重要部件之一，对风电系统的性能、效率有着直接的影响。风力机可分为水平轴风力机和垂直轴风力机。水平轴风力机风轮的旋转轴与
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风向平行，而垂直轴风力机风轮的旋转轴垂直于地面或气流方向。风力机在一定风速下如何能够捕获最大风能，必须研究他的特性。
（1）风能利用系数Cp，Cp表示风轮从自然风中收集能量的大小程度。
(2.6)
式中：
指一定时间内叶轮吸收的风能； 指一定时间内刮过叶轮的全部风能； 指风力机的输出功率； 指风力机的输入功率。
（2） 叶尖速比λ
λ可以表示为叶尖线速度与风速之比，即λ=叶尖速度╱风速，表示风轮在不同风速中的状态。λ的值不同，风轮的效率不同。实践表明：当叶尖速度超过100m/s时叶片会被破坏，当叶尖速度超过70～80m/s时会产生严重噪声，故叶尖速度一般控制在小于等于65m/s。
图2.9 叶尖速比与风能利用系数曲线图
（3）异步风力发电机捕获风能模型
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（2.7）
式中：为空气密度；
为风轮扫风面积，
为风能利用系数； 为叶尖速比； 为叶片半径； 为桨距角； 为风速。 若风速一定，则
的大小决定了风电机组机械功率的大小。的大小与和有
；
关，是非线性关系。为了捕获最大风能，即获得最大功率，可以通过调节桨距角和叶尖速比来获得最大的
值。
（4）风电机组运行状态控制
①当②当③当④当
时，风电机组不运行；
时，风电机组部分运行； 时，风电机组全负荷运行； 时，风电机组停止运行。
通常为3～5m/s，是风力机组的切入速度；是额定风速，一般在15m/s
附近；
一般在25m/s，为风力机切出速度。
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