【正文】 中僅與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組交鏈而不與定子交鏈的磁通均不參與機(jī)電能量過(guò)程，統(tǒng)稱為漏磁通，用符號(hào)表示。顯然，被原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速的同步電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其磁密波形沿氣息圓周近似作正選分布，其基波分量的每極磁通用表示。此時(shí)，定子電流為零，電機(jī)內(nèi)的磁場(chǎng)僅由轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流及相應(yīng)的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)單獨(dú)建立，稱為勵(lì)磁磁場(chǎng)。我國(guó)電網(wǎng)的頻率為50Hz ，故有： (22)當(dāng)p=1，2，3時(shí)，n=3000，1500，1000r/min，所以要使得發(fā)電機(jī)供給電網(wǎng)50Hz的工頻電能，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速必須為某些固定值，這些固定值稱為同步轉(zhuǎn)速。感應(yīng)電勢(shì)頻率： 感應(yīng)電勢(shì)的頻率決定于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速n 和極對(duì)數(shù)p ，即交變性與對(duì)稱性：由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)極性相間，使得感應(yīng)電勢(shì)的極性交變；由于電樞繞組的對(duì)稱性，保證了感應(yīng)電勢(shì)的三相對(duì)稱性。通過(guò)引出線，即可提供交流電源。 切割運(yùn)動(dòng)：原動(dòng)機(jī)（風(fēng)力機(jī)）拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（給電機(jī)輸入機(jī)械能），極性相間的勵(lì)磁磁場(chǎng)隨軸一起旋轉(zhuǎn)并順次切割定子各相繞組（相當(dāng)于繞組的導(dǎo)體反向切割勵(lì)磁磁場(chǎng)）。具體過(guò)程如下：主磁場(chǎng)的建立：勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流，建立極性相間的勵(lì)磁磁場(chǎng)，即建立起主磁場(chǎng)?？紤]到轉(zhuǎn)子冷卻和強(qiáng)度方面的要求，隱極式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和加工工藝較為復(fù)雜。勵(lì)磁繞組通入勵(lì)磁電流后，沿轉(zhuǎn)子圓周也會(huì)出現(xiàn)N極和S極。沿著轉(zhuǎn)子本體圓周表面上，開(kāi)有許多槽，這些槽中嵌放著勵(lì)磁繞組。另外，中小型同步電機(jī)多半也做成凸極式。當(dāng)勵(lì)磁線圈中通過(guò)直流勵(lì)磁電流后，每個(gè)磁極就出現(xiàn)一定的極性，相鄰磁極交替為 N 極和 S 極。一般同步發(fā)電機(jī)的基本轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式有凸極式和隱極式兩種。電角度分布的線圈代表三相對(duì)稱交流繞組。除了轉(zhuǎn)場(chǎng)式同步發(fā)電機(jī)外,還有轉(zhuǎn)樞式同步發(fā)電機(jī)，其磁極安裝于定子上，而交流繞組分布于轉(zhuǎn)子表面的槽內(nèi)，這種同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子充當(dāng)了電樞。圖21 同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)模型轉(zhuǎn)子鐵心上裝有制成一定形狀的成對(duì)磁極，磁極上繞有勵(lì)磁繞組，通以直流電流時(shí)，將會(huì)在電機(jī)的氣隙中形成極性相間的分布磁場(chǎng)，稱為勵(lì)磁磁場(chǎng)(也稱主磁場(chǎng)、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng))。圖21給出了最常用的轉(zhuǎn)場(chǎng)式同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)模型，其定子鐵心的內(nèi)圓均勻分布著定子槽，槽內(nèi)嵌放著按一定規(guī)律排列的三相對(duì)稱交流繞組。同步發(fā)電機(jī)和其它類型的旋轉(zhuǎn)電機(jī)一樣，由固定的定子和可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成，一般分為轉(zhuǎn)場(chǎng)式同步發(fā)電機(jī)和轉(zhuǎn)樞式同步發(fā)電機(jī)。2 同步發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)述 同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電的主要設(shè)備，同步發(fā)電機(jī)與供給其機(jī)械能的風(fēng)力機(jī)共同組成了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。第三章首先概述了風(fēng)力發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的原理和功能；其次，介紹了各種勵(lì)磁方式的結(jié)構(gòu)以及優(yōu)缺點(diǎn)；最后，通過(guò)對(duì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的要求分析以及該系統(tǒng)的具體情況設(shè)計(jì)了此系統(tǒng)的勵(lì)磁控制方案。第二章通過(guò)介紹同步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)模型、工作原理等知識(shí)，做了發(fā)電機(jī)的空載實(shí)驗(yàn)。