1.组成及分类
（1）风力发电系统的组成
风力机是把风能转换成机械能而对外做功的一种动力机械，也称之为风轮机、风动机或风车。
风力发电系统通常由两大部分组成（见图3-5）：机械部分和电气部分。
（2）风力发电的分类
风力机的品种繁多，用途各异，原理上都是把风能转变成机械能，然后变成其他形式的能量使用。风力机从不同的角度有多种分类方法。风力机通常的分类方法有以下几种。
1）按风轮轴与地面的相对位置可分为水平轴式风力机和垂直轴（立轴）式风力机。
2）按叶片工作原理可分为升力型风力机和阻力型风力机。
3）按风力机的用途可分为风力发电机、风力提水机、风力铡草机和风力脱粒机等。
图3-5 小型风力发电系统
4）按风轮叶片的叶尖线速度与吹来的风速之比的大小可分为高速风力机（比值大于等于3）和低速风力机（比值小于3），也有的把该比值为2～5者称为中速风力机。
5）按风力机容量（功率）大小分类：国际上通常将风力机组分为小型（100kW以下）、中型（100～1000kW）和大型（1000kW以上）3种；我国则分成微型（1kW以下）、小型（1～10kW）、中型（10～100kW）和大型（100kW以上）4种；也有的将1000kW以上的称为巨型风力机。
6）按风轮相对于塔架的位置可分为上风式（又称为前置式或迎风式）风力机和下风式（又称后置式或顺风式）风力机。风力机一般为上风式。
7）按风轮的叶片数量可分为单叶片、双叶片、三叶片、四叶片及多叶片式风机。应用较多的是水平轴、升力型、少叶式的风力发电机（多数为两个或三个叶片）。
8）按风轮桨叶可分为失速型和变桨型。
①失速型：高风速时，因桨叶形状或叶尖处的扰流器动作，限制风力机的输出转矩与功率。
②变桨型：高风速时，调整桨距角，限制输出转矩与功率。
9）按风轮转速可分为定速型和变速型。
①定速型：风轮保持一定转速运行，风能转换率低。
②变速型：其中双速型可在两个设定转速下运行，以改善风能转换率；连续变速型速度连续可调，可捕捉最大风能功率。
10）按传动机构可分为升速型和直驱型。
①升速型：齿轮箱连接低速风力机和高速发电机。
②直驱型：将低速风力机与低速发电机直接连接。
2.风力机的基本结构
风力机主要由风轮、塔架、调速器或限速器、调向器等组成，如图3-6所示。
图3-6 水平轴式风力机结构简图
风轮是集风装置，它是风力机最重要的部件。风轮的作用是捕捉和吸收风能，并将风能转变为机械能，再由风轮轴将能量送给传动装置。风轮一般由叶片（也称桨叶）、叶柄、轮毂及风轮轴等组成。
叶片横截面形状基本类型有3种：平板型、弧板型和流线型。流线型阻力小、效率高，但制造稍难，是高速风力机普遍采用的类型。
小型风力机叶片常用整块优质木材加工制成；大中型风力机叶片如果用木质时，不用整块木料，而是用很多纵向木条胶接在一起。
3.小型风力机的特点(www.xing528.com)
小型风力发电机按风力机与发电机连接方式分类，可分为变速连接和直接连接两种。
（1）变速连接的小型风力发电机
对于风轮叶片高速性不佳的风力机，每分钟转速不过数百转，而发电机转速很高，可达1000～3000R/MIｎ。这时必须采用变速机构，把低速轴（即风力机主轴，又称风轮轴）和高速轴（即发电机转轴）连接起来。变速装置有采用齿轮传动的，也有采用传动带传动的。
（2）直接连接的小型风力发电机
由于直接连接的小型风力发电机的中间减少了变速机构，风力机直接套在发电机轴上，使整个机组具有更简单的结构。
直接连接的小型风力发电机具有以下特点。
1）采用了高速性能好的薄翼型叶片，风力机风轮转速较高。
2）采用了低速发电机，发电机转速较低。
小型风力发电机一般没有调速装置或只具有比较简单的单级调速装置。离心增阻式制动翼或旋转叶尖调节等都是通过改变风轮叶片转动阻力实现调速的；而机头壳体偏心调速法或侧翼调速法都是通过改变风轮的迎风面积实现调速的。
