对于变桨距风向，当风速大于额定风速时，控制系统发出变桨距指令，通过变桨距系统改变风轮叶片的桨距角，从而控制风电机组输出功率。在起动和停止的过程中，也需要改变叶片的桨距角。
对于变速型风机，当风速小于额定风速时，控制系统可以根据风的大小发出改变发电机转速的指令，以便使风力发电机最大限度的捕获风能。
当风轮的轴向和风向偏离时，控制系统发出偏航指令，通过偏航系统校正风轮轴的指向，使风轮始终对准来风方向。
当需要停机时，控制系统发出停机指令，除了借助变桨距制动外，还可以通过安装在传动轴上的制动装置实现制动。
实际上，在风电机组中，能量流和信息流组成了闭环控制系统。同时，变桨距系统、偏航系统等也组成了若干闭环的子系统，实现相应的控制功能。
2.3 小结
本章主要从不同的角度分析了风电机组的功能构成以及风电机组的工作原理
3. 风电机组设计的基本内容与步骤
风电机组设计所涉及的学科领域和专业知识较多，而系统的工程设计技术积累和丰富的设计实践经验是保证大型风电机组设计质量的必备条件。
3．1 确定设计目标
与所有大型装备的设计相似，首先需要明确所设计风电机组的设计目标。比如，并网大功率机组与偏僻地区的小型单机设计需求明显不同。因此，针对设计需求，应考虑合理的机组功能构成、电机类型、控制方式、运输和安装方式等影响机组性能指标的主要因素。例如 ， 陆上风电场所需的大型机组通常额定功率范围为 500-2MW ，便于运输、安装、运行和维修。近海风力发电机组的运行环境（如风况、波浪和盐雾等 ） 、安装条件等与陆上有很大差别，基础和运输方式需要重点考虑。此外，检修、维护不便，对可靠性有更高的要求。
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3．2 总体设计
风电机组是比较复杂的机电装备 ， 且要求较好的性价比 。 总体设计是平衡这些关系的重要设计过程 ， 在某种意义上来说 ， 总体设计可以决定整个设计过程的成败 。 由于风电机组由多个功能子系统组成 ， 机组总体设计与各部件或子系统的功能设计密切相关 ， 以针对风轮部件的总体设计为例 ， 就包括了叶片参数 、 气动性能 、 结构强度 、 制造工艺与成本等多方面的设计内容，而这些设计目标很难同时达到，需要权衡各方的比重，选择优化的方案。有鉴于低成本与高可靠性是现代风电机组发展的主要动力和研究热点 ， 如何根据设计目标并结合工程经验 ， 在这些复杂因素之间取得平衡关系 ， 满足尽可能高的设备性价比要求 ， 是风电机组总体设计的关键所在。
以下简要介绍风电机组总体设计的主要任务与大致步骤: （1）风电机组总体设计方案 1 ）总体气动布局方案设计
随着风电机组单机功率的增大，系统气动布局设计逐渐成为风电机组设计重要方面。此阶段的任务主要包括对风场的风况分析，有针对性地对各类可行的功能构成形式和气动布局方案进行比较和选择，并结合机组性能和气动特性的分析和仿真技术，初步确定整机的和各主要部件（子系统）的基本形式，并提交有关的分析计算报告。
2 ）风电机组总体参数设计
风电机组气动设计前须首先确定总体参数，如风轮运行参数、叶片参数、设计风速、尖速比、翼型分布及其气动性能等，总体参数设计的基本要求是发电成本最低、机组载荷最小，发电量多且满足电源品质要求。
3 ）风电机组的总体结构布局设计
此阶段是需要从风电机组的总体功能角度出发，分析各部件、子系统、附件和设备的布置形式与技术要求，开展对各部件和子系统的技术组成、原理分析、结构形式和功能参数选择等工作。同时需要对整机的结构承力构件布置、承载形式和传力路线进行分析，选择合理的设计分离面和接口形式，以便明确划分各部件设计界面，保证总体设计的质量。此阶段的设计要求是尽可能的详尽分析风电机组各子系统构成方案的可行性，使之布置合理、协调、紧凑，便于安装，且能可靠保证 运行和维护三维数字模型，并编
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写有关报告和设计说明文件。
4）载荷分析与风电机组基本性能的预评估
在设计初期，必须对载荷作预评估，以准确确定风电机组的结构设计依据。风电机组应能够承受正常运行中的任何载荷，同时也具备一定的承受极端载荷的能力。最重要的载荷产生于风轮及其叶片，且风轮上的任何载荷都会对其他子系统产生影响。该阶段要注意查阅并依据相关设计标准，结合具体的风电机组运行工况要求，对所有载荷都应予以仔细分析评估。
5）发电成本估算
是影响风电成本的关键因素。在设计早期，可以通过功率曲线来预测风电机组性能，这既是风轮总体设计的重要功能目标之一，同时也受到发电机类型、传动系统效率、运行方式（恒速或变速）以及控制方式的影响。
6）各部件和子系统的设计方案
根据整机总体结构方案，开展包括对各部件和系统的要求、组成、原理分析、结构形式、参数及附件的选择等设计工作。设计有关部件的结构方案模型图和有关系统的原理图，并编写有关的报告和技术说明。
