2.5.1 风力发电机组的运行控制策略

为了从风中捕获到更多的风能，根据风轮机的功率特性，应采取如下控制策略。

（1）从风轮切入风速（v_cut-in）到风轮的额定转速v_wN，根据风轮的功率特性可知，风速太低时，捕获的风能较少，系统的效率也较低。因此，在风速太低的情况下不宜启动风力发电机组，只有当风速到达一定值，即切入风速后，才启动风轮机组，如图2.10中的OA区间所示。但为了提高整个风力发电系统的利用率，风力发电机组的切入转速也不宜太高。对直驱发电机而言，减小发电机的齿槽转矩可适当降低风力发电机组的切入转速。当风速超过切入风速时启动风轮机组，风轮转速由零增大到发电机的切入转速，C_p值不断上升，风力发电机组开始运行发电。为了从随机变化的风中获得最大功率，将桨距角设为最佳值，C_p恒为最大值，如图2.10中的AB区间所示，这时风力发电机组运行在最大功率点跟踪状态。

图2.10 风力发电机组的运行区域

（2）在风速超过风轮额定转速v_wN时，随着风速的增加，风轮机转速也随之增加。为了保证风轮机组的安全稳定运行，必须对风轮规定一个允许的最大转速，即风轮的额定转速v_wN，对应图2.10中B点的转速，这个额定转速一般应小于与发电机额定功率对应的风速（发电机的额定转速，对应于图2.10中的C点）。当到达额定风速后，风速再增加时，风轮的转速不再增加，即进入转速恒定区，如图2.10中的BC区间所示。为了运行在转速恒定区，必须在发电机输出额定功率之前改变控制策略，即随着风速增大，调节桨距角使C_p值减小，因为风速还在增加，所以功率仍然增大，直到发电机的输出功率到达发电机额定功率。一般根据测量的发电机输出功率来决定转速设定值。考虑到桨距角控制系统的反应较慢，在风轮额定转速增加到发电机额定转速的过程中，发电机转速约提高10%。

（3）当风速继续增大时，发电机转速会达到其额定值，同时发电机的输出功率也达到额定功率，继续调节风轮机桨距角，降低风轮的风能利用因数，保持发电机的输出功率为额定值不变，此时风轮机工作在功率恒定区，如图2.10中的CD区间所示。当风速增大到切出风速v_ut-off（系统运行时的最大允许风速）时，为了避免机组零部件的损坏，应将风轮机制动。