論文的主要研究工作如下：本文首先簡(jiǎn)述了風(fēng)力發(fā)電研究的背景和意義，介紹了目前國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，介紹了恒速恒頻和變速恒頻風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀及趨勢(shì)，闡述了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。作為綠色能源的風(fēng)能受到世界各個(gè)國(guó)家普遍的重視，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)同樣也成為各國(guó)學(xué)者競(jìng)相研究的熱點(diǎn)。目前最顯著的改進(jìn)是不斷增加的單機(jī)容量和風(fēng)電機(jī)組性能。一般估計(jì)，到2020年風(fēng)力發(fā)電基本上可以和清潔的煤電相競(jìng)爭(zhēng)。（3）海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)取得進(jìn)展，丹麥，德國(guó)，西班牙，瑞典等國(guó)都在建設(shè)大規(guī)模的海上風(fēng)電項(xiàng)目，同等容量裝機(jī)，海上比陸上成本增加60﹪，但是電量增加50﹪以上，并且，每向海洋前進(jìn)10千米，風(fēng)力發(fā)電量增加30﹪左右。用該技術(shù)具有風(fēng)能利用系數(shù)高、運(yùn)行風(fēng)速范圍大、葉片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可以精確控制功率因數(shù)、傳動(dòng)系統(tǒng)柔性好、陣風(fēng)的能量可以通過(guò)葉輪加速得以儲(chǔ)存、啟動(dòng)制動(dòng)性能好以及低風(fēng)速時(shí)機(jī)組運(yùn)行噪音低等優(yōu)點(diǎn)。該項(xiàng)技術(shù)早在上世紀(jì)40年代就出現(xiàn)，但是當(dāng)時(shí)受到控制技術(shù)及電力電子器件水平的限制沒(méi)能得到很好的發(fā)展。理論上講這種技術(shù)是目前最優(yōu)化的調(diào)節(jié)技術(shù)。該種調(diào)節(jié)方法的優(yōu)點(diǎn)是：無(wú)需靈敏的調(diào)節(jié)速度，風(fēng)能利用效率高，輸出功率易于控制。同時(shí)，控制系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)葉片節(jié)距角以適應(yīng)空氣密度的變化及減少因葉片表面污染造成的影響。主動(dòng)失速型風(fēng)力機(jī)葉片通過(guò)軸承固定在輪毅上，但葉片可圍繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)以此調(diào)整節(jié)距角。比如丹麥的Vestas公司采用高滑差發(fā)電機(jī)，這種做法等效于在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中增裝一個(gè)彈性環(huán)節(jié)，使得輸出功率大大減少，這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：槳葉受力比較少，發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)部件輕巧，但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。由于風(fēng)能本身的隨機(jī)波動(dòng)性，一般的調(diào)節(jié)方法跟不上因風(fēng)速變化而產(chǎn)生的發(fā)電機(jī)輸出功率的變化，這顯然對(duì)電網(wǎng)和輸出的電能影響極大。在實(shí)際應(yīng)用中，由于功率與風(fēng)速的三次方成正比，風(fēng)速的較小變化將引起風(fēng)能較大的變化。變槳距風(fēng)力機(jī)的起動(dòng)風(fēng)速較定槳距風(fēng)力機(jī)低，停機(jī)時(shí)傳動(dòng)機(jī)械的沖擊應(yīng)力相對(duì)緩和。在額定風(fēng)速以下時(shí)，葉片節(jié)距角處于零度附近，此時(shí)葉片角度受控制環(huán)節(jié)精度的影響，變化范圍很小，可看作等同于定槳距風(fēng)機(jī)。定槳距失速型風(fēng)電機(jī)組在過(guò)去20年的風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用中始終處于主導(dǎo)地位，即使在近幾年商品化的兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組中，失速型機(jī)組仍占有相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)份額。失速性能良好的玻璃鋼復(fù)合材料制成的風(fēng)力機(jī)葉片以及葉尖擾流器成功應(yīng)用于風(fēng)力機(jī)上解決了上述兩個(gè)問(wèn)題。所謂失速調(diào)節(jié)就是利用葉片的翼型氣動(dòng)失速特性來(lái)限制葉片吸收過(guò)大的風(fēng)能，當(dāng)風(fēng)速大于風(fēng)力機(jī)額定風(fēng)速時(shí)，氣流在葉片表面產(chǎn)生渦流，導(dǎo)致葉片的升阻比下降，風(fēng)能利用效率降低，從而使機(jī)組的輸出功率大致保持不變，因而其功率調(diào)節(jié)不需任何控制算法。功率調(diào)節(jié)方式主要有四種。 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)方式功率調(diào)節(jié)也是風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)之一。②轉(zhuǎn)動(dòng)部分無(wú)需齒輪箱，降低系統(tǒng)噪音③可采用多電平變換技術(shù)，將風(fēng)能直接饋入高壓電網(wǎng)。