《风力发电原理》教案

第1章绪论风力发电过程中，风轮将风能转化机械能，发电机将机械能转化电能在能量转化与传递过程中，风能的特性是决定因素自然风是一种随机的湍流运动，影响风电机组中机械设备、电气设备的稳定性，对电网造成冲击风能是太阳能的一种表现形式风能密度高低关系到风电度电成本高低1.1风的形成温度不是独立参量，而是系统的几何参量、力学参数、化学参数和电磁参量的函数大气运动遵循大气动力学和热力学变化的规律。空气运动与大气压力的分布及变化静力学方程：当dz>0时，dp<0，即气压是随高度的增加而减小的。气压随高度增加而减少的快慢主要取决于空气的密度。某一高度z上的气压等于从该高度直到大气上界的单位截面积空气柱的重量。这是大气静力学气压定义。单位气压高度差（气压差）：在垂直气柱中，每改变单位气压时所对应的高度差气压愈低（即温度愈高），单位气压高度差愈大温度愈高，单位气压高度差愈大1.1.1大气环流环流原因：日地距离和方位不同，所接受的太阳辐射强度各异科氏力：由于地球自转形成的地球偏向力的存在，这种力称为科里奥利力，简称偏向力或科氏力。在此力作用下，在北半球使气流向右偏转，在南半球使气流向左偏转。三圈环流

1.1.2季风环流季风环流 季风：在一个大范围地区内，它的盛行风向或气压系统有明显的季风变化。这种在一年内随着季节的不同，有规律转变风向的风 东北亚季风和南亚季风对我国天气气候变化都有很大影响形成季风环流的因素：海陆差异：冬季，风从大陆吹向海洋；夏季，风从海洋吹向大陆行星风带的季节转换转换：5个风带在北半球的夏季向北移动，冬季向南移动地形特征：青藏高原季风指数它是由地面冬夏盛行风向之间的夹角来表示的，当夹角在120°-180°之间，认为是属于季风，然后1月和7月盛行风向出现的频率相加除以2，即I=（f1+f2）/2为季风指数 I>40%季风区 I=40%-60%为较明显区季风区 I>60%为明显季风区。局地环流海陆风：以日为周期（湖陆风）山谷风

1.1.3风力等级根据风速大小来划分的。国际上采用英国人蒲福于1805年所拟定的，称为“蒲福风级”。从静风到飓风共分为13级。1946年以来风力等级修改，由13级变为17级。风级称谓一般描述m/s0无风calm烟直上<0.31软风lightair仅烟能表示风向，但不能转动风标0.3-1.52轻风slightbreeze人面感觉有风，树叶摇动，普通之风标转动1.6-3.33微风gentlebreeze树叶及小枝摇动不息，近期飘展3.4-5.44和风freshbreeze尘土及碎纸被风吹扬，树分枝摇动5.5-7.95清风strongbreeze有叶小树开始摇摆8.0-10.76强风neargale树木枝摇动，电线发出呼呼啸声，张伞困难10.8-13.87疾风gale小树枝被吹折，步行不能前进13.9-17.18大风stronggale建筑物有损坏，烟囱被吹倒17.2-20.79烈风violentstrom树被风拔起，建筑物有相当破坏20.8-24.410狂风storm极少见，如出现必有重大灾害24.5-28.411暴风violentstorm28.5-32.612飓风hurricane32.7-36.9风力等级换算

1.1.4风的测量测风系统风的测量包括风向测量和风速测量风向测量：风的来向风速测量：单位时间内空气在水平方向上所移动的距离组成传感器：将模拟信号转换成数字信号。包括：风速传感器、风向传感器、温度传感器、气压传感器主机：对传感器发出的信号进行采集、计算和存储，由数据记录装置、数据读取装置、微处理器、就地显示装置组成数据存储装置：电源：提高系统工作可靠性，要求两备用电源安全与保护装置：要求在输入信号和主机、环境之间增设保护和隔离装置。提高数据准确的可靠性风速测量风速计旋转式风速计：风杯和螺旋桨叶片，最常用的传感器是风杯压力式风速计：利用流体的全压力与静压力之差来测定风的动压散热式风速计：被加热物体的散热速率与周围空气的流速有关声学风速计风速记录机械式，电接式，电机式，光电式风速表示风速大小与风速计安装高度和观测时间有关高度：10m时间：2min，10min和瞬时风速。风能资源计算时选用10min平均风速风向测量分类：单翼型、双翼型和流线型等组成：尾翼、指向杆、平衡锤和旋转主轴传送和指示方法：电触点盘、环形电位、自整角机和光电码盘。最常用的是光电码盘风向杆的安装方位指向正北

1.2风能资源1.2.1风能的特点在1个标准大气压、0℃条件下，空气的密度是淡水密度的1.293‰，淡水密度是空气密度的773.3倍风能资源的储量取决于这一地区风速的大小和有效风速的持续时间风吹过后必须经过前后、左右各10倍直径距离后才能恢复到原来的速度理论开发风能储量：实际可开发量：全国风能实际可开发量为2.53×1011W有效风能密度和可利用的年累计小时两个指标表示等级年有效风功率密度W/m2风速年累计小时数h年平均风速m/s风资源丰富区>200>5000>6风资源次丰富区200-1505000-40005.5风资源可利用区150-1004000-20005风资源贫乏区<100<20004.5风资源丰富区风资源次丰富区风资源可利用区风资源贫乏区东南沿海、山东和辽东半岛沿海及岛屿内蒙古和甘肃北部松花江下游地区沿海地区三北地区青藏高原中部和北部地区两广沿海大、小兴安岭山地三北中部以四川为中心雅鲁藏布江河谷塔里木盆地西部

