有齿轮箱的风力发电机组
1－叶片 2－轮毂 3－机舱 4－叶轮轴与主轴连接 5－主轴 6－齿轮箱 7－刹车系统 8－联轴器 9－发电机 10－散热器
11－冷却风扇 12－风速仪和风向标 13－控制系统 14－液压系统 15－偏航驱动 16－偏航轴承 17－机舱盖 18－塔架 19－变桨距
第四章 风力机的控制技术
风力发电机组由多个部分组成，而控制系统贯穿到每个部分，相当于风电系统的神经。因此控制系统的好坏直接关系到风力发电机组的工作状态、发电量的多少以及设备的安全。 目前风力发电亟待研究解决的的两个问题：发电效率和发电质量都和风电控制系统密切相关。对此国内外学者进行了大量的研究，取得了一定进展，随着现代控制技术和电力电子技术的发展，为风电控制系统的研究提供了技术基础。
控制系统组成主要包括各种传感器、变距系统、运行主控制器、功率输出单元、无功补偿单元、并网控制单元、安全保护单元、通讯接口电路、监控单元。
具体控制内容有：信号的数据采集、处理，变桨控制、转速控制、自动最大功率点跟踪控制、功率因数控制、偏航控制、自动解缆、并网和解列控制、停机制动控制、安全保护系统、就地监控、远程监控。
常规的控制功能
①在运行的风速范围内，确保系统的稳定运行； ②低风速时，跟踪最佳叶尖速比，获取最大风能； ③高风速时，限制风能的捕获，保持风力发电机组 的输出功率为额定值； ④减小阵风引起的转矩波动峰值，减小风轮的机械 应力和输出功率的波动，避免共振； ⑤减小功率传动链的暂态响应； ⑥控制器简单，控制代价小，对一些输入信号进行 限幅； ⑦调节机组的功率，确保机组输出电压和频率的稳 定。
根据桨叶的控制分类
1 定桨距失速调节
简单可靠，由风速变化引起的输出功率的控制只通过桨叶的被动失速调节实现，没有功率反馈系统和变桨距机构，使控制系统大为简化，整机结构简单、部件小、造价低。
2 变桨距调节
变桨距调节是指通过变桨距机构改变安装在轮毂上的叶片桨距角的大小，使风轮叶片的桨距角随风速的变化而变化，一般用于变速运行的风力发电机，主要目的是改善机组的起动性能和功率特性。变桨距风力机的整个叶片可以绕叶片中心轴旋转，使叶片的攻角在一定范围（0～90o）变化。
3主动失速调节
风速低于额定风速时，控制系统根据风速分几级控制，控制精度低于变桨距控制；当风速超过额定风速后，变桨系统通过增加叶片攻角，使叶片“失速”，限制风轮吸收功率增加。这一点与定桨风机的失速调节类似，称为“主动失速”。
变速恒频风力发电机组的调节与控制
变速恒频是指发电机的转速随风速变化，通过适当的控制得到输出频率恒定的电能。 特点：
1.可大范围的调节转速，使功率系数保持在最佳值，从而最大限度地吸收风能，系统效率高
2.能吸收和存贮阵风能量，减少阵风冲击对风力发电机产生的疲劳损坏、机械应力和转 矩脉动，延长机组寿命，减少噪声
3.可以控制有功功率和无功功率，电能质量高。
调节与控制过程
1
起动时通过调节桨距控制发电机的转速，使发电机转速在同步转速附近，寻找最佳时机并网 2
并网后，在额定风速以下，通过调节发电机的电磁制动转矩使发电机转子的转速跟随风速的变化，保持最佳叶尖速比，确保风能的最大捕获，表现为跟踪控制问题 3
在额定风速以上，采用发电机转子变速和桨叶节距双重调节，利用风轮转速的变化，存贮或释放部分能量，限制风力机获取能量，提高传动系统的柔性，使风力发电机保持在额定值下发电，保证发电机输出功率的更加平稳。
6.4风能政策
6.4.1风能政策工具分类
风能政策工具大体可分为直接和间接政策工具。直接工具作用于风能领域，间接工具主要是为风能发展去除障碍，并促进形成风力资源发展框架。
直接政策工具主要是通过直接影响风力资源部门和市场来促进风能的发展，大体可以分为经济激励政策和非经济激励政策。经济激励政策向市场参与者提供经济激励来加强其在风能市场的作用。非经济激励政策则是通过和主要利益相关者签订协议或通过行为规范来影响市场。协议或行为规范中会应用惩罚来保证政策实施效果。
另一种分类方法是按照工具在价值链中作用的阶段来划分。从政府对风能发电的政策上来看，价值链可以被简单地分为研发、投资、电力生产和电力消费四个阶段。
6.4.2主要风能政策简介
（1）长期保护性电价
长期保护性电价（feed-in tariffs）是以价格为基础的一项政策，该政策明确说明为风电支付的价格，是一种促进风电生产的机制。长期保护性电价提供给风电开发商的是得到担保的电力销售价格，以及电力公司的购电合同，以保障他们在项目周期内的收入。如长期固定回购价提前设置了一定条件下电力生产的回购价；竞价体系下，管理机构决定由风能生产的电量，并且请项目开发者投标决定自己生产的电量，中标的开发者得到一定期限内的电价承诺。对风力发电站的标准化并网要求是长期保护性电价中常规而重要的组成内容。价格水平和期限可以
发生变化，但是一般执行中都保证价格水平和销售合同期限具有足够的吸引力，以保证风能的发展。
