n?60f/p (3-3)
式中 p——发电机的极对数；
n——同步转速r/min。 11风力发电机的全效率 ○
风力发电机的全效率为风轮叶片接受风能的效率?1、增速器的效率?2、发电机的效率?3、传动系统效率?3等的积
???1??2??3??4 (3-4)
3.2.3 控制系统主要参数
（1）主要技术参数
○
1主发电机输出功率（额定） ○
2发电机最大输出功率 ○
3工作风速范围 ○
4额定风速 ○
5切入风速（1min平均值） ○
6切出风速（1min平均值） ○
7风轮转速 ○
8发电机并网转速 ○
9发电机输出电压 ○
10发电机发电频率 ○
11并网最大冲击电流（有效值） ○
12电容补偿后功率因数 （2）控制指标及效果
○
1方式 ○
2过载开关 ○
3自动对风偏差范围 ○
4风力发电机组自动起、停机时间○
5系统测量精度 ○
6电缆缠绕2.5圈自动解缆 ○
7自动解缆时间 ○8手动操作响应时间 (3)保护功能
○
1超电压保护范围 Pe?KW? 1.P2e?KW? 4?2m5s/ Ve?m/?s 4m/s 25ms/ N?r/mi?n 1000/1?500r20
V?10% 50Hz?0.5Hz 1.5Ie 0.6?0.92 专用微控制器 690V,660A ?15? 60S ?0.5% 55min 5S 连续30S1.3Ue?V?
2欠电流保护范围 连续30S1.3I?A? ○
3风轮转速极限 40r/min ○
4发电机转速极限 1800r/min ○
5发电机过功率保护值 连续60S1.2P?KW? ○
6发电机过电流保护值 连续30S1.5I?A? ○
7大风保护风速 连续600S25r/min ○
8系统接地电阻 4? ○
9防雷感应电压 3500V ○
eee
3.2.4 控制系统工作原理[6]
主开关合上后，风力发电机组控制器准备自动运作。首先系统初始化检查控制程序、微控制器硬件和外设、传感器来的脉冲及比较所选的操作参数备份系统工作表，接着就正式起运。起动的第一秒内先检查电网、设置各个计算器、输出机构初始工作状态及晶闸管的开通角。所有这些完成后，风力发电机组开始自动运行于风轮的叶尖本来是90°，现在恢复为0°，风轮开始转动。计算机开始时监测各个参数、输入，判断是否可以并网，判断参数有否超过极限、执行偏航、相位补偿、机械制动或空气制动。其中相位补偿的作用在于使功率因数保持在0.95至0.99之间。
3.2.5 风力发电机组的变距控制原理
(1)变桨距风力发电机组的控制方式
风力发电机组的变距系统主要包括两种控制方式，即并网前的速度控制与并网后的功率控制。由于异步发电机的功率与转速是严格对应的，功率控制最终也是通过速度控制来实现的。
变桨距风轮的叶片在静止时节距角为90°，这时气流对叶片不产生力矩，整个叶片实际上是一块阻尼板。当风速达到起动风速时，叶片向0度方向转动，直到气流对叶片产生一定的功角，风轮开始起运。风轮从起运到额定转速，其叶片的节距角随转速的升高是一个连续变化的过程。根据给定的速度参考值调整节距角，进行所谓的速度控制。
当转速达到额定转速后电机并入电网。这时，电机转速受到电网频率的牵制变化不大，主要取决于电机的转差，电机的转速控制实际上已转为功率控制。为了优化功率曲线，在进行功率控制的同时通过转子电流控制器对电机转差进行调整，从而调整风轮转速。当风速较低时，风轮转差调到很小(1%)，转速在同步速附近；当风速高于额定风速时，电机转差要调整到很大（10%），使叶尖速比得到优化，使功率曲线达到理想的状态。
