1．4．9 叶片技术发展趋势
随着风电机组尺寸的增大，叶片的长度也变得更长，为了使叶片的尖部不与塔架相碰，设计的主要思路是增加叶片的刚度。为了减少重力和保持频率，则需要降低叶片的重量。好的疲劳特性和好的减振结构有助于保证叶片长期的工作寿命。
额外的叶片状况检测设备将被开发出来并安装在风电机组上，以便在叶片结构中的裂纹发展成致命损坏之前或风电机组整机损坏之前警示操作者。对于陆上风电机组来说，不久这种检测设备就会成为必备品。
为了增加叶片的个刚度并防止它由于弯曲而碰到塔架，在长度大于50米的叶片上将广泛使用强化碳纤维材料。
为了方便兆瓦级叶片的道路运输，某些公司已经把叶片制作成两段。例如德国Enercon公司的E126 6MW风电机组的叶片由内、外两段叶片组成，靠近叶根的内段由钢制造，外包玻璃钢壳体形成气动形状表面。
智力材料例如压电材料将被使用以使叶片的气动外形能够快速变化。
为了减少叶片和整机上的疲劳负荷，可控制的尾缘小叶可能被逐步引入叶片市场。
热塑材料的应用：LM Glasfibre公司正开展一项耗资8百万欧元的研究项目，目的是用玻璃钢、碳纤维和热塑材料的混合纱丝去制造叶片。一旦这种纱丝铺进模具，加热模具到一定温度后，塑料就会融化，并将纱丝转化为合成材料，这可能会使叶片生产时间缩短50%。
1．4．10 风电场建设和运营的技术水平日益提高
随着投资者对风电场建设前期的评估工作和建成后运行质量的越来越高的要求，国外已经针对风资源的测试与评估开发出了许多先进测试设备和评估软件。在风电场选址，特别是选址方面已经开发了商业化的应用软件。在风电机组布局及电力输配电系统的设计上也开发出了成熟软件。国外还对风电机组和风电场的短期及长期发电量预测做了很多研究，取得了重大进步，预测精确度可达90％以上。
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1．4．11 恶劣气侯环境下的风电机组可靠性得到重视
由于中国的北方具有沙尘暴、低温、冰雪、雷暴，东南沿海具有台风、盐雾，西南地区具有高海拔等恶劣气候特点，恶劣气候环境已对风电机组造成很大的影响，包括增加维护工作量，减少发电量，严重时还导致风电机组损坏。因此，在风电机组设计和运行时，必须具有一定的防范措施，以提高风电机组抗恶劣气候环境的能力，减少损失。因此，今年来中国的风电机组研发单位在防风沙、抗低温、防雷击、抗台风、防盐雾等方面着手进行了研究，以确保风电机组在恶劣气候条件下能可靠运行，提高发电量。
1．4．12 低电压穿越技术得到应用
随着风电机组单机容量的不断增大和风电场规模的不断扩大，风电机组与电网间的相互影响已日趋严重。一旦电网发生故障迫使大面积风电机组因自身保护而脱网的话，将严重影响电力系统的运行稳定性。因此，随着接入电网的风力发电机容量的不断增加，电网对其要求越来越高，通常情况下要求发电机组在电网故障出现电压跌落的情况下不脱网运行（fault ride-through)，并在故障切除后能尽快帮助电力系统恢复稳定运行，也就是说，要求风电机组具有一定低电压穿越(lowvoltage ride-through)能力。随着风力发电装机容量的不断增大，很多国家的电力系统运行导则对风电机组的低电压穿越（LVRT）能力做出了规定。我国的风电机组在电网电压跌落情况下，也必须采取相应的应对措施，确保风电系统的安全运行并实现LVRT功能。目前，我国已有多家企业的风电机组产品通过了低电压穿越性能试验。
1．5 小结
随着能源危机程度的加深，世界各国都在加大风能利用和开发，尤其是我国能源耗费相对较大，更要积极开发绿色环保能源。针对我国风力发电面临的问题和挑战，产业初期特别需要加大对研发的投入，随着国家对风电的重视，可再生能源法及实施办法出台，相信我国的风电发展将会快步前进。为了可持续发展，我国的风电发展产业需要借鉴其他产业的经验教训，要重质量，讲效益，走集约发展路线，创造和谐发展蓝图。
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2. 发电机组的基本功能构成及工作原理
2．1 风电机组的基本功能构成
