3.2 变转速运行
3.2.1 影响风力机功率的因素
风力发电机组的输出功率主要受三个因素的影响：风速VW、桨距角β和高速特性数
。
风力机功率Pr为
（3-1）
（3-2）
式中，Pr为风轮吸收功率，W；ρ为空气密度，kg/m3；r为风轮半径，m；λ为速比，是叶尖速度与风速之比；
（3-3）
CP（β，λ）为风能利用系数，最大值是贝兹极限59.3％，CP曲线如图3-3所示。
图3-3 CP（β，λ）曲线
CP（β，λ）曲线是保持桨距角β不变的风力机性能变化。根据图3-3，只要使得风轮的速比
不变，即风轮叶尖速度u（相应的转速n）与风速VW同步增减，就可维持机组在最佳效率CPmax下运行。
变转速控制就是使风轮跟随风速的变化相应改变其旋转速度，以保持基本恒定的最佳速比λopt（图3-4）。
图3-4 变转速控制
3.2.2 变转速运行的特点
相对于恒转速运行，变转速运行有以下优点。
（1）具有较好的效率，可使桨距角调节简单化
变转速运行放宽对桨距角控制响应速度的要求，降低桨距角控制系统的复杂性，减小峰值功率要求。低风速时，桨距角固定，高风速时，调节桨距角限制最大输出功率。
（2）能吸收阵风能量 阵风时风轮转速增加，把阵风风能余量存储在风轮机转动惯量中，减少阵风冲击对风力发电机组带来的疲劳损坏，减少机械应力和转矩脉动，延长机组寿命。当风速下降时，高速运转的风轮动能便释放出来变为电能送给电网。
（3）系统效率高 变转速运行风力机可以在最佳速比、最大功率点运行，提高了风力机的运行效率，与恒速/恒频风电系统相比，年发电量一般可提高10％以上。
（4）改善功率品质 由于风轮系统的柔性，减少了转矩脉动，从而减少了输出功率的波动。
（5）减小运行噪声 低风速时，风轮处于低转速运行状态，使噪声降低。
风轮机和发电机共同工作的特性曲线见图3-5。
图3-5 风轮机和发电机共同工作的特性曲线
由图3-5可见，对于某设计风速有一最佳的转速，风速越高，最佳的转速越高，这是风轮机设计的关键点。