1.2.2中国风能资源分布特点

1.3风能的数字描述1.3.1风特性100m高度以下的地表层的风风特性分为平均风特性和脉动风特性平均风特性包括：平均风速平均风向风速轮廓风频曲线脉动风特性包括：脉动风速脉动系数风向湍流强度平均风速和风向瞬时风速由平均风速和脉动风速组成：平均风速：不同时距计算平均风速时，其值不同，时距10min到1h范围内功率谱曲线比较平坦我国规范规定的时距为10min我国规范规定的高度为10m平均风向风向一般由16个方位表示，即北东北（NNE）、东北（NE）、东东北（ENE）、东（E）、东东南（ESE）、东南（SE）、南东南（SSE）、南（S）、南西南（SSW）、西南（SW）、西西南（WSW）、西（W）、西西北（WNW）、西北（NW）、北西北（NWN）、北（N）。静风记为C平均风向以正北为基准，顺时针，东风为90°，南风为180°，西风为270°，北风为360°脉动风速在某时刻t，空间某点上的瞬时风速与平均风速的差值，其时间的平均值为零：湍流强度：描述风速随时间和空间变化的程度，反映风的脉动强度，是确定结构所受脉动风载荷的关键参数。湍流强度描述风速随时间和空间变化的程度，反映风的脉动强度，是确定结构所受脉动风载荷的关键参数。湍流强度：10min时距的脉动风速均方根与平均风速的比值：与离地高度与地表面粗糙度有关阵风因子：阵风持续期内平均风速的最大值与10min时距的平均风速之比持续期越大，对应的阵风因子越小阵风系数同湍流强度有关，湍流强度越大，则阵风系数越大湍流功率谱密度形成原因：许多不同尺度的涡运动组合而成的，空间某点的脉动风速是由不同尺度的涡在该处形成的各种频率的脉动叠加而成的作用：描述涡流中不同尺度的涡的动能在湍流脉动动能所占的比例平均风速和风向的表示风（向）玫瑰图：根据各方向风出现的频率按相应的比例长度绘制在图上盛行风向风向旋转方向最小风向频率平均风速和风向的表示风能玫瑰图：反映风能资源，包含风向和风速的信息风向频率：在一段时间内各种风向出现的次数占观测总次数的百分比风速频率：在一个月或一年的周期中发生相同风速的时数占这段时间刮风总时数的百分比。直线的长度表示一年内这个方向的风的时间百分数生产中用到图种类风速分布图风功率密度分布图风速功率密度月变化图风速功率密度日变化图风向玫瑰图风功率玫瑰图风速和功率分布月风向玫瑰图月风能玫瑰图月风速功率玫瑰图平均风速随高度变化在大气边界层中，平均风速随高度发生变化，其变化规律称为风剪切或风速廓线风速廓线符合对数律分布或指数分布对数律分布在近地层中，造成风在近地层中的垂直变化的原因有动力因素和热力因素指数律分布α值的变化与地面粗糙度有关类别α值场所A0.12近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠B0.16田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的中小城镇和大城市郊区C0.20密集建筑物群的城市市区D0.30密集建筑群且建筑面较高的城市市区

1.3.2风能公式空气密度p—气压，hPat—气温，℃e—水汽压，hPa风的统计特性的重要形式是风速的频率分布，资料的长度至少有3年以上的观测记录，风电场前期的风资源测量工作要求1年以上，且数据的完成率为95%风速的统计特性威布尔分布其中，k和c为威布尔分布的两个参数，k称为形状参数，c称为尺度参数c=1，标准威布尔分布k=1，指数型；k=2，瑞利分布；k=3.5，正态分布风速频率分布一般为偏态，风力愈大的地区，分布曲线愈平缓，峰值降低右移风能公式风能：风功率：平均风能密度和有效风能密度风能密度平均风能密度实际应用，计算某地年（月）风能密度：

第2章风力发电的基本原理2.1工作原理为什么大型并网风力机仅到20世纪的中后期才获得应用？常规发电还能满足需要，社会生产力水平不够高，还无法顾及降低环境污染和解决偏远地区的供电能够并网的风力发电机的设计与制造，只有在现代高技术出现后才有可能，20世纪初期是造不出现代风力发电机风力机风轮运转（叶片旋转）工作原理当气流流经上下翼型形状不同的叶片时，因凸面的弯曲而使气流加速，压力较低，凹面较平缓，使气流速度减缓，压力较高，因而产生作用于叶面的升力。现代风力发电的原理利用风力带动风轮叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促进发电机发电两种物质流能量流信息流：控制系统的功能是过程控制和安全过程。过程控制包括起动、运行、暂停、停止信息流的作用变桨距风机根据风速变桨变速型风机根据风速变速根据风向变化对风需停机时，执行气动刹车和机械制动风力机的主要组成机械组成：风轮、机舱、塔架和基础功能构成：变桨系统、发电系统、主传动系统、偏航系统和控制系统风轮作用：把风的动能转变为机械能的重要部件要求：强度高、重量轻材料：玻璃钢或其他复合材料（如碳纤维）发电机作用：由风轮得到的恒定转速，通过升速传递给发电机均匀运转，把机械能转变为电能的装置塔架作用：支承风轮、尾翼和发电机的构架要求：高且强度高

2.2风力发电基本原理1919年德国的A·贝茨（Betz）理论贝茨（兹）假设风轮没有锥角、倾角和偏角，全部接受风轮风能（没有轮毂），叶片无限多，对空气流没有阻力风轮叶片旋转时么有摩擦阻力；风轮前未受扰动的气流静压和风轮后的气流静压相等风轮流动模型可简化成一个单元流管，不考虑尾流旋转作用在风轮上的推力是均匀的贝茨理论质量守恒欧拉定理（动量定理）风轮吸收额功率为动能定理能量守恒求P的最大值当则理论最大效率（理论风能利用系数）：风力机实际吸收的有用功率为:推导过程所用理论质量守恒欧拉定理（动量定理）动能定理能量守恒叶素理论1889年，RichardFroude提出叶素理论作用：从叶素附近流动来分析叶片上的受力和功能交换叶素：风轮叶片在风轮任意半径r处的一个基本单元，它是由r处翼型剖面延伸一小段厚度dr而形成叶素叶素理论假设叶片分割成无限多个叶素，每个叶素厚度无限小，叶素为二元翼型叶素都是独立，之间不存在相互作用，通过各叶素气流不相互干扰忽略叶片长度的影响叶素剖面和气流角、受力关系升力：阻力：合速度：进一步计算的 其中 周推力：转矩：涡流理论涡流流动假设忽略叶片翼型阻力和叶梢损失的影响忽略有限叶片数对气流的周期性影响叶片各个径向环断面之间相互独立风轮涡流示意图涡流引起的风速可看成是由3个涡流系统叠加的结果中心涡：转轴上附着涡：叶片上螺旋涡（自由涡）：叶片尖部在风轮旋转平面处气流的轴向速度：其中，α为轴向诱导因子；风轮变径r处的切向速度

第3章风力机风力发电的优越性建造费用低廉产生电力无需其他任何消耗没有环境污染运行简单，无人值守实际占地少3.1风力机概念风力机是以风力作能源，将风力转化为机械能而做功的一种动力机一种能截获流动的空气所具有的动能并将风轮叶片迎风扫掠面积内的一部分动能转化为有用机械能的装置又称风动机、风力发动机和风车