小型风轮发电机的迎风调向装置（对风装置）一般采用尾舵（尾翼）法。尾舵采用薄钢板制造，对风效果较好。
由于风具有不恒定性，发电机的输出也是不断变化的。为了保证无风或风小时的用电质量，小型风轮发电机都必须配有相当容量的蓄电池，用户的用电均需通过蓄电池取得。
4.风力发电的运行方式
（1）风力发电系统独立运行
风力发电系统独立运行，又称为离网型户用风力发电系统。
风力发电系统独立运行有配以蓄电池储能的独立运行方式和采用负载自动调节法的独立运行方式两类。
1）配以蓄电池储能的独立运行方式：配以蓄电池储能的独立运行方式是将独立运行的风力发电机发出的电力经整流后给蓄电池充电及向直流负载供电，经逆变器转换后向交流负载供电。对于10kW以下的小型风力发电机组，特别是1kW以下的微型风力发电机组，普遍采用这种方式向用户供电。
对于1kW以下的微型机组，一般不加增速器（齿轮箱），直接由风力机带动发电机运转，且一般采用低速交流永磁发电机；对于1kW以上的机组，大多装有增速器，发电机则有交流永磁发电机、同步或异步自励发电机等。经整流后直接供给直流负载，并将多余的电能向蓄电池充电。在需要交流供电的情况下，通过逆变器将直流电转换为交流电供给交流负载。
风力机在额定风速以下变速运行，超过额定风速后限速运行。
当风力减小，风力机转速下降，致使发电机电压低于蓄电池电压时，发电机不再向蓄电池充电，而蓄电池要向发电机反送电，运行中应避免这种情况。
对于容量较大的机组（如20kW以上），由于所需的蓄电池容量大、投资高、不经济，所以较少采用这种运行方式。
2）采用负载自动调节法的独立运行方式：采用负载自动调节法的独立运行方式是在不同的风速下接入数量不同的负载，以使风力发电机的输出功率与负载功率相匹配。这种运行方式可以更好地利用风能，使风力发电机组能在安全的转速下工作。
具有负载自动调节的独立运行的风力发电系统与配以蓄电池储能的独立运行方式的区别是增加了可调节负载和泄能负载。
当风力机的转速变化致使风力发电机的输出功率变化时，负载控制器可依据风力发电机输出电压、频率的高低决定可调负载的投入和切除。
从风力发电机直接输出的电能，其频率随转速而变化，可直接用于电热器类的负载（如电供暖、电加热水等）。同时这类负载和泄能负载均可作为负载调节之用。
采用负载调节的运行方式，负载级别分得越细，风轮运行越平稳，频率稳定度也越高。
（2）风力发电系统并网运行
风力发电系统并网运行是将风力发电机组接于电网，向电网输出电能。它有利于克服风的随机性而带来的储能问题。10kW以上直至兆瓦级的风力发电机皆可采用这种运行方式。并网运行又可分为以下几种运行方式。
1）恒速恒频方式：恒速恒频运行方式风力发电机组的转速不随风速的波动而变化，维持恒速运转，从而输出恒定频率的交流电。这种方式具有简单可靠的优点，但是对风能的利用不充分，因为风力机只有在一定的叶尖速比的数值下才能达到最高的风能利用率。
2）变速恒频方式：变速恒频运行方式风力发电机组的转速随风速的波动作变速运行，但仍可输出恒定频率的交流电。这种运行方式可以提高风能的利用率。变速恒频方式必须增加实现恒频输出的电力电子设备，或者利用变极同步发电机，同时还应解决由于变速运行而在发电机组支撑结构上出现共振现象的问题。
3）风力场（风力田或发电机集群）：风力场是在风力资源丰富的地区按一定的排列方式成群安装风力发电机组，组成集群。集群内的风力发电机，少的有3～5台，多的可达几十台、几百台，甚至数千台，其容量多数为几十千瓦至几百千瓦，也有达到兆瓦以上的。一个风力场内可能兼有恒速恒频和变速恒频两种发电系统。风力发电机集群属于大规模利用风能，其发出的电能全部经变电设备送往大电网。
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