是一种机械电子系统，无法将各个关键部件隔离开来，但转子控制原理却是一个决定性因
素。控制系统必须在从静止无风直到可能一个世纪才出现一次的多方向、多速度变化的狂风
的情况下保护机器的运行。作为相关质量的一个指标，

Vestas 公司的 V90 系列 3MW 风力涡

轮发电机的转子组件重量为

40 吨，尽管它使用了许多昂贵的碳纤维复合材料。

失速控制的简单性掩饰了问题

　　一种限制功率获取的方法是使转子组件转动到不受风吹的位子。偏转系统一般用于保持
转子迎着风向，它包括风速传感器、风向传感器、一个电动或液压电动机驱动装置、接口电路
以及使发电机舱旋转的齿轮与轴承。传感器组件经常位于发电机舱的后方，通常是一个带风
向标的三环风速计。其它技术包括超声设备，如

 Vestas 公司 V90-3.0MW 上使用的一对超声

装置。实际上，转子后面的风速略低于真实的风速，这是由于旋转翼片的局部低压效应所造
成的。虽然这一差异不很重要，但特性化可以补偿这样的误差。然而，由于经验表明采用偏
转系统的速度控制的结果并不好，所以一般设计要么保持迎风的最大功率位置，要么将发
电机舱转到最小风能方向以实现停机。

　　用来稳定能量获取的最简单的气动方法是采用转子有一个固定的倾斜角的被动失速
（停转）控制。在给定的转子速度下，风速增加会使气流分散在轮叶表面上，产生失速效应。
这种气流分散会自动限制能量的获取，但却与空气密度和轮叶表面抛光质量有关。这种方法
还要求稳固的电网条件以及一个强大的发电机来保持稳定性。如果电网连接失效或发生电力
故障，就必须预防转子超速，从而要求转子上有气动刹车装置，以及在输入轴上有普通的
碟式机械刹车装置。由于转子有固定的倾斜角，而且不能转至最高转矩位置以利于起动，所
以有时需要以电动机模式运行发电机，使转子加速到与电网同步的速度。最后，这一结构必
须足够牢固，能承受失速控制特有的大动态负载。

虽然如此，仍有一些成功的风力涡轮发电机采用了这一原理。

 Nordic Windpower 公司

 

的

 1000 型 1MW 风力涡轮发电机，简易而又重量轻，采用一个双轮叶的失速控制的转子，

其扫过面积为

 2290m2。这种涡轮发电机是自起动的，轮叶上有失速条，以减小某些早期失

速控制涡轮发电机的峰值功率曲线，从而实现一个顶部平坦的功率曲线。转子采用经玻璃纤
维强化的聚脂结构，因为这种结构具有较好的气动弹性，有利于

“软性”或“挠性”结构便于

吸收大动态负载。借用直升飞机的其他部件包括一个

“跷跷板式”叶毂，它的弹性轴承可以使

轮叶与输入轴有

 ±2° 的相对运动，从而降低两者间的风切变力。发电机控制系统和偏转控制

系统中的额外阻尼也可进一步提高结构的挠性。

由

 Weier 电子公司制造的发电机是一种四极单速感应式发电机，其转子比旋转电磁场转得

稍快一些。这种

“滑差”可提供一种阻尼作用，有助于抑制机电振荡。只要切换发电机转子电

路内的电阻来控制激励电流，这个滑差值就在

 1% ～ 10% 范围内变化。由于感应式发电机

的转矩与滑差成正比例，因此这种方式就具有速度控制功能，而异步发电机则很难实现这
种控制功能。在滑差为

0%时，发电机与电网频率同步，既不产生也不消耗电力（转子消耗

的无功功率除外）。同样，如果发电机转速比电网频率低，则它进入电动机模式，并吸收电
网的电流。为限制这一电流消耗，在风速低于约

 4m/s ~5m/s （即涡轮发电机的所谓切入速

度）时，输入轴碟式刹车通常能阻止转子的运动。

　　

Vestas 公司同样将滑差控制技术应用于它的 OptiSlip 系统，而转子上的电子电路与定