3.2风力机的分类按风力机风轮轴所在的空间位置来分水平轴风力机：风轮轴平行或接近平行于水平上风向风力机下风向风力机垂直轴风力机：风轮轴垂直于水平面按风力机功率大小来分微型风力机：1kW以下小型风力机：1~10kW中型风力机：10~100kW大型风力机：100~1000kW巨型风力机或兆瓦级风力机：1000kW以上按正常工作状态下的转速分：高速风力机：叶尖速比λ（高速性系数）大于3低速风力机按叶片数目的多少分少叶（翼）式风力机：叶片数目小于或等于4片多叶片风力机按叶片工作原理分升力型风力机阻力型风力机按叶片升力翼型的形状分螺旋桨式达里厄式按功率调节方式分定桨距风力机普通变桨距型（正变距）风机主动失速型（负变距）风机按传动形式分高传动比齿轮箱型（双馈型）直接驱动型中传动比齿轮箱型（半直驱）

3.3水平轴风力机水平轴风力机的优势升力比阻力大得多升力装置可以得到较大的叶尖速比λ价格和功率之比较低上风式风力机：水平轴风力机的风轮在塔架的前面迎风旋转固定桨距：在高风速时依靠叶片翼型及叶片内部构造达到自动失速以限制风力机转速及输出功率的目的桨距可调：分全翼展桨距可调及部分翼展可调风轮作用：将风能转化为机械能，是风力发电机接收风能的部件叶片的翼型和材料强度决定了风轮吸收风能的效率和叶片寿命相对轮毂安装叶片转动的称变桨距风轮风力发电机直流发电机同步交流发电机异步交流发电机交流永磁发电机塔架作用：用来支撑风力机及机舱内（或机座上）各种设备，并使之离开地面一定高度，以使风力机能处于良好的风况环境下运转机舱（或机座）作用：用来支撑风轮以及与风轮相连的齿轮传动（变速）装置、调速装置及调向机构等调向装置使风轮能随着风向的变化随时都迎着风向，以最大限度地获取风能调速装置当风速不断变化时使风轮的转速维持在一个接近稳定不变的范围内。刹车制动装置使风力发电机停止动转的装置增速器及联轴器由于风轮的转速低而发电机转速高，为匹配发电机，要在低速的风轮轴与高速的发电机轴接一个增速器高速联轴器：增速器与发电机之间低速联轴器：风轮轴与增速器之间

3.4垂直轴风力机优点寿命长，易安装利于环保无需偏航对风叶片制造工艺简单叶片仅受沿展向的张力无塔影效应运行条件宽松缺点风能利用率启动风速增速结构难控制易失速加工工艺不成熟达里厄型风力机旋转涡轮式风力机

第4章风力发电机组4.1风力发电机组的分类和构成风力发电机组的分类根据风力机轴的空间位置分类水平轴风力发电机组风轮围绕一个水平轴旋转，风轮的旋转平面与风向垂直垂直轴风力发电机组风轮的旋转轴垂直于地面或气流方向，可以接受来自任何方向的风，无须对风；齿轮箱和发电机可以安装在地面上，减轻风力机发电机组承重，且方便维护叶片越多，转得越慢，叶片数多的风力机通常称为低速风力机，它在低速运行时，有较大的转矩。它的启动力矩大、启动风速低，因而适用于磨面、提水叶片数目少的风力机通常称为高速风力机，它在高速运行时有较高的风能利用系数，但启动风速较高，适用于发电根据风轮的迎风方式分类上风型水平轴风力发电机组风首先通过风轮再穿过塔架，风轮总是面对来风方向，风轮在塔架“前面”，必须有某种调向装置来保持风轮迎风下风型水平轴风力发电机组风首先通过塔架在穿过风轮，风轮在塔架“后面”，能够自动对准风向。根据风轮与发电机之间的连接方式分类变速式风力发电机组带有增速齿轮箱直驱式风力发电机组风轮直接驱动同步多极发电机根据叶片能否围绕其纵向轴线转动分类定桨距式风力发电机组当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化，在转速恒定的条件下，风速增加超过额定风速时，如果风流与叶片分离，叶片将处于“失速”状态，风轮输出功率降低变桨距式风力发电机组风速变化时，桨叶的迎风角能随之变化根据发电机组负载形式分类并网型风力发电机组通过并网逆变器直接馈入电网，然后电力通过电网再输送给用电户离网型风力发电机组独立于现有电网，需要蓄电池蓄能风力发电机组的构成一次能源系统：叶片、轮毂主传动系统：主轴、主轴轴承、齿轮箱、联轴器支撑系统：导流罩、机舱罩、底盘、塔筒、基础发电系统：同步发电机（永磁式同步发电机）、异步发电机（双馈式异步发电机）制动系统：机械制动（液压系统）、空气动力制动、偏航系统变桨系统避雷系统

4.2一次能源系统叶片的构造材料：玻璃纤维增强塑料（GFRP）、碳纤维增强塑料（CFRP）、木材、钢和铝。复合材料以玻璃纤维或碳纤维为增强材料，树脂为基体。优点：比重小，强度较高；易成型性好；耐腐蚀性强；维护少，以修补。钢材主要用于叶片内部结构的连接件叶片叶柄结构采用螺栓与轮毂连接，形成悬臂形式：螺纹件预埋件、钻孔组装式木质、铝合金挤压成型等弦长、钢制、钢纵梁玻璃钢、玻璃钢叶片数两叶片风轮对应最大风能利用系数的转速比较高。对刚性轮毂来说，作用在两叶片风轮的脉动载荷要大于三叶片风轮。接受程度轮毂固定式轮毂：铸造结构或焊接结构铰链式轮毂用于有叶柄的单叶片和二叶片风轮。叶片被悬挂的角度与风轮转速有关，转速越低，角度越大。叶片的基本几何定义叶尖叶片投影面积叶片翼型中弧线前缘后缘几何弦平均几何弦长气动弦长厚度相对厚度弯度安装角扭角几何攻角叶片的基本几何定义当攻角增大时，升力系数Cl成线性递增，当攻角达到某一值α时，Cl突然下降，这一现象称为失速。α称为临界攻角。压力中心点：对于某一特定攻角，翼型总对应一特殊点，空气动力对这个点的力矩为零，将该点称为压力中心点气动力效率：在某一攻角下，升力与阻力之比称为升阻比，又称气动力效率，即：风轮的几何定义与参数风轮直径风轮扫掠面积风轮偏角桨距角风轮锥角风轮仰角风轮额定转速风轮最高转速风轮实度叶尖速比