（4）低速永磁同步發(fā)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上述三種系統(tǒng)均采用了增速齒輪箱將發(fā)電機(jī)的低速低頻變?yōu)楦咚俟ゎl，但齒輪箱一方面產(chǎn)生巨大的噪聲，同時(shí)也降低了風(fēng)能的利用效率，新型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用多極低速永磁同步發(fā)電機(jī)，通過(guò)功率變換電路直接并入電網(wǎng)，這就省去了增速齒輪箱（如圖17所示），系統(tǒng)效率大大提高，噪聲也進(jìn)一步降低。圖16 雙饋電機(jī)變速恒頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下：①轉(zhuǎn)子側(cè)交直交變換器僅需要25％的風(fēng)機(jī)額定功率，大大降低了電源變換器的造價(jià)；②網(wǎng)側(cè)及直流側(cè)濾波電感、電容功率相應(yīng)縮小，電磁干擾也大大降低；③可方便地實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率控制。圖15 異步發(fā)電機(jī)變速恒頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（3）雙饋電機(jī)變速恒頻系統(tǒng)雙饋（Doublyfed）發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上與繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相似，即定子、轉(zhuǎn)子均為三相對(duì)稱，轉(zhuǎn)子繞組電流由滑環(huán)引入，其電氣原理如圖16所示，發(fā)電機(jī)的定子通過(guò)接觸器投入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子通過(guò)四象限交直交變換器與電網(wǎng)連接。但也存在許多缺點(diǎn)：①整流器和逆變器的容量必須和風(fēng)機(jī)功率相匹配，變換器價(jià)格昂貴；②發(fā)電機(jī)繞組承受較高的，電磁兼容性較差；③直流側(cè)濾波器、交流網(wǎng)側(cè)電感容量較大。（2）異步發(fā)電機(jī)變速恒頻系統(tǒng)常規(guī)的變速風(fēng)力并網(wǎng)系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖15所示，機(jī)組通常由風(fēng)輪、增速箱、交流發(fā)電機(jī)、變距機(jī)構(gòu)、整流器、變速器以及控制電路組成，早期的交直交并網(wǎng)逆變器整流器采用晶閘管相控整流器（如圖15所示），但需要增加無(wú)功補(bǔ)償電路，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，相控整流器逐步被PWM整流器所取代，以前PWM技術(shù)主要應(yīng)用于逆變器場(chǎng)合，近年來(lái)PWM整流器已逐漸成熟，采用PWM整流器使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率因素得到改善，諧波損耗也大大降低，其基本控制策略如下：在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組額定功率以內(nèi)，控制器的控制策略是實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤，即盡量利用風(fēng)能，而當(dāng)風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速時(shí)，為使發(fā)電機(jī)組和逆變器不致于過(guò)載運(yùn)行，此時(shí)應(yīng)減小葉尖速比值，使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行于恒功率區(qū)域。圖14 具有升壓功能的交直交同步發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：①控制電路簡(jiǎn)單可靠； ②無(wú)最大、最小速度限制，調(diào)速范圍寬；③發(fā)電機(jī)不承受高的，電磁兼容性好；④對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)不敏感。但也有人在研究永磁發(fā)電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電的最大功率跟蹤控制方法。當(dāng)采用永磁轉(zhuǎn)子時(shí)，電極極距可以很小，因而可以大大減小多極數(shù)低轉(zhuǎn)速電機(jī)的徑向尺寸，但發(fā)電機(jī)的電壓和功率因數(shù)就比較難控制了。同步發(fā)電機(jī)變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)如圖13所示。（1）同步發(fā)電機(jī)變速恒頻系統(tǒng)同步電機(jī)是自勵(lì)磁電機(jī)，機(jī)電轉(zhuǎn)換效率高，容易做成多極數(shù)低轉(zhuǎn)速型，因而可以采用風(fēng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，省去增速齒輪箱。基于上述考慮，發(fā)展了變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)。由于變速變頻發(fā)電系統(tǒng)中風(fēng)力發(fā)電頻率隨風(fēng)速而變，不能和電網(wǎng)頻率始終保持一致，不能實(shí)用。從速度調(diào)節(jié)方式上又可以劃分為恒速和變速控制。目前對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制主要是功率調(diào)節(jié)和速度調(diào)節(jié)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的所有動(dòng)作都是在由控制系統(tǒng)發(fā)出的命令的指揮下完成的。以上過(guò)程可以通過(guò)微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)和操作。