时，输出功率达到极限，按恒功率输出调节风力 机。
（五）风的能量与测量
产生能量的基本要素： 风具有一定的质量
和速度。
风能的一些主要特性参数：如风能、风能密
度、风速与风级、风向与风频以及风的测量等。
1）风能：空气运动产生的动能称为“风能”。 2）风能密度：单位时间内通过单位截面积的风
能。
3）风速与风级：风速就是空气在单位时间内移
发电机有基本类型： 普通异步风力发电机组 双馈异步风力发电机组 直驱式同步风力发电机组（含永磁发电机和直流 励磁发电机） 混合式风力发电机组
1、普通异步风力发电机组
技术特点：
1、叶轮转速较低，一般为每分钟十几转，需要齿轮 箱增速， 转子绕组短路，结构一般为鼠笼结构； 2、转子转速固定，风能利用率低，其转速由齿轮箱 传动比和发电机极对数决定； 3、转子电流产生的旋转磁场的转速高于同步速运行 ； 4、发电机定子直接与电网连接，启动时产生很大启 动电流，其配置启动装置。 5、从系统吸收大量无功，需配置无功补偿装置。 结构简单，控制方便。
机组的总体结构
机组的总体结构图：
风轮
增速器
发电机
主继电器
风
电网 主开关 变压器
变桨 风
转速 风速
熔断器
晶闸管 并网
控制系统
功率
无功补偿
（三）风力发电机主要组成部分介绍
1、风轮
风力机区别于其他机械的最主 要特征就是风轮。风轮一般由 2～3个叶片和轮毂所组成，其 功能是将风能转换为机械能。
由于风力发电机的理论基础也 是空气动力学，故其叶片形状 与机翼很相似。风经过水平轴 风力发电机的叶片时由于叶片 与风有一个夹角，风在叶片上 形成升力，风力发电机就是依 靠叶片上的升力把风能转换为 旋转的机械能，从而带动发电 机进行发电的。
Ф型风力机图
（二）风力发电系统
从外部看，整个风力发电机组 看上去只有三个主要部分：风 轮、机舱和塔架。
发电机、传动系统、控制系统 等都集成在机舱内。
机舱除了承担容纳所有机械部 件的功能，还起到承受所有外 力（ 包括静负载及动负载） 的作用。
机舱底盘和塔架之间有回转体 ，使机舱可水平转动。
因此，为实现最大风能捕获，风力机有三种典型 的运行状态：① 低风速段实行变速运行，可保持
一个恒定的风能利用系数Cp值，根据风速变化控 制风力机转速，使叶尖速比λ不变，直到转速达到 极限；② 转速达到极限后，风速进一步加大时，
按恒定转速控制风力机运行，直到输出最大功率， 此时的风能Cp不一定是最大值；③ 超过额定风速
5）通过电力电子换流器与电网连接，吸收或输出功 率可调，因此可以实现风力发电机平滑并网。
6）电网侧换流器采用空间矢量控制技术，可以实现 发电机有功功率和无功功率的解藕控制，能够独立 调节发电机向系统吸收或发出无功。结构、控制系 统复杂。
以上风电机组优缺点比较表
双馈、永磁和直流励磁 风力发电机外观图
风中蕴含的能量是动能，故
P=1/2ρAV3
可用风能与风速的立方成正比，风速的轻微增加 会导致功率的显著增加
风力与海平面1.225kg/m3处的空气比重成正比 风能还受气压及温度的影响（大约10-15%） 风能还与叶轮扫略面积成正比
2、风力机的主要特性系数
1）功率系数（Cpຫໍສະໝຸດ 描述风机将风能转风力发电原理
主讲：王老师
风力发电的原理：是利 用风力带动风车叶片旋 转，再透过增速机将旋 转的速度提升，来促使 发电机发电。简单的说 风力发电就是将风能转 换为机械能进而将机械 能再转换为电能的过程 。
现代风力发电机采用空 气动力学原 理 ，就像 飞机的机翼一样。
风并非 " 推 " 动风轮叶片，而是吹过叶片形成叶 片正反面的压差，这种压差会产生升力，令风轮旋转 并不断横切风流 。
3）当风速大干最大运行速度(一般设定为25m／s)时实现 自动停机。
4）故障保护。
风机控制方式及内容
一个完整的风力发电机组通常由风轮、增速齿轮 箱、风力发电机、机座、塔架、调速器、调向器 、停车制动器、控制系统等构成，为使风力机组 能够稳定运行，必须对其进行有效的控制。考虑 到风力发电机组的特殊性，按重要性的顺序，控 制器应依次满足以下要求： 1）风能转换系统是稳定的； 2）运行过程中，在各种不确定的的因素如阵风 、剪切风、负载变化作用下具有鲁棒性； 3）控制代价小，即对不同输入信号的幅值有一 定限制，如调向的时间等；
可能提取的风能 Cp 输入的风能
换为机械能的效率
2）叶尖速比 为了表示风轮在不同风
速中的状态，用叶片 圆周速度与风速比来 衡量，称叶尖速比
2Rn
v
风中的能量无法全部被风机 转换，其理论最高限度Cp （max）=0.593，通常被称 为贝茨因数。
其中：R 叶轮的半径， n 叶轮的机械转的圈数， V 作用于风力机的迎面风 速。
瓦—几兆瓦；
⑧发电机，分为直流发电机和交流发电
机；
⑨另外还有塔架高度等等。
2、水平轴力风机