7）配套附件
选择和确定整机配套附件和备件等设备，对新研制的部件要确定技术要求和协作关系。提交协作及采购清单等有关文件。
总体设计阶段将解决全局性的重大问题，必须精心和慎重的进行，要尽可能充分利用已有的经验，以求总体设计阶段中的重大决策建立在可靠的理论分析和试验基础上，避免以后出现不应有的重大反复，导致设计的失误和延期。
上述总体设计的各阶段属于静态设计，设计结果是：风电机组总体设计方案图、总体布置图和设计计算报告、风电机组性能分析与载荷初步分析报告、各部件和子系统的初步技术要求与设计示意图、系统原理图、对制造方面的协作和采购要求清单等，以及对其他有关经济性和使用性能等均应有明确的技术文件。 （2）风电机组结构动力学分析
在初步完成风电机组总体设计的基础上，需要进一步对风电机组动特性进行详细的分析。动特性分析属于风电机组结构动力学研究范畴，主要涉及动载荷分析、振动及结构动特性分析等方面的内容。
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1）动载荷问题
作用于风轮叶片上的周期性气动和机械载荷会引起叶片等构件的动态响应，而此响应反馈于外部气动负荷。因此，这实质上是一种流固耦合响应问题，对风轮等零部件的疲劳会产生影响。同时，叶片等构件的动负载将合成为风轮的动负载，也是风电机组振动的主要振源。
2）振动
风电机组的运行过程中，始终存在持续的周期性的振动，图3-1所示为风轮叶片的两种振动形式。实际上，风轮、发电机、传动系统及其支撑结构等零部件的设计都必须考虑振动问题。振动会引起结构的损伤或破坏，影响设备的可靠性和可用性。 3）稳定性
风电机组载荷存在复杂的耦合关系，可能会导致各种动力稳定性问题的产生。在风电机组发展史上，运行中风轮与其他机体耦合的结构不稳定性问题造成了许多严重的后果。风轮的动力不稳定性，包括变距/挥舞不稳定性（经典颤振）、变距/摆振不稳定性及挥舞/摆振不稳定性等。
（3）风电机组的可靠性设计
风电机组可靠性量化指标，通常以其可利用率来度量。此种量化指标属于广义可靠性范畴，因其同时包括了风电机组可靠性和可维修性等方面的内容。因此，可利用率实际上是一种反应风电机组固有可靠性和运行管理可靠性的综合度量指标。
为保证风电机组有较高的可利用率，在总体设计阶段，对重要零部件和系统应规定可靠性量化指标的要求，可以采用串联模型法，确定有关零部件的可靠性定量要求。对电控系统、安全系统和液压系统等应考虑平均故障间隔时间（MTBF）或平均维修间隔时间（MTBM）和平均维修时间，以满足整机可靠性要求。对重要承载零部件，总体设计中还应规定合理的使用寿命等技术指标。为保护风电机组的安全，对重要的安全系统应采取有余设计。
3．3 风电机组零部件结构设计
（1）风电机组部件结构方案设计
根据确定的总体气动布局、总体技术参数、设计载荷以及风电机组的初步结构方案，
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开展子系统和部件具体结构的设计。
这些子系统或主要的部件有：风轮（包括详细的叶片结构、轮毂、变桨距机构等）、主传动链（包括主轴、联轴器、齿轮箱、制动装置等）、发电机系统、机舱和主机架、偏航系统、塔架和基础等。
（2）设计准则
风电机组的零部件很多，相应的结构设计应根据具体的设计要求，参照合理的设计准则进行详细的设计与校核。其中，有些部件（或构件）应采用刚度设计、强度校核的准则；有些则应首先考虑强度要求，并进行必要的刚度分析。
（3）零部件强度与刚度分析 1）结构的极限强度设计
极限强度设计的基本准则是在极端载荷作用下，保证构件的应力不超过材料许用应力，避免发生静载破坏。对于载荷的波动情况，一般需要通过增加许用安全系数加以解决。
2）构件刚度分析
构件刚度一般是指其抵抗变形的能力，包括在动载荷和静载荷作用的刚度。实际上，构件的刚度分析与强度设计有密切联系，应根据主要构件的具体工况条件和设计要求，考虑合理的刚度指标，并结合强度分析使设计达到优化。
3）结构疲劳强度设计
疲劳破坏是影响承受交变载荷构件的设计寿命的主要失效形式之一。有鉴于风电机组的循环和随机载荷作用条件，许多构件容易发生疲劳失效。因此，需要详细分析主要零部件在风电机组寿命期内的循环应力值和循环次数。
4）零部件的工程详图设计
根据风电机组总体与部件结构设计方案，可以开展风电机组的工程详图设计根据主要构件的具体工作。设计中需要解决设备总体和零部件的装配、加工等具体技术问题，提供详细的设计技术文件，形成设备制造工程的基础。
3．4 样机测试与设计验证
风电机组的原型设计完成后，一般需要制造样机，以通过对样机设计的测试试验，
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