發(fā)電機(jī)的電勢(shì)或端電壓的幅值將大致與電網(wǎng)電壓相同。槳距控制器調(diào)節(jié)葉片槳距角使風(fēng)力機(jī)起動(dòng)。使風(fēng)力機(jī)對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向。同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)合閘前，為了避免電流沖擊和轉(zhuǎn)軸受到突然的扭矩，需要滿足一定的并網(wǎng)條件，這些條件是：風(fēng)力發(fā)電機(jī)的端電壓等于電網(wǎng)的電壓；風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出頻率等于電網(wǎng)電壓的頻率；并網(wǎng)合閘的瞬間，風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的回路電勢(shì)為零；風(fēng)力發(fā)電機(jī)的相序與電網(wǎng)的相序相同。變流器的保護(hù)系統(tǒng)需要不停的監(jiān)視發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的電壓、電流，直流母線的電壓、電流等各種電氣參數(shù)，并不斷的將這些參數(shù)與其繼電保護(hù)設(shè)置相比較，只要有一個(gè)參數(shù)超出了繼電保護(hù)的設(shè)置要求，保護(hù)系統(tǒng)將會(huì)中斷變流器的運(yùn)行。偏航和槳距角控制單元負(fù)責(zé)調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的迎風(fēng)角和葉片的節(jié)距角，當(dāng)風(fēng)速過(guò)高，超過(guò)系統(tǒng)的額定功率時(shí)，變槳距系統(tǒng)調(diào)節(jié)槳葉節(jié)距角，使風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，將功率控制在額定功率以下；當(dāng)風(fēng)向變化時(shí)，偏航系統(tǒng)可以跟蹤風(fēng)向，使機(jī)組始終迎風(fēng)工作，并且當(dāng)系統(tǒng)因?yàn)槎啻螌?duì)風(fēng)而導(dǎo)致電纜纏繞時(shí)進(jìn)行解繞操作；同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性與它的空載電動(dòng)勢(shì)值的大小有關(guān)，而的值是發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的函數(shù)，改變勵(lì)磁電流就可以影響同步發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)的運(yùn)行特性；變流器控制單元用來(lái)對(duì)發(fā)電機(jī)輸出的電能進(jìn)行控制，將發(fā)電機(jī)發(fā)出的變壓變頻的電能轉(zhuǎn)變?yōu)楹銐汉泐l的電能，經(jīng)并網(wǎng)變壓器并入電網(wǎng)，并在正常工作過(guò)程中接受主控制器的命令實(shí)現(xiàn)輸出功率的控制，從而使機(jī)組工作在最佳風(fēng)能捕獲狀態(tài)下；而機(jī)組主控制系統(tǒng)用于協(xié)調(diào)這些部件的工作，同時(shí)采集當(dāng)前的外部參數(shù)（風(fēng)速、轉(zhuǎn)速、電網(wǎng)電壓等），根據(jù)最佳風(fēng)能捕獲算法，適時(shí)的對(duì)各控制單元給出合理的操作指令。（3）控制及保護(hù)系統(tǒng)并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的大系統(tǒng)，控制系統(tǒng)是不可缺少的。（2）無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理與普通電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)相同，且電機(jī)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，降低了加工和裝配費(fèi)用，同時(shí)還省去容易出問(wèn)題的集電環(huán)和電刷，提高了電機(jī)運(yùn)行的可靠性。在早期的定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，風(fēng)力機(jī)大多采用三槳葉與輪轂剛性聯(lián)接的結(jié)構(gòu)。風(fēng)以一定速度和攻角作用在槳葉上，使槳葉產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。下面對(duì)系統(tǒng)的幾個(gè)主要部分進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)通常包含風(fēng)力機(jī)，無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)，電力電子變流系統(tǒng)，控制及保護(hù)系統(tǒng)，并網(wǎng)變壓器及斷路器等，其結(jié)構(gòu)如圖12所示，其工作原理如下：風(fēng)以一定的速度和攻角作用在風(fēng)力機(jī)的槳葉上，使風(fēng)力機(jī)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩從而轉(zhuǎn)動(dòng)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，風(fēng)力機(jī)帶動(dòng)與其同軸相連的無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽l(fā)出隨風(fēng)速的變化，幅值和頻率都變化的交流電。3兆瓦的機(jī)組也已經(jīng)安裝完成，正在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)運(yùn)行。