4.3主传动系统组成：主轴、主轴承、齿轮箱、联轴器主轴及主轴承受力形式：轴向力、径向力、弯矩、转矩和剪切力主轴轴心通孔作用？主轴安装方式：挑臂梁：两点支撑悬臂梁：三点支撑优点：前点为刚性支撑；后点为弹性支撑（齿轮箱）。主轴承双列调心滚子轴承。特点：能够补偿轴的绕曲和同心误差。结构特点。径向孔：润滑油通道进行淬火原因？轴承座运行时允许有微量油渗出！齿轮箱（增速箱）润滑油净化和温控系统粘度对温度的影响?粘度高，齿轮箱润滑部位不能得到充分润滑。粘度下降，对啮合齿面油膜的形成不利。为何要控制温度？易生成点蚀、胶合和磨损现象。润滑方式飞溅润滑强制润滑过滤器工作方式粘度高，液压油通过粗、精两个过滤装置（单向阀开）。粘度低，液压油只通过粗过滤器装置（单向阀关）截止阀作用：更换滤芯时将过滤器壳体内的油液排出放气接头作用：将系统中的气泡排除。润滑系统冷却方式：风冷式机组起动前，先启动润滑油泵！齿轮箱安装过程激光对中人工盘动电机反向拖动分阶段加负载联轴器挠性联轴器无弹性弹性元件联轴器金属挠性元件联轴器刚性联轴器无键连接，可传递转矩、轴向力或两者的复合载荷，承载能力高，定心性好万向联轴器：适用于有大角位移的两轴之间的连接轮胎联轴器：补偿性能和缓冲减振能力大，但随扭角增加，两轴会产生相当大的附加轴向力膜片联轴器：中间体带有力矩限制器，当传动力矩过大时可以自动打滑。连杆联轴器：特点：保护套的表面有不同的图层，保护套与轴之间的摩擦力始终是保护套和轴套之间摩擦力的2倍，从而保证滑动永远只会发生在保护套与轴套之间。

4.4支撑系统机舱机舱底盘性能要求：高强度、高刚度和减振特性结构特点分为两部分：前机舱底盘为铸件；后机舱底盘为焊接件。机舱罩结构特点分为下舱罩和上舱罩两部分，加中空式加强筋与底盘连接利用带有橡胶减震器的螺栓将机舱连接板与机舱底盘支架连接。整流罩外部呈流线型，有利于减小风对机舱的作用力塔筒功能支撑位于空中的风力发电系统，塔架与基础相连接，承受风力发电系统运行引起的各种载荷，同时传递这些载荷到基础，使整个风力发电机组能稳定可靠地运行。分类拉索式塔架通过数根钢索固定在离散的地基上，由每根钢索的调节螺栓调节长短，保证整个风力发电机组对地基的垂直度。适用小型风电机组。桁架式塔架采用钢管或角铁焊接成截锥形桁塔支撑在地基上，桁塔的横截面多为正方形或正多边形。适用于中小型风力机塔筒式塔架钢制塔架采用强度和塑性较好的多段钢板进行滚压，对接焊成截锥式筒体，两端与法兰盘焊接而构成截锥塔筒钢混组合塔架钢筒夹混塔塔架结构安装方式采用高强度螺栓穿过内翻式法兰将塔筒连接。高度确定≤25m：>25m：平台为方便安装螺栓，平台距法兰处1.1m左右。电缆及其固定通过电缆卷筒与支架固定电缆卷筒作用保证电缆有一定的自由旋转，同时承载相应部分的电缆重量。内梯与外梯塔架的固有频率振幅大小于激振频率和塔架的固有频率有关。受力频率风轮转子残余的旋转不平衡质量引起的振动频率=转速n塔影、不对称空气来流、风切变、尾流引起的振动频率=Nnf≥（1+20%）n或Nnf>Nn：刚性塔n<f<Nn：半刚性塔f<n：柔塔塔架-风轮系统振动模态分析模态作用在交变力、交变力矩作用下的振型、振幅和频率，为解决风力机的动态稳定性问题提供依据固有频率改变随着离心力增加，叶片的刚性增加，从而固有频率提高。基础厚板块基础抵制倾覆力矩和机组重力偏心力。可承受偏心力距为WB/6。形式平面板块基础平放机座基础嵌入式塔架和倾斜板块基础岩石床打锚基础多桩基础适用土质疏松的地质。混凝土单桩基础支撑系统保护连接件的维护力矩检测；防腐结构件的维护外观检查；防锈及补漆（底漆、面漆）；焊点处检查；电缆破损检查塔基水平度检测 下塔筒外法兰盘上选取4个监测点塔筒标识维护标识清晰

4.5制动系统制动的两种分类：运行制动紧急制动制动装置：机械制动空气动力制动机械制动工作原理：利用非旋转元件和旋转元件之间的相互摩擦来阻止转动和转动的趋势。分类常开式常闭式制动器工作状态分类常闭式和常开式盘式制动器钳盘式：固定式和浮动式（固定和摆动）全盘式锥盘式制动器安装方式避免制动轴受到径向力和弯矩，钳盘式制动器应成对分布。，制动力矩在低速轴很大。失速型风力机常用低速轴机械制动（可靠性角度考虑）变桨距风力机在高速轴制动，但易发生制动的不均匀性。空气动力制动特点空气动力制动并不能使风轮完全静止下来，只能使其转速限定在允许的范围内。定桨距风力机采用的空气动力装置为叶尖扰流器工作过程：当转速增加时，叶尖的离心力增大，叶尖扰流器克服液压力的作用脱离叶片主体转动到制动位置。叶尖扰流器还可以作为液压系统出现故障的保护装置。

4.6变桨系统变桨距使叶片绕其安装轴旋转，改变叶片的桨距角，从而改变风力机的气动特性类型液压变距型电动变距型液压变桨距系统类型组成桨距控制器、数码转换器、液压控制单元、执行机构、位移传感器驱动形式分类单独变桨特点：可靠性高；需要精确的同步变距控制统一变桨工作过程电动变桨距系统总体结构工作过程主控制器根据风速、发电机功率和转矩等，把指令信号发送至电动变桨距控制系统电动变桨距系统把实际值和运行状况反馈至主控器。单元组成伺服电机的作用。电机编码器的作用。减速器采用的形式。变桨减速器的润滑润滑方式浸油润滑、油脂润滑油脂检查变桨轴承一般采用4点角接触球轴承

