风力机的基本特性
当风以速度v通过面积为A的区域时，通过这个区域的风能为：
风力机通过叶轮捕获风能并将其转化为机械能的效率并不是100%，因此可以定义出一个风能利用系数
所以有：
为了便于讨论的特性，我们定义一个新的物理量——叶尖转速比
其中，为风力机风轮角速度，为主导风速，为风力机叶片半径
不加证明地给出，风能利用系数是叶尖转速比和桨叶节距角的二元函数，即有
显然的，如果保持节距角不变（定浆距风力机），是的一元函数。对于特定的定浆距风力机，存在一个唯一的最佳叶尖角速比。一般而言，实际的一般在0.4左右，很难超过0.5
定浆距失速控制
- 装两个电机，一个工作在风速大时，一个工作在风速小时
- 当风速超过大功率电机的额定功率时，采用失速控制或者偏航控制维持功率恒定
比较 来看 定桨 距 失速 控制 风 力机机 构 简单 造价低 并 具 有较 高的 安全系数 利 于 市场 竞 争 。 但失 速 型 叶片本身 结构 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 增大 叶片的失速动态 特 性 不 易控 制 使 制造更大 机 组 受到 限制 。 变 桨 距 型 风 力机 能使叶片的 节 距角随风速 而 变化 从而 使 风力 机 在各 种工况下 (起 动 、 正 常运转 、 停机)按最 佳参 数运行 。 可 使 发 电机在额 定风速 以下 的工 作 区 段有 较 大 的 功 率输 出 而 在额 定风速以上的 高风速 区 段不 超载 无需 过 大 容量 的发 电机等 。 当然 它 的缺点 是 需要 有 一 套 比较复杂 的变距调 节 结构 。 现 在 这 两种 功率调节方 案都 在大 、 中型风 力发 电机组 中得到 了广泛采 用 。
变速恒频风力发电系统的运行区域
- 启动区
此时风速从零上升到切入风速，在切入风速一下风机不会并入电网发电
- 最大风能追踪区
此时风力机处在定浆距运行的状态，风力机桨叶节距角不调节。此时输出功率之和DFIG转速有关，控制DFIG转速使其运行在最佳功率曲线上，以实现最大风能的追踪
- 恒转速区
此时DFIG已经达到了最大允许的转速，但是风机的输出功率还没有达到最大。此时保持转速恒定，通过调整浆叶节距角继续提高发电功率
- 恒功率区
DIFG和其变换器将达到功率极限，通过调整桨叶节距角让发电功率维持在一个可以接受的最大值。
最大风力追踪的实现
由于在风电机组实际运行过程当中，风速的准确检测比较困难，无法直接给出与之相对应的最佳转速指令，所以最大风力追踪的实现靠的不是去求解每一个风力下的最大值，而是靠追踪最大功率曲线实现的。
随着风速的变化，最佳转速与最大的功率在坐标系中对应的曲线就是最佳功率曲线。最佳功率和转速的关系如下（不加说明地给出）：
在合适的控制策略下，当风速由增大为时，功率会由突变为，但由于风机的惯性转速并不会突变。随后沿着到达最大功率点
恒速恒频与变速恒频风力发电技术
发电机及其系统的控制部分负责将机械能转化为电能，决定着整个风电系统的性能、效率和输出质量。根 据 发 电机 的运 行特 征和 控制技术 风 力发 电技 术 可 分 为恒速 恒频(CSSF )发 电和 变速 恒频 (VSCF )发 电两 大类 。
恒速恒频
问题时显然的，风速时刻在变，但是叶片的转速不变，值往往偏离理想状态甚远。随着风力发电机单机容量的增大，发电效率显得越来越重要，追踪最大风能捕获称为当务之急。
变速恒频
交流励磁变速恒频双馈风力发电系统（DFIG,Double Fed Induction Generator)
当风速发生变化时，发电机转速发生变化。控制转子励磁电流频率，可以使定子频率恒定，实现变速恒频发电：
- f_1为电网频率
- f_m为转子旋转频率
- n_p为极对数
- f_r为转子电流频率
发电机电角速度与机械角速度之间的关系为：
- 发电机转速小于同步转速，处于亚同步状态，此时电网通过励磁变频器向发电机转子回路提供转差功率
- 发电机转速大于同步转速，处于超同步状态，此时转子通过励磁变频器向电网回馈转差功率，励磁变频器的能量逆向流动
- ，处于同步状态，此时发电机相当于同步电机运行，，励磁变换器向转子提供直流励磁
显然，交流励磁变换器的功率只需是整个发电机功率的一小部分（约30%）。这大大降低了成本，成为其相对全功率变换器的最大优势。
与电网的整合
- 要求电网保持幅值和频率稳定
- 上述双馈式电机对频率波动耐受强，对电网幅值波动不耐受？
- 电网要求电网出bug（频率波动，幅值波动）的时候，风电机组不间断运行
- 也就是低电压穿越能力
- 传统控制策略
- 定子磁链定向矢量控制
- 定子电压定向矢量控制
- 都是基于定子电压恒定，忽略定子绕组电磁动态的前提
- 在这种情况下状态方程可以从5阶退化到3阶
- 但是电网电压出现幅值波动的时候，上述假设不成立，电机容易失控
