变速风力机的转矩-转速特性分析

转矩-转速特性曲线是对变速风力机实施控制的依据。由第四章的图4-13可知，风电机组的稳态运行轨迹可为图中的ACEF或ADGF。如采用ACEF的控制方式，在AC段和EF段将出现同一转速上大范围的转矩变化，这对于实时控制是不利的，因而需要先进的控制技术支持；而传统的变速恒频风力发电机组大多采用ADGF的控制方式，这样在稳态运行曲线上，转矩和转速可以得到一一对应的关系。

可以将ADGF的运行分为Z1～Z5这样五个控制区间，如图5-1所示，其特性分别如下：

Z1：机组未并网，风速小或者风轮未加速到并网转速。

Z3：以C_Pmax曲线运行，获得最优风能转化效率，转矩与转速呈二次方关系。

Z5：恒功率运行阶段，转矩与转速的乘积为机组额定功率，以变桨系统实现对风轮机械功率的限制。

Z2：Z1和Z3区域的线性过渡阶段。

Z4：Z3和Z5区域的线性过渡阶段。

图5-1 变速风力机的转矩-转速特性区间

控制系统以变速控制来实现最大能量获取的能力，以变桨控制来实现风轮输入功率的调整。控制系统不但要控制机组的功率表现，也要在控制环节中加入对塔架和传动链振动的动态阻尼调节作用。为实现稳态运行曲线，有一些参数必须首先被确定：(www.xing528.com)

1）并网转速；

2）额定转速；

3）动态最大转速限制；

4）额定转矩；

5）动态最大转矩限制；

6）C_Pmax运行段的系数。

从式（3-1）可以发现，在空气密度、叶片长度确定的情况下，λ_opt只取决于叶片的空气动力学特性。不同制造商生产的叶片，其最优叶尖速比是不一样的，也即机组最优功率曲线的轨迹是不一样的，这就要求整机制造厂商能根据叶片的特性来调整机组运行曲线。

在风力发电机组的运行范围内，只要A、D、G、F的位置被确定，任意转速下发电机的转矩稳态控制目标都可以被确定下来。