4.7偏航系统偏航定义水平轴风力发电机风轮绕垂直轴的旋转偏航分类主动偏航被动偏航偏航系统的功能跟踪风向的变化，驱动机舱围绕塔架中心线旋转，使风轮扫掠面与风向保持垂直。解缆功能在反复调整方向过程中，有可能发生沿着同一方向累计转了许多圈，造成机舱与塔底之间的电缆扭绞现象。偏航阻尼器功能使机舱平稳转动偏航计数器功能记录偏航系统旋转圈数的装置。偏航系统的组成和工作原理偏航计数器功能记录偏航系统旋转圈数的装置。偏航具体过程组成偏航轴承；偏航驱动装置；偏航制动器；偏航液压回路齿圈与偏航轴承做成一体齿圈形式内齿圈外齿圈偏航轴承内、外齿圈特点偏航驱动偏航驱动的安装方式。偏航制动与主传动制动器的区别：不设置弹簧。偏航系统的维护偏航轴承维护：密封带必须保持没有灰尘，清洗其他部件时，避免清洁剂接触到密封带或进入滚道系统。安装偏航轴承后要找出4个合适的测量点并在支承和连接支座上标注，并记录相应数据，此数据作为以后测量数据的基准。偏航系统的常见故障齿圈齿面磨损液压管路泄露偏航压力不稳异常噪声偏航定位不准确偏航计数器故障

4.8液压系统作用：液压系统主要用于控制变桨距机构和机械制动，也用于偏航驱动与制动。液压元件动力元件、控制元件、执行元件和辅助元件。动力元件：将机械能转换为液压压力能。控制元件：控制系统压力、流量、方向以及进行信号转换和放大。执行元件：将流体的压力能转换为机械能。辅助元件：保证系统正常工作。液压泵分类：按结构与压力分类液压泵的性能参数额定压力理论排量功率效率液压阀分类方向控制阀压力控制阀流量控制阀方向控制阀：普通单向阀液控单向阀换向阀压力控制阀溢流阀（作用）：定压；安全；卸载；减压阀；顺序阀压力继电器流量控制阀节流阀（作用）：节流调速；阻尼；压力缓冲调速阀分流集流阀电液伺服阀：根据输入电信号连续成比例地控制系统流量和压力的液压控制阀电液比例阀：用比例电磁铁代替普通电磁换向阀电磁铁的液压控制阀。它也可以根据输入电信号连续成比例地控制系统流量和压力。液压缸是液压系统中的执行元件，是将输入的液压能转化为机械能的能量装置，它可以方便地获得直线往复运动。辅助装置蓄能器应急油源吸收压力脉动减小液压冲击辅助能源过滤器作用：保证液压油的清洁分类：表面型；深度型；磁性油箱分为总体式和分体式热交换器分为风冷式、水冷式和冷媒式密封装置分为接触性密封和非接触性密封定桨距风力机液压系统:蓄能器的作用当主油路断开时，由蓄能器储存的能量提供压力，使叶尖扰流器与叶片保持一致。突开阀的作用当风速超过切出风速时，突开阀自动换向，系统的压力被释放，叶尖扰流器脱离叶片，实现紧急刹车保证机组的运行安全性。压力继电器作用监测刹车油缸的压力大小，保持油缸中压力稳定，使刹车装置安全可靠。变桨距风力机液压系统停机、待机开桨顺桨液压系统的维护设备的检查油位行程开关和限位块油温紧固件过滤器和空气滤清器液压油选用原则液压系统的液压油应该与生产企业指定的牌号相符。温度高选用粘度高的油液更换液压油的要求液压系统中的油液或添加到液压系统中的油液必须经常过滤，即使是初次用的新油也要过滤清洗过滤器和空气滤清器清洗前要确保电机未起动。故障排除和更换元件通常液压系统元件都可以用现场维护人员来完成液压系统常见故障：出现异常振动和噪声输出压力不足油温过高液压泵的起停太频繁

4.9避雷系统风轮叶尖和风速传感器保护叶尖处设有接闪器风速传感器的避雷针机舱外壳瞬态电流不允许经过轴承等精密部件机舱的保护传动系统齿轮箱、发电机、钢架和机舱构成等位体，避免电压过高对部件的破坏。电气设备的保护电源系统的保护三级保护原理防雷击浪涌保护器浪涌保护器终端设备保护器控制柜内主控器的电源保护变压器输出端并联加装防雷器测控线的保护在变送器前段加装模拟信号防雷器或开关信号防雷器。地基防雷接地体由垂直接地体和环形接地体组成。

第5章风力发电技术变桨距控制是为了尽可能地提高风力机风能转化效率和保持风力机输出功率平稳变桨距型风力机在各种工况可按最佳参数运行，使输出功率曲线得到优化，可使桨叶和整机的受力状况大为改善，还可以使发动机在额定风速以下的工作区段有较高的发电量，而在额定风速以上的高风速区段不超载，不需要过载能力大的发电机变桨控制系统实际上是一个随动系统，变桨距控制器是一个非线性比例控制器5.1发电系统5.1.1发电系统的构成发电系统的总体结构变压器变压器的工作原理通常两个绕组中一个接到交流电源，称为一次绕组，简称一次侧。另一个接到负载，称为二次绕组，简称二次侧。原理：一次、二次电压决定于一次二次绕组匝数之比。变压器的分类及结构用途分类：电力变压器（220kV超高压，35-110kV中压，10kV配电变压器）特种变压器（电炉、整流）仪用互感器（电压、电流互感器）冷却方式：油浸式变压器和干式变压器变压器的分类及结构结构铁心：分铁心柱和铁轭材料：表面涂的含桂量较高的厚度为0.35mm硅钢片制成。目的：提高磁路的磁导率和降低铁心内的涡流损耗。开关电器开关电器分类低压刀开关、接触器、高压负荷开关：正常工作下开端或闭合正常工作电流。熔断器：开断过负荷电流或短路电源高压隔离开关：检修时隔离电源。自动分断器：预定的记忆时间内根据选定的计数次数在无电流的瞬间自动分段故障电路。高压短路器、低压空气短路：开断或闭合正常工作电流，或过负荷电流或短路电流。具有灭弧装置真空断路器真空灭弧室断路器的结构分装式、固定式、手车式三种结构。用途以真空作为灭弧和绝缘介质的断路器，多用于10~35kV的配电系统中交流接触器用途：接通或断开电动机或其他设备的主电路结构主触头：电流较大，接在电动机主电路辅助触头：电流较小，接在控制电路。灭弧装置熔断器最简单且最有效的短路保护电路。继电器用途：用来保护电动机使之免受长期过载的危害。不能用作短路保护热惯性中间继电器用途：传递信号和同时控制多个电路，或直接用来控制小容量电动机或其他电气执行元件。母线与电缆母线定义：在各级电压配电装置中，将发电机、变压器与各种电器连线的导线。分类软母线：电压较高的户外配电装置硬母线：电压较低的户内外配电装置母线材料铜母线铝母线：电阻率稍高于铜，但比铜经济钢母线：电阻率高于铜7倍，适用于高压小容量电路。母线的截面形状矩形截面：一般用于35kV及以下的户内配电装置中。圆形截面：35kV以上的户外配电装置中（可防电晕）。槽型截面：配电时，当三条以上矩形母线不能满足要求。电力电缆电力电缆的种类电压、使用环境、线芯数、结构特征、绝缘材料电力电缆的结构特点油纸绝缘电缆塑料绝缘电缆交联聚乙烯绝缘电缆橡胶绝缘电缆电力电缆基本结构：电缆的基本结构由线芯、绝缘层、保护层组成