（2）配额制
长期保护性电价和配额制都是政府为培育风能市场而制定的强制性政策。但是不同于长期保护性电价的是，配额制是以数量为基础的政策，该政策规定在指定日期之前，市场必须生产、销售、分销目标数量的可再生能源（大部分为风能）。配额制还规定了可再生能源达标的责任人，并明确对未达标企业的惩罚措施。就目前实施的情形看，配额制倾向于对价格不做规定而由市场来决定。为使市场得到最优配置，配额通常是可在公司间交易的。可交易绿色证书就是这个系统中不可缺少的部分。
配额制中，政府会要求所有电力公司或零售供应商购买一定数量的可再生能源电力。对配额制而言，允许有许多设计差别，这一政策也可以与其他政策，例如特许权招标、英国的非化石燃料公约（NFFO）或公共效益基金结合实施。
（3）公共效益基金 在美国和国际上，公共效益基金已被广泛地用来支持风能的发展。随着配额制、并网电价、税收激励政策的采用，近年来，用公共效益基金资助的项目对于风能迅速发展起到了至关重要的作用。
公共效益基金就是用来获得公共效益、包括鼓励风能发展的基金。风能公共效益基金项目可以以多种方式进行筹资。在美国，一个通常的做法是在电价上加上小额附加费来筹集基金。在其他情况下，基金可以通过所得税或其他特殊的筹集方式来建立。不管是何种来源，基金必须是基于公平和非歧视的基础上来筹集。确保那些从风能产品中受益的人们支付其份额。
公共效益基金的优点包括：1不管是什么样的电力部门结构，公共效益基金都可被采用；2公共效益基金可以以一种公平而非歧视的方式收集；3公共效益基金可在基金的使用上提供最大的灵活性；4此政策的成本可预先得知。最主要的不足之处就是要找到一个适当的政治上可行的筹资手段。
一旦基金被筹集上来，该基金必须被用到风能企业和机构以鼓励项目的开发。可以采用多种多样的做法来分配风能基金。通常的做法包括：竞标和建立标准首期折扣。在过去，一种常用的方法是给可再生资源项目拨款。现在，用产出为主的支持（例如发电量）来鼓励风能项目的有效运作是常用的做法。 （4）特许权招标
这里把特许权招标定义为采用政府监管的竞争性程序，通过与风能发电厂商签订的长期电力购买协议来实现计划目标。每一轮竞标必须事先制定好评判标准。例如在西班牙，风能项目的竞争不仅在成本方面，而且包括对技术质量、社会经济影响，以及地理和环境方面的考虑。在每一轮竞标中，成本最有效率的项目会得到补贴。这种机制会选择成本最低的项目。为了维持可再生能源供应的多样性，不同技术的可再生能源的出价并不相同。也就是说，风能项目只和风能项目竞争，而不会和生物质能源项目竞争。
特许权招标是长期保护性电价和配额制的变化形式，两者的主要区别是，电价和合格的项目是通过竞标程序来选择的。像并网法规一样，招标政策保证在确定期间内，以指定价格从合格的风能发电站购买电力。而两种政策的区别是电价的制定方式不同，以及哪些风力发电厂商具有参与资格。长期保护性电价制定电价并保证按照该价格从任何一家合格电力公司购买风电，而招标政策采用竞争性投标来选择价格最具优势的项目，然后这些项目获得了签订电力采购协议的资格。通过招标程序，风电开发商提交新建风力发电设施的建议书并表明其接受的电力价格。然后选择电价最低的风电项目，并作出购买这些项目所有发电量的保证。同长期保护性电价一样，获得保证的电力购买协议有助于降低投资者的风险并有助于项目获得融资；所获得的电量可能取决于投标电价（例如投标电价越低，采购量就越大）。而这一策略也可以与强制性数量要求和可接受的投标上限电价结合使用。
6.4.3各国风能政策实践
风力发电作为一种可再生能源和替代能源技术受到了世界各国的重视，对其发展提供了大量的经济扶持，使得风力发电技术经历了研究与开发和试点示范，发展到今天的商业化应用阶段，逐步成为发电能源资源的组成部分之一。风力发电技术的快速发展是与各国政府的积极支持和努力相一致的。国外政府，特别是发达国家政府对风力发电的扶持政策大体上经历了三个阶段。
1.科学研究阶段
2.试点示范及工业化生产和工业化应用阶段。 3.商业化应用阶段
美国、德国、丹麦、荷兰、英国、印度风力发电经济激励政策共性分析： 尽管各国扶持政策的方式和内容有所不同，但基本政策框架是相似的。即为风力电提供法律基础和经济优惠政策，用法律手段要求电力公司必须收购风力发电发出的电量，同时又用投资、税收和价格等优惠政策鼓励企业发展风力发电。也就是通常所说的“胡萝卜加大棒“政策。世界各国对风力发电的支持政策大体上可以归纳为以下几点：
（1）明确发展的目的
世界各国发展风力发电的目的有所不同，总起来看有以下几点：
减少对化石燃料或核能的依赖；
减少温室气体和其他有害污染物的排放； 以最小成本满足能源需求；
支持国内工业发展，增加就业机会； 鼓励国内投资和独立发电商的发展；
吸引国外投资者向电力部门投资等。 制定具体的长远发展目标：如西欧和美国都对可再生能源的利用提出了具体的目标；并且是长远之计，并非心血来潮，使得产业界树立长期发展的思想，从