2.5.1 風(fēng)力發(fā)電機組的運行控制策略

為了從風(fēng)中捕獲到更多的風(fēng)能，根據(jù)風(fēng)輪機的功率特性，應(yīng)采取如下控制策略。

（1）從風(fēng)輪切入風(fēng)速（v_cut-in）到風(fēng)輪的額定轉(zhuǎn)速v_wN，根據(jù)風(fēng)輪的功率特性可知，風(fēng)速太低時，捕獲的風(fēng)能較少，系統(tǒng)的效率也較低。因此，在風(fēng)速太低的情況下不宜啟動風(fēng)力發(fā)電機組，只有當(dāng)風(fēng)速到達一定值，即切入風(fēng)速后，才啟動風(fēng)輪機組，如圖2.10中的OA區(qū)間所示。但為了提高整個風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的利用率，風(fēng)力發(fā)電機組的切入轉(zhuǎn)速也不宜太高。對直驅(qū)發(fā)電機而言，減小發(fā)電機的齒槽轉(zhuǎn)矩可適當(dāng)降低風(fēng)力發(fā)電機組的切入轉(zhuǎn)速。當(dāng)風(fēng)速超過切入風(fēng)速時啟動風(fēng)輪機組，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速由零增大到發(fā)電機的切入轉(zhuǎn)速，C_p值不斷上升，風(fēng)力發(fā)電機組開始運行發(fā)電。為了從隨機變化的風(fēng)中獲得最大功率，將槳距角設(shè)為最佳值，C_p恒為最大值，如圖2.10中的AB區(qū)間所示，這時風(fēng)力發(fā)電機組運行在最大功率點跟蹤狀態(tài)。

圖2.10 風(fēng)力發(fā)電機組的運行區(qū)域

（2）在風(fēng)速超過風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速v_wN時，隨著風(fēng)速的增加，風(fēng)輪機轉(zhuǎn)速也隨之增加。為了保證風(fēng)輪機組的安全穩(wěn)定運行，必須對風(fēng)輪規(guī)定一個允許的最大轉(zhuǎn)速，即風(fēng)輪的額定轉(zhuǎn)速v_wN，對應(yīng)圖2.10中B點的轉(zhuǎn)速，這個額定轉(zhuǎn)速一般應(yīng)小于與發(fā)電機額定功率對應(yīng)的風(fēng)速（發(fā)電機的額定轉(zhuǎn)速，對應(yīng)于圖2.10中的C點）。當(dāng)?shù)竭_額定風(fēng)速后，風(fēng)速再增加時，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速不再增加，即進入轉(zhuǎn)速恒定區(qū)，如圖2.10中的BC區(qū)間所示。為了運行在轉(zhuǎn)速恒定區(qū)，必須在發(fā)電機輸出額定功率之前改變控制策略，即隨著風(fēng)速增大，調(diào)節(jié)槳距角使C_p值減小，因為風(fēng)速還在增加，所以功率仍然增大，直到發(fā)電機的輸出功率到達發(fā)電機額定功率。一般根據(jù)測量的發(fā)電機輸出功率來決定轉(zhuǎn)速設(shè)定值。考慮到槳距角控制系統(tǒng)的反應(yīng)較慢，在風(fēng)輪額定轉(zhuǎn)速增加到發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速的過程中，發(fā)電機轉(zhuǎn)速約提高10%。

（3）當(dāng)風(fēng)速繼續(xù)增大時，發(fā)電機轉(zhuǎn)速會達到其額定值，同時發(fā)電機的輸出功率也達到額定功率，繼續(xù)調(diào)節(jié)風(fēng)輪機槳距角，降低風(fēng)輪的風(fēng)能利用因數(shù)，保持發(fā)電機的輸出功率為額定值不變，此時風(fēng)輪機工作在功率恒定區(qū)，如圖2.10中的CD區(qū)間所示。當(dāng)風(fēng)速增大到切出風(fēng)速v_ut-off（系統(tǒng)運行時的最大允許風(fēng)速）時，為了避免機組零部件的損壞，應(yīng)將風(fēng)輪機制動。