风电机组是一种复杂的机电一体化设备。从能量转换角度看，此类设备大致包括2-1所示的几个功能单元。其中，一次能源转换单元的主要功能是将风能转换为旋转机械能；机械能传递单元的主要作用是传动与制动；发电单元将旋转机械能转换为电能，同时提供必要的并网发电功能；控制与安全系统实现对风电机组起、停机和发电等运行过程的控制，并保证风电机组在任何状态下的安全性。
控制与安全系统 一次能源转换单元 机械能传递单元 发电单元 图2-1 风力发电系统的基本功能构成
（1）一次能源转换单元
风能是风力发电的一次能源，相应的能量转换单元是风电机组的核心部分，包括风轮、功率控制（调速）等部件。风轮是风电机组能量转换单元的关键部件，一般由良好的空气动力外形的叶片、轮毂和相应的功率控制机构组成。一次能源转换单元的主要功能是将风能转换为旋转机械能（转矩），再通过风轮轴驱动与之连接的机械能传递单元和发电单元。
（2）机械能传递单元
机械能传递单元也可简称为风电机组的传动链，连接风电机组的一次能源转换单元与发电单元，使之组成发电系统。该单元一般包括与风轮轮毂相连接的主轴、传动和制动机构等。一般大型风电机组的风轮设计转速较低，需要根据发电单元的要求，通过传动链按一定的速比传递风轮产生的扭矩，使输入发电机的转速满足并网风电机组发电单元的需要。同时，机械能传递单元还要设置可靠的制动机构，以保证风电机组的安全运行。
（3）发电单元
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发电单元一般由发电机和必要的电功率转换系统构成。并网风电机组发电单元可采用异步发电机或同步发电机，将风轮产生的旋转机械能转换为电能。发电单元配置的电功率转换系统，应能够满足并网或其他形式发电的需求。 （4）控制与安全系统
该系统主要功能可分为风电机组运行控制和状态监测两部分：大型风电机组需要自动控制，既能够在无人值守的条件下，保证风电机组的正常和安全运行；同时又要保证风电机组在非正常情况发生时能可靠的停机，以预防或减轻损失。
此外，风电机组还需要有上述功能部件或子系统的支撑结构，如机舱、塔架等；多数风电机组需要设置对风（也称偏航）装置，以保证风轮能够更好的获取风能。
2．2 风电机组的工作原理
在风力发电机组中，存在着两种物质流。一种是能量流，另一种是信息流。两者的相互作用，使机组完成发电功能。风力发电机组的工作原理如图2-2所示。
电网 风 M1 ?1 M2 ?2 P3 变发电压器 制动装置 主传动系统 系统 变桨距系统 转速测量 风力发电机 调速 风速、风向 功率测量 测风系统 控制系统 1． 能量流
当风以一定的速度吹向风力发电机时，在风轮上产生的力矩驱动风轮转动。将风的动能变成风轮旋转的动能，两者都属于机械能。风轮的输出功率为
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偏航系统 图2-2 风电机组的工作原理
P1?M1?1 （1-1）
式中 P1——风轮的输出功率，单位为W； M1——风轮的输出转矩，单位为N·m； ?1——风轮的角速度，单位为1/s.
风轮的输出功率通过主传动系统传递。主传动系统可能使转矩和转速发生变化，于是有
（1-2）
式中 P2——主传动系统的输出功率，单位为W； M2——主传动系统的输出转矩，单位为N·m； ?2——主传动系统的角速度，单位为1/s； ?1——主传动系统的总效率。
主传动系统将动力传递给发电系统，发电机把机械能变为电能。发电机的输出功率为
P2=M2?2= M?1?1
P3?3UIsNNco?（1-3）
N?P 2?2式中 P3——发电系统的输出功率，单位是W； UN——定子三相绕组上的线电压，单位是V； IN——流过定子绕组线电流，单位是A； cos?N——功率因数； ?2——发电系统的总效率。
对于并网型风电机组，发电系统输出的电流经过变压器升压后，即可输入电网 2． 信息流
信息流的传递是围绕控制系统进行的。控制系统的功能是过程控制和安全保护。过程控制包括起动、运行、暂停、停止等。在出现恶劣的外部环境和机组零部件突然失效时应该紧急停机。
风速、风向、风力发电机的转速、发电功率等物理量通过传感器变成电信号传给控制系统，它们是控制系统的输入信息。控制系统随时对输入信息进行加工和比较，及时的发出控制指令，这些指令是控制系统的输出信息。
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