（1）功率控制系统
功率控制系统如图2-12所示，它由两个控制环节组成。外环通过测量转速产生功率参考曲线。内环是一个功率伺服环，它通过转子电流控制器（RCC）对发电机转差率进行控制，使发电机功率跟踪功率给定值。如果功率低于额定功率值，这一控制环将
通过改变转差率，进而改变桨叶节距角，使风轮获得最大功率。
（2）转子电流控制器原理[8]
转子电流控制器由快速数字式PI控制器和一个等效变阻器构成。它根据给定的电流值，通过改变转子电路和电阻来改变发电机的转差率。在额定功率时，发电机的转差率能够从1%到10%（1515到1650rmin）变化，相应的转子平均电阻从0到100%
变化。当功率变化即转子电流变化时，PI调节器迅速调整转子电阻，使转子电流跟踪给定值，如果从主控制器传出的电流给定值是恒定的，它将保持转子电流恒定，从而使功率输出保持不变。
图2-13 转子电流控制器原理图
从电磁转矩的关系式来说明转子电阻与发电机转差率的关系。发电机的电磁转矩为
T??mpUe1212''??? (2-3) R2S??1?R?RS??X1?X2??12????式中 P—电机极对数；
m1—电机定子相数；
?1—定子角频率,即电网角频率；
U1—定子额定相电压；
S—转差率；
R1—定子绕组的电阻； X1--定子绕组的漏抗；
'—折算到定子侧的转子每相电阻； R2X?--折算到定子侧的转子每相漏抗。
式中只要R2'S不变，电磁转矩Te就可以不变，发电机的功率可保持不变。当风速变大时，风轮及发电机上的转速上升，即发电机的转差率S增大，只要改变发电机的
转子电阻即可保持输出功率不变。RCC控制单元有效地减少了变桨距机构的动作频率及动作幅度，使得发电机的输出功率保持平衡，实现了变桨距风力发电机组在额定风速以上的额定功率输出，有效地减少了风力发电机因风速的变化而造成的对电网的不良影响。
3.5 变桨距风力发电机组控制系统
3.5.1 风力发电机组的变桨距控制系统模型
变桨距风轮机的桨叶静止时节距角为90°，当风速达到起动风速时桨叶向0°方向转动，直到气流对桨叶产生一定的攻角后风轮才起动。当风速达到或超过额定风速后，风力发电机组进入额定功率状态，将转速控制切换为功率控制，变距系统开始根据发电机的功率信号进行控制。功率反馈信号与额定功率进行比较，功率超过额定功率时，桨叶节距向迎风面积减少的方向转动一个角度，反之则向迎风面积增大的方向转动一个角度。
（1） 桨距角控制输入量模型
根据控制选择器来选择异步发电机的有功功率反馈值或给定值为桨距角控制功率的输入量。
（2） 桨距角控制功率的参照量（Pref）模型
以发电机的额定功率作为控制系统功率输入的参照量，由实际值与其进行比较，根据所得值的大小可以判断功率输出是否稳定，从而可以通过改变桨距角进行功率调节。
4变桨程序设计
4.1 变桨系统的基础理论
4.1.1 贝茨(Betz)理论
世界上第一个关于风轮机风轮叶片接受风能的比较完整的理论是1919年由A2贝茨(Betz)建立的。贝茨理论的建立依据的假设条件是假定风轮是理想的，能全部接受风能并且没有轮毂，叶片是无限多，对气流没有任何阻力。而空气流是连续的，不可压缩的，叶片扫掠面上的气流是均匀的，气流速度的方向不论在叶片前或流经叶片后都是垂直叶片扫掠面的(或称为是平行风轮轴线的)，满足以上条件的风轮称为“理想风轮”。
如图1-3所示，我们分析一个放置在移动的空气中的“理想风轮”叶片上所受到的力及移动的空气对风轮叶片所做的功。风吹到叶片上所做的功是将风的动能转化为叶片转动的机械能，则有V2
如果假设空气是不可压缩的，由连续条件可得
S1V1?SV?S2V2?V (4-1)
由流体力学可知气流的动能为
T?0.5mv2 (4-2)
设单位时间内气流流过载面积为s的气体的体积为V，则V?sv。
如果以?表示空气密度，该体积的空气质量m??sv，此时气体所具有的动能为
1 T??sv3 (4-3)
2?的单位是kg/m3；V的单位是m3；v的单位是m/s；T的单位是W。
从风能公式可以看出风能的大小与气流密度和通过的面积成正比，与气流速度成正比，其中?和v随地理位置、海拔、地形等因素而变。
风作用在叶片上的力由欧拉定理求得
F??sv(v1?v2)?m(v1?v2) (4-4)
式中 ?——空气当时的密度
风轮所接受的功率为
P?Fv??sv2(v1?v2) (4-5)
所以经过风轮叶片的风的动能转化
?T?12?sv(v22121?v2)?2m(v21?v2) 式中 ?sv——空气质量
P??T v?v?1?v22 因此，风作用在风轮叶片上的力F和风轮输出的功率P分别为
F?12?s(v21?v22) P?14?s(v221?v2)(v1?v2) 风速V1是给定的，P的大小取决于V2，P是V2的函数，对P微分求最大值得dPdv?1?s(v221?2v1v2?3v2) 24令其等于0，求解方程得
v2?13v1 P827?sv3116max?1?2?27?sv31 16/27=0．593，CP称作贝茨功率系数
P13max?2?sv1CP 而12?sv31正是风速为V1的风能T，故 Pmax?TCp (4-6)
(4-7)
(4-8) (4-9)
(4-10)
(4-11) (4-12) (4-13) (4-14) (4-15)