5.1.2变流器电力电子器件电力电子器件的概念和特征被广泛用于处理电能的主电路中，是实现电能的传输、变换及控制的电子器件。主要参数：电功率大小处理功率级别大由信息电子来控制电力电子器件。电力电子器件的分类按控制性分类不控型器件：不能用控制信号控制其导通和关断的电力电子器件半控型器件：通过控制极（门极）控制器件导通，但不能控制其关断的电力电子器件。全控型器件：既可以通过器件的控制极（门极）控制其导通，又可控制其关断。按驱动信号分类电流驱动型和电压驱动型不可控器件—电力二极管特征：正向导电性和反向阻断性原理：正向电压UF大于阈值电压UT0时，导通。UF为二极管的正向同态压降。当反向电压超过一定数值（URB0）后，二极管的反向电流迅速增大，产生雪崩击穿，URB0称为反向击穿电压。半控型器件—晶闸管又称可控硅整流器组成：门极（G）、阳极（A）和阴极（K）特征：电流触发性；单向特性；半控型特性电力场效应晶体管——电力MOSFET原理：用栅极电压来控制漏极电流，实现电流的通断。分类：P沟道和N沟道特点：栅极电压UGS越高，反型层越厚，导电沟道越宽，漏极电流越大；驱动功率小；反应效率快绝缘栅型双极性晶体管——IGBT特点驱动方便，开关速度快导通后呈电阻性质，电力压降高。电压驱动型通流能力强、耐压等级高AC-DC变换电路不控整流—二极管大小取决于输入电压和电路形式特点电流稳定——电感滤波电压稳定——电容滤波同时稳定——电感与电容组成LC滤波电路分类半控桥和全控桥相控整流—晶闸管通过控制门极的触发延迟角，就能控制晶闸管的导通时刻。分类半控桥全控桥特点控制方便产生的谐波对电网会产生二次污染斩波整流—PWM特点网侧功率因素高、谐波含量低网侧电流畸变小，功率因素任意可控体积、质量小分类拓扑结构：电压型和电流型是否有能量回馈：无能量回馈的整流器（PFC）和有能量回馈的开关模式整流器（SMR）动态响应速度适当控制整流器交流端的幅值和相位可获得所需大小和相位的输入电流。DC-DC交换电路特点可将一种电流电变换成另外一种固定或可调电压的直流电。分类不隔离式隔离式DC-AC变换电路分类电压型电流型单相半桥单相全桥三相桥式AC-AC变换电路分类频率不变而仅改变电压大小的AC-AC电压变压器直接将一定频率的交流电变换为较低频率交流电的相控式AC-AC直接变换器，在直接变频的同时也可以实现电压变换，实现降频降压变换。风力发电机组变流器的应用技术支撑风力发电机组大功率变流器的主要技术有：正弦脉宽调制技术将参考波形与输出调制波形进行比较，并根据两者比较结果确定逆变桥壁的开关状态大功率变流技术采用器件串联技术来提高电压等级采用器件并联技术来提高输出电流采用模块并联技术多重化技术指在电压源型变流器中，为减少谐波，提高功率等级，将输出的PWM波错位叠加，使输出波形更加正弦波。低电压穿越技术当电网发生故障如电压跌落时，风力发电机组仍需要保持与电网的连接，只有故障严重时才允许脱网。计算机软件控制技术

5.2发电机及其并网发电机输出频率恒定的方法有两种：恒转速/恒频系统变转速/恒频系统异步感应发电机同步发电机绕线转子异步发电机双馈感应发电机5.2.1异步发电机结构笼型和绕线型笼型组成定子由铁心和定子（励磁）绕组组成转子铁心由硅钢片叠成，槽中嵌入金属导条。铁心两端用铝或铜端环将导条短接，转子不需要外加励磁，没有集电环和电刷。绕线型定子与笼型异步发电机相同，转子绕组电流通过集电环和电刷流入流出。发电：发电机转子的转速略高于旋转磁场的同步转速，并且恒速运行。异步发电机6极，输入转速为？r/min。工作原理同步转速（旋转磁场转速）转差率工作状态当转子的转速小于同步转速时（n<n1）电机中的电磁转矩为拖动转矩，电机从电网中吸收无功功率建立磁场，吸收的有功功率将电能转化为机械能。当转子的转速大于同步转速时（n>n1）电机中的电磁转矩为制动转矩，电机从外部吸收无功功率建立磁场，风力机将机械能转化为电能。并网方式直接并网条件：发电机的相序与电网的相序相同发电机转速接近同步转速缺点产生冲击电流（5~6倍额定电流）并网过程降压并网原理：在发电机与电网之间串接电阻或电抗器，或者接入自耦变压器，降低并网时冲击电流和电网下降的幅度。晶闸管软并网原理：定子和电网之间每相串入一只双向晶闸管，通过晶闸管的导通角来控制并网时的电流冲击。并网过程并网运行时的功率输出及无功功率补偿并网运行时的功率输出发电机输出的电流大小及功率因素决定于转差率s和发电机的参数。转差率的大小由发电机的负载决定。飞车产生的原因当风轮传给发电机机械功率增加时，发电机制动转矩也相应增大，当超过最大输出功率时，制动转矩不增反减，发电机转速迅速增加。转矩与电网电压二次方成正比，电网电压下降，制动力矩相应减小，发电机的转矩无法有效控制，造成飞车。变速恒频技术变速恒频：发电机的转速随风速变化，发出的电流通过适当的变化，使输出频率与电网频率相同。设备：AC-DC-AC变频器缺点：变频器体积过大，成本过高。