它可以被看成全直驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)和傳統(tǒng)解決方案的一個(gè)折衷。針對(duì)直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，人們又開(kāi)發(fā)了一種采用單級(jí)增速裝置加多極同步發(fā)電機(jī)技術(shù)的混合式風(fēng)力發(fā)電機(jī)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的直驅(qū)傳動(dòng)系統(tǒng)，避免了齒輪箱的成本和維護(hù)，降低了傳動(dòng)系統(tǒng)的損耗。一種直驅(qū)發(fā)電機(jī)是傳統(tǒng)的異步電機(jī)，有轉(zhuǎn)子花環(huán)和轉(zhuǎn)子激磁電路；另一種直驅(qū)發(fā)電機(jī)采用了永磁電機(jī)。為了減少傳動(dòng)部件，人們發(fā)明了直接驅(qū)動(dòng)的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。目前，齒輪傳動(dòng)技術(shù)單機(jī)容量最大的風(fēng)電機(jī)組是由德國(guó)REPower公司生產(chǎn)的，容量5兆瓦，風(fēng)輪直徑達(dá)到130米，安裝在120米高的塔架上。自大型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)問(wèn)世以來(lái)，已有上千臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)更換了齒輪箱。按不同的驅(qū)動(dòng)方式劃分，風(fēng)力發(fā)電機(jī)又可以劃分為齒輪驅(qū)動(dòng)、直接驅(qū)動(dòng)和混合驅(qū)動(dòng)。因此風(fēng)機(jī)存在三個(gè)典型運(yùn)行狀態(tài)：保證恒定，控制風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速(維持λ不變)直到轉(zhuǎn)速達(dá)到極限；風(fēng)力機(jī)以恒定速度運(yùn)行，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)可使具有較大數(shù)值，直到最大輸出功率；當(dāng)風(fēng)速過(guò)大，輸出功率達(dá)到極限時(shí)風(fēng)力機(jī)按恒定功率控制，使輸出功率限制在額定值附近。風(fēng)力機(jī)的整體設(shè)計(jì)和相應(yīng)的運(yùn)行控制策略應(yīng)盡可能追求最大，從而增加其輸出功率。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)是風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可在很大范圍內(nèi)變化而不影響輸出電能的頻率。如果保持槳葉節(jié)距角β不變，風(fēng)能利用系數(shù)只與葉尖速比有關(guān)系，則可用一條曲線描述特性，這就是定槳距風(fēng)力機(jī)的特性曲線。可以看出,對(duì)于一臺(tái)確定的風(fēng)力機(jī),在槳葉節(jié)距角不變時(shí)總有一個(gè)對(duì)應(yīng)著最佳功率系數(shù)的最佳葉尖速比,此時(shí)風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)換效率最高。變槳距風(fēng)力機(jī)的特性曲線通常由一簇功率系數(shù)的無(wú)因次性能曲線來(lái)表示，功率系數(shù)是風(fēng)力機(jī)葉尖速比的函數(shù)，如圖11所示。葉尖速比可以用下式表示： （13）式中：葉輪半徑，單位為；：風(fēng)力機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)速，單位為。風(fēng)能利用系數(shù)反映了風(fēng)力機(jī)吸收利用風(fēng)能的效率，是一個(gè)與風(fēng)速、葉輪轉(zhuǎn)速、葉輪直徑、槳距角均有關(guān)系的量。下面介紹一下風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行特性和功率調(diào)節(jié)特性。因此，研制適用于風(fēng)電轉(zhuǎn)換的高可靠性、高效率、控制及供電性能良好的風(fēng)力發(fā)電變流系統(tǒng)，是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究重點(diǎn)，具有重要的意義。隨著微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，變流技術(shù)也從通過(guò)交直流發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方式，發(fā)展到20世紀(jì)60～70年代的晶閘管逆變技術(shù)，而21世紀(jì)的變流技術(shù)多采用了MOSFET、IGBT、GTO、IGCT、MCT等多種先進(jìn)且易于控制的功率器件，控制電路也從模擬集成電路發(fā)展到單片機(jī)以及數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）控制。隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的迅速發(fā)展，采用大功率可控器件研制的變流器也越來(lái)越多的應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。在并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中要求發(fā)電機(jī)輸出恒壓、恒頻的交流電，傳統(tǒng)的解決辦法是采用失速調(diào)節(jié)或者混合調(diào)節(jié)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，以恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行。隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組