（2）变距控制[7]
变桨距控制系统实际上是一个随动系统，变距控制器是一个非线性比例控制器，它可
以补偿比例阀的死带和极限。变距系统的执行机构是液压系统，节距控制器的输出信号经D/A转换后变成电压信号，控制比例阀（或电液伺服阀）驱动油缸活塞推动变距机构，使叶片节距角变化。活塞的位移反馈信号由位移传感器测量，经转换后输入比较器。
3.3 风力发电系统的控制策略
在风力发电控制系统中，风轮机应在转速极限和功率极限内追求在最佳Cp目标曲线附近运行，应当把动能转换作为设计策略的重点加以规划；当达到转速限值
和功率标称值时，要及时准确的进行调节，以使输出功率平稳。必须分清异步发电机和功率变换器的绝对极限和常用上限的差别，尽量减小对电网的污染。下面概述的风力发电系统的各种控制策略在国内外大中型并网发电的风力发电机中均有应用。
3.3.1 风轮机的气动特性[8]
风轮机通过叶片捕获风能，将风能转换为作用在轮毂上的机械转矩。风轮机的特性通常用风能转换效率Cp-尖速比λ曲线来表示，图2-2是一条典型的Cp-?曲线。尖速比可表示为
??式中 ?m为风轮机的机械转速(rad/s)；
R为叶片半径(m)；
?mRv （2-1）
v为来流的线性风速(m/s)。 根据风机叶片的空气动力特性，风能转换效率CP是尖速比λ和桨矩β的函数，即CP?f??,??。典型CP与?和?的关系可用图2-3来表示。由图中可见，对于同一个CP值风轮机可能运行在A和
B两个点，它们分别对应于风轮机的高风速运行区和低风速运行区，当风速发生变化时风轮机的运行点将要发生变化。
在恒频应用中，发电机转速的变化只比同步转速高百分之几，但风速的变化范围可以很宽。按(2-1)式，尖速比便可以在很宽范围内变化(取决于叶片设计)，风轮机捕获风力可以写成
3 P (2-2) ?0.5?SCVP机械式中 P是气动功率(W)； 机械?是空气密度(kg/m3)；
A是扫掠面积(m2)；
CP是风轮机的功率系数。
由(2-2)式可知，风机整体设计和相应的运行控制策略应在追求CP最大的情况下进行相应的调整，便可增加其输出功率。如图2-4所示是理想风轮机的功率曲线。
从理论上讲风轮机组的输出功率是无限大的，它是风速立方的函数。但在实际应用中，它却受到了如下的限制：
（1）功率限制：由于构成电路的所有电气元件都受到了功率限制；
(2)转速限制：由于系统中的齿轮箱、电机都存在转速的上限。
因而风轮机的运行存在三个典型区：在低风速段，按恒定CP途径控制风轮机直到转速达到极限；然后按恒定转速控制风轮机，直到功率最大；功率最大后，风轮机按恒定功率控制。
3.3.2 定桨距风力发电机的控制策略
传统概念的风力发电机一般都是上风向、三叶片的风轮机，通过齿轮增速箱来驱动异步发电机，并与电网相连来发电的。风轮机的功率调节完全依靠叶片的气动特性的风力发电机组称为定桨距风力发电机组。风轮机吸收的功率随风速不停地变化，发电机工作于同步转速附近，而风电机组的设计一般在额定功率时风轮的转换效率CP在最佳区段。当风速超过额定风速时，为了保持发电机输出功率恒定，必须通过叶片失速效应特性来降低CP值，以维持输出功率的恒定。对于定桨距系统，发电机正常工作的滑差小于1%，允许滑差范围一般在5%以内，而风速的变化范围却很大。从
CP?f??,??的函数关系来看，难以保证在额定风速之前使CP值达到最大，特别是在低风速段。通常系统设计有两个不同功率、不同极对数的异步发电机，以满足不同风速的要求。大功率高转速的异步发电机工作于高风速区，小功率低转速的异步发电机