5.2.2同步发电机结构结构定子：由定子铁心和三相定子绕组组成转子：由转子铁心和转子绕组（励磁）组成集电环转子轴分类凸极式和隐极式励磁系统直流发电机作为励磁电流的直流励磁系统。用整流装置将交流变成直流后供给励磁的整流励磁系统（大容量发电机）。工作原理在风力机的拖动下，转子（含磁极）以转速n旋转，旋转的转子磁场切割定子上的三相对称绕组，在定子绕组中产生频率为f1的三相对称的感应电动势和电流输出，从而将机械能转化为电能。优缺点即可输出有用功率，也可提供无功功率，提高功率因数。发电机的转速必须恒定，需要精确的调速机构并网条件和方式并网条件波形；幅值；频率；相序；相位并网方式自动准同步并网自同步并网转矩-转速特性功率调节和补偿有功功率的调节同步发电机的功率角：转子励磁磁场轴线与定、转子合成磁场轴线之间的夹角。调节方法当转速增加，定子电流增加，附加定子励磁磁场增加时，功率角增大，输出功率增加。当功率角达到90°时，定子电流最大，发电机转速将失去同步，机组将无法监理平衡。通过调节转子励磁电流使功率角小于90°，提高稳定性。（用于短时间阵风调节）无功功率的补偿无功功率不足，电网的电压将会下降同步发电机带感性负载时，由于定子电流建立的磁场对电机中的励磁磁场有去磁作用。过励时，发电机输出滞后无功功率，改善功率因数；欠励时，从电网吸收滞后无功功率，降低功率因数。同步发电机通常在过励状态下运行，确保机组稳定运行。变速恒频技术使用变频器的优点由于同步发电机与电网之间通过变流器相连接，发电机的频率和电网的频率彼此独立，并网时一般不会发生因频率偏差而产生较大的电流冲击和转矩冲击，并网过程比较平稳。

5.2.3双馈异步发电机结构组成：定子和转子（结构上带有集电环和电刷）与异步发电机相同。变流器（AC-AC，AC-DC-AC，正弦波脉宽调制双向变流器）电流组成定子输出转子通过逆变器输出工作原理当发电机的转速n发生变化时，可通过调节f2来维持f1不变，以保证与电网频率相同双馈异步发电机运行时的功率分析：定子输出的电能（有用功率）：转子输出/输入的功率（无功功率）双馈电机在四象限运行过程中的能流关系转子运行在亚同步的电动状态（1>s>0）电动运行状态下，电磁转矩为拖动转矩，机械功率由电机输出给机械负载，转差功率回馈给转子外界电源转子运行于亚同步的定子回馈制动状态（1>s>0）电磁功率由定子回馈给电网，机械功率由风力机输入电机，电磁转矩为制动性转矩。转子运行于与超同步速的电动状态（s<0）电磁功率由定子输给电机，机械功率由电机输给负载，转差功率由电网输给负载，电磁转矩为拖动转矩。变速恒频风力发电系统为什么采用双向变流器？变流器控制转子电流的频率、幅值、相位和相序，从而实现与电网连接。当风力机运行在亚同步状态时，转子中的电流从电网流向转子绕组线圈；当风力机运行在超同步状态时，转子中的电流流向电网。并网过程？双馈式风力机的优点通过调节励磁电流，实现变速运行下的恒频及功率调节只有电流频率通过变流器，变流器容量减小。系统具有很强的抗干扰性和稳定性缺点电刷和集电环降低可靠性。

5.1.6永磁同步发电机发电系统结构定子与普通交流电机相同转子采用永磁材料励磁优点无励磁绕组的铜损耗无集电环发电机体积较小极对数可做的很多省去齿轮箱，提高系统的效率和运行可靠性缺点运行时温度高，所以永磁发电机常做成转子型，便于散热直驱式风力发电机采用电机永磁发电机电励磁式同步发电机（目前应用）

5.3控制系统5.3.1功率调节在超过额定风速后（一般为12~16m/s）以后，由于部件机械强度和发电机、电力电子容量等物理性能的限制，必须降低风轮的能量捕获，使功率输出保持在额定值附近，减少叶片承受负荷和整个风力机受到的冲击，保证风力机不受损害功率调节方式定桨距失速调节控制最简单，利用高风速时升力系数降低和阻力系数增加，限制功率在高风速时保持恒定变桨距调节转动桨距叶片安装角以减小攻角，高风速时减小升力系数，以限制功率主动失速调节利用桨距调节，在中低风速区可优化功率输出风力发电技术的发展在功率调节方式：变速恒频技术和变桨调节技术发电机类型：无刷双馈型感应发电机和永磁式发电机在控制技术：计算机分布式控制技术和新的控制理论驱动方式：免齿轮箱的直接驱动技术世界风力发电机组的统一形式水平轴三叶片上风向管式塔发展趋势单机容量不断增大变桨距功率调节方式代替定桨距功率调节方式变速恒频发电系统迅速取代恒速恒频发电系统免齿轮箱系统的直取方式发电系统功率调节方式三种功率调节方式定桨距失速控制变桨距调节主动失速调节定桨距失速控制优点：控制简单缺点：功率曲线由叶片的失速特性决定，功率输出不确定阻尼较低，振动幅度较大，叶片易疲劳损坏高风速时气动载荷较大，叶片及塔架等受载荷较大低风速段风轮转速较低时的功率输出较高变桨距调节优点：获取更多的风能，提供气动刹车，减少作用在机组上额极限载荷变桨速率约为5°/s，紧急变桨速率为10°/s主动失速调节特点：可以补偿空气密度、叶片粗糙度、翼型变化对功率输出的影响，优化中低风速的出力额定点之后可维持额定功率输出叶片可顺桨，制动平稳，冲击小，极限载荷小概述控制器一：电力电子装置控制发电机的反力矩在额定风速以下时，主要调节发电机反力矩使转速跟随风速变化，以获得最佳叶尖速比控制器二：伺服系统控制桨叶节距在高于额定风速时，主要通过变桨距系统改变桨距角来限制风力机获取能量，使风力发电机组保持在额定值下发电，并使系统失速负荷最小化

