3.1　功率调节

功率调节是风力发电机组的关键技术之一。风力发电机组在超过额定风速（一般为12～16m/s）以后，由于机械强度和发电机、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，使功率输出仍保持在额定值附近。这样也同时限制了叶片承受的负荷和整个风力机受到的冲击，从而保证风力机安全不受损害。功率调节方式主要有定桨距失速调节、变桨距角调节和混合调节三种方式，调节原理如图3-1所示。

图3-1　功率调节方式原理图

（F为作用在桨叶上的气动合力，该力可以分解为F_d、F_t两部分；F_d与风速V_w垂直，称为驱动力，使桨叶旋转做功；F₁与风速V_w平行，称为轴向推力，通过塔架作用在地面上）

3.1.1　定桨距失速调节

定桨距是指风轮的桨叶与轮毂是刚性连接，叶片的桨距角不变。当空气流流经上下翼面形状不同的叶片时，叶片弯曲面的气流加速，压力降低，凹面的气流减速，压力升高，压差在叶片上产生由凹面指向弯曲面的升力。如果桨距角β不变［图3-1（a）］，随着风速v_W增加，攻角α相应增大，开始升力会增大，到一定攻角后，尾缘气流分离区增大形成大的涡流，上下翼面压力差减小，升力迅速减少，造成叶片失速（与飞机的机翼失速机理一样）（图3-2），自动限制了功率的增加。

图3-2　桨叶片升力曲线

因此，定桨距失速控制没有功率反馈系统和变桨距角伺服执行机构，整机结构简单、部件少、造价低，并具有较高的安全系数。缺点是这种失速控制方式依赖于叶片独特的翼型结构，叶片本身结构较复杂，成型工艺难度也较大。随着功率增大，叶片加长，所承受的气动推力大，使得叶片的刚度减弱，失速动态特性不易控制，所以很少应用在兆瓦级以上的大型风力发电机组的功率控制上。

3.1.2　变桨距角调节

变桨距角型风力发电机能使风轮叶片的安装角随风速而变化，如图3-1（b）所示。当功率大于额定功率，风速增大时，桨距角向迎风面积减小的方向转动一个角度，相当于增大桨距角β，从而减小攻角α，从而限制功率。

变桨距角机组启动时可对转速进行控制，并网后可对功率进行控制，使风力机的启动性能和功率输出特性都有显著改善。变桨距角调节的风力发电机在阵风时，塔架、叶片、基础受到的冲击，较之失速调节型风力发电机组要小得多，可减少材料，降低整机质量。它的缺点是需要有一套比较复杂的变桨距角调节机构，要求风力机的变桨距角系统对阵风的响应速度足够快，才能减轻由于风的波动引起的功率脉动。

3.1.3　混合调节

这种调节方式是前两种功率调节方式的组合。在低风速时，采用变桨距角调节，可达到更高的气动效率；当风机达到额定功率后，使桨距角β向减小的方向转过一个角度，相应的攻角α增大，使叶片的失速效应加深，从而限制风能的捕获。这种方式变桨距角调节不需要很灵敏的调节速度，执行机构的功率相对可以较小。