特点：风力机的风轮轴与地面呈水平状态，称水平 轴风力机。
组成：它一般内风轮增速器、调速器、调向装置、 发电机和塔架等部件组成，大中型风力机还有自 动控制系统。
应用：这种风力机的功率从几十千瓦到数兆瓦，是 日前最具有实际开发价值的风力机：
动的距离，国际上的单位是米／秒(m/s)或千米／ 小时(km／h)。分13级
4）风向与风频：通常把风吹来的地平方向定为
风的方向，即风向。风频是指风向的频率，即在 一定时间内某风向出现的次数占各风向出现总次 数的百分比，
5）风的测量：风的测量仪器主要有风向器、杯形
风速器和三杯轻便风向风速表等。
1、风中的能量
齿轮箱的主要功能就是将风轮在风力作用下所产 生的动力传递给发电机并使其得到相应转速。齿轮 箱 对于大型风力发电机，由于限制其转速，传动 装置的增速比一般为40—50。 这样，可以降低发 电机重量，从而降低成本。
5、偏航系统
用来调整风力机的风轮叶片旋转平而与空气流动方 向相对位置的机构。因为当风轮叶片旋转平面与气 流方向垂直时，也即是迎着风向时，风力机从流动 的空气中获取的能量最大，因而风力机的输出功率 最大，所以调向机构又称为迎风机构(通称偏航系 统)。整个偏航系统由电动机及减速机构、偏航调 节系统和扭缆保护装置等部分组成。
2、双馈式异步风力发电机组
技术特点： 1、叶轮转速较低，一般为每分钟十几转 ，需要齿轮箱增速； 2、转子绕组通过电滑环或采用绕线结构 与电力电子换流装置连接；
3、通过电力电子换流装置的控制作用，可以调节控 制发电机转子电流和电磁转矩，从而使转子转速 可随风速的变化而改变，使风力发电系统获得最 大风能捕获效率，风能利用率高；
双馈风力发电机 外观特点：机舱细长
直驱永磁风力发电机 外观特点：机舱短粗
直流励磁风力发电机 外观特点：机舱臃肿
（四）控制系统主要功能
1）按预先设定的风速值(一般为3—4m／s)自动启动风力 发电机组，并通过软启动装置将异步发电机并人电网 。
2）借助各种传感器自动检测风力发电机组的运行参数及 状态，包括风速、风向、风力机风轮转速、发电机转 速、发电机温升、发电机输出功率、功率因数、电压 、电流等以从齿轮箱轴承的油温、液压系统的油压等 。
4）最大限度地将风能转换为电能，即在额定风速以 下，可能使发电机在每一种风速时，输出的电功率达 到最大，额定风速以上时则保持输出电功率为常量；
5）风力发电机输出的电功率保持恒压恒频，有较高 的电能品质质量。
风力发电机组控制目标有很多项，控制方法多种多 样，按控制对象划分大致可分为偏航系统、发电机 并网控制系统、发电机功率控制系统、电容器控制 系统等等，其中两个核心问题是：风能的最大捕获 以提高风能转换效率以及改善电能质量问题。由风 力机最大风能捕获的运行原理可知，若风速越高， 则与之相对应的风力机转速越高。但受风电机组转 速极限、功率极限等限制，风力机转速不可能太高。
依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺 的微风速度（微风的程度），便可以开始 发电。 风力发电正在世界上形成一股热潮， 为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐 射或空气污染。
（一）风力发电设备
组成：风力发电机组包括两大部分； 一部分是风力机，由它将风能转换为机械能； 另一部分是发电机，由它将机械能转换为电能
2、塔架
风力机的塔架除了要支撑风力机的重量，还要承 受吹向风力机和塔架的风压，以及风力机运行中 的动载荷。它的刚度和风力机的振动有密切关系。 水平轴风力发电机的塔架主要可分为管柱型和桁 架型两类。
一般圆柱形塔架对风的阻力较小，特别是对于下 风向风力机，产生紊流的影响要比桁架式塔架小。 桁架式塔架常用于中小型风力机上，其优点是造 价不高，运输也方便。但这种塔架会使下风向风 力机的叶片产生很大的紊流。
3、叶尖速比的影响
风能利用系数 Cp与风力机叶 尖速比λ的对应 关系：
4、风轮的功率输出
风力机采集风能的基本计算公式 P=(Cp×ρ×v3×A)/2
其中， Cp为风能利用系数（Power Coefficient），表示风
机捕获风能的能力， Cp = Pcapture / Pwind
类型：有传统风车、低速风力机及高速风力机
水平轴力风机图
3、垂直轴风力机
特点：凡风轮转轴与地面呈垂直状态的风力 机叫垂直抽风力机。
形式有：如s型、H型、Ф型等。 应用：虽然目前垂直轴风力机尚未大量商品
化，但是它有许多特点，如不需大型塔架 、发电机可安装在地面上、维修方便及叶 片制造简便等，研究日趋增多，各种形式 不断出现。各种形式的垂直轴风力机。
1、风力机的主要技术指标参数
①风轮直径，通常风力机的功率越大，直径
越大；
②叶片数目，高速发电用风力机为2—4片，
低速风力机大干4片；