5.3.2控制系统的结构与功能控制系统的总体结构（离散控制）控制系统的功能原因：风能密度低、稳定性差风速和风向随机性目标：保证系统的可靠性运行、能量利用率最大电能质量高机组寿命长常规控制内容风力发电机组的稳态工作点稳态工作点：当外部条件（如：负载、风速和空气密度等）和自身的参数确定，风力发电机组经过动态调整后将工作在某一平衡工作点。最佳风能利用系数曲线：在不同风速下，风力机输出功率最大点的连线。控制系统的任务：保证机组安全可靠运行的前提下，使风力发电机组的稳态工作点尽可能靠近风力发电机的最佳风能利用系数曲线。风力发电机组工作状态及其转换工作状态运行状态暂停状态停机状态紧急停机状态当紧急停机电路动作时，所有接触器断开，计算机输出信号被旁路，使计算机没有可能去激活任何机构。提高工作状态层次只能一层一层地上升，而要降低工作状态层次可以一层或多层故障处理方式故障检测故障记录对故障的反应故障处理后的重新起动当外部条件良好，此外部原因引起的故障状态可能自动复位。一般可以通过远程控制复位，如果操作者发现故障可接受并允许起动风力发电机组，可以复位机组的起动自起动本地起动远程起动偏航系统的运行设置一定的允许偏差偏航控制系统包括：主动偏航90°侧风自动解缆顶部机舱控制偏航面板控制偏航和远程控制偏航

5.3.3定桨距风电机组的控制（恒频/恒速）概念在风力发电过程中保持发电机的转速不变，从而得到和电网频率一直的恒频电能调节类型定桨距失速型：利用风轮叶片翼型的气动失速特性来限制叶片吸收过大的风能变桨距失速型：通过叶轮叶片的变桨距调节机构控制风力机的输出功率机组的控制特征失速和制动核心问题自动失速性能突甩负载下的安全停机定义：失速安装角的调整失速只与风速有关，失速型风机冬夏两季的输出功率不同。夏季空气密度低，气压小，定桨距风力机发电量小。增加安装角大小，提高失速点，控制发电机的输出功率在额定功率附近波动。反之亦然。主动失速风力机双速发电机风力机在低于额定风速下运行的时间约占风力机全年运行时间60%~70%，为了充分利用低风速时的风能，增加全年的发电量，近年来广泛应用双速异步发电机改变电机定子绕组的极对数3种方法：采用两台定子绕组极对数不同的异步电机在一台电机定子上放置两套不同相互独立的绕组，即是双绕组的双速电机在一台电机的定子上仅安置一套绕组，靠改变绕组的连接方式获得不同的极对数，即单绕组双速电机通过改进发电装置实现不连续变速功能方法双速发电机双绕组双速感应发电机双速极幅调制感应发电机运行过程待机状态当风速达到切入风速，不足以将风力发电机组拖动到切入的转速，或者风力发电机组从小功率（逆功率）状态切出，没有重新并入电网。风力发电机组的自起动风轮在自然风速的作用下，不依靠其他外力的协助，将发电机拖动到额定转速。自起动的条件电网：低、过电压（10min）风况机组风轮对风并制动解除，准备自起动风轮对风时间常数控制（10s）自动解除扰流器回收与松开钳式制动器风力发电机组并网与脱网并网主电路晶闸管完成。为避免火花产生需用旁路接触器首先接通。大小发电机软并网程序达到预置切入点→晶闸管接通，加速度由大变小→转速超过同步转速发电→从旁路接触器输送电能至电网从小发电机向大发电机的切换切换依据：平均功率或瞬时功率发电机向小发电机的切换切换依据：持续功率或平均功率电动机起动只在调试期间或某些特殊情况下使用参数监测和处理电力参数监测电压：电网冲击电流：电路短路保护（断路器保护）；过电流保护（软件）频率：电网上下限功率进行比较功率因数：通过电压相角和电流相角获得功率监测：过低、过高。风力参数监测风速监测25m/s，正常停机33m/s，持续2s，正常停机50m/s，持续2s，紧急停机，90侧风风向监测风向与机舱中心线的偏差角机组状态检测转速监测温度监测机舱振动监测电缆扭转监测机械制动状况油位监测各种反馈信号的监测

5.3.4变桨距风电机组的控制机组的控制特性输出功率特征控制发电功率方式调节桨距角控制发电机转差率（控制发电机转子电流来）在额定点具有较高的风能利用系数V<V额，Cp最大。定桨距风力发电机发电量高于变桨距风力机V=V额，Cp最大。由于未达到V额，定桨距风力机已经失速，所以发电量略低于变桨距风力机V>V额，Cp缓慢下降。变桨距风力机发电量高于定桨距风力机。V=V切出，Cp最小运行状态变桨距风力机组运行状态起动状态（转速控制）欠功率状态（不控制）额定功率状态（功率控制）状态风速力矩发电功率桨距角控制系统启动状态0~V切入增大090°~0°×欠功率状态V切入~V额定增大至最大0°×额定功率V额定~V切出减小P额定0°~90°√带调整发电机转差率的变桨系统变桨距系统有风速低频分量和发电机转速控制，风速的高频分量产生的机械能波动，通过迅速改变发电机的转速来进行平衡，即通过转子电流控制器对发电机转差率进行控制。在发电机并入电网前，发电机转速由速度控制器A直接控制；发电机并入电网后，速度控制器B与功率控制器起作用。功率控制器的任务主要是根据发电机转速给出相应的功率曲线，调整发电机转差率，并确定速度控制器B的速度给定。风力机叶轮起动变桨过程发电机转子电流控制技术原理通过对发电机转子电流的控制来迅速改变发电机转差率，从而改变风轮转速。应用RCC的功率控制系统外环通过测量转速产生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）对电机转差率进行控制，是发电机功率跟踪给定值。转子电流控制器原理转子电流控制器由快速数字式PI控制器和一个等效电阻构成。转子电流控制器的结构将普通三相异步发电机的转子引出，外接转子电阻，电阻值从0变化到100%，则发电机的转差率绝对值增大值10%。特点：开关速度快提高了发电机的效率电路结构简单采用转子电流控制器的功率调整（了解）为什么要在短暂风速下使用转子电流控制技术反映速度快，可以对发电功率瞬时调节降低变桨距动作频率，延长变桨距机构的使用寿命

5.3.5变速恒频风力发电机组的控制优点低风速时它能够根据风速变化，在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能；高风速时利用风轮转速的变化，储存或释放部分能量，提高传动系统的柔韧性，使输出更加平稳。控制器采用PID型控制系统控制器采用PID型控制系统比例（P）环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用以减小偏差。微分（I）环节：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。积分（D）环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数TI，TI越大，积分作用越弱，反之则越强。最佳风能利用系数风能利用系数是叶尖速比λ和桨距角的函数叶尖速比：由于机组本身因素（机械强度和物理性能），如下的特性要受到限制：功率转速风力发电机的转