子上的控制器之间则采用光学耦合。在本例中，控制值约为

10%，工作时间约为 10ms，从

而在湍流条件下实现平稳的功率输出，并降低结构负载。滑差值也会影响发电效率，兆瓦级
发电机的滑差值一般工作在

1% 范围内，效率约为 95%。因为转子电路要消耗无功功率，所

以功率因数一般都较低，约为

0.87。由于这一原因，开关电容器组是传统系统不可分割的一

部分，但功率电路会越来越多地控制功率因数。就

Nordic 公司的 1000 型涡轮发电机而言，

开关电容能在涡轮发电机的整个工作范围内将输出功率因数保持在

1。

　　只要把阻尼因素引入偏转系统的控制环路，就可能使轮叶绕塔轴进行一定程度的摇摆
运动，从而吸收湍流。因此，

1000 涡轮发电机的结构可以承受 55m/s 的风速，并能在 4m/s

的风速下开始工作，而在

25m/s 风速下停止工作。在转子速度为 25 rpm，转子轮叶叶尖速

度为

71m/s 时，该发电机能在 17m/s 风速下输出 1MW 最大功率。当转子刚开始超速时，离

心力驱动液压释放阀门，使轮叶叶尖转至刹车位置。专业生产风力发电系统的

Mita-Teknik

公司，它所生产的

SCADA（管理控制与数据采集）系统也能驱动气动刹车和机械刹车。发

电机通过挠性电缆向塔座输出

690V 三相交流电。SCADA 系统可以卷回电缆以防止缠绕。

SCADA 系统与中心设备之间的通信是通过调制解调器和电话线，还有一个 PC 用来独立监
控与记录涡轮发电机的运行情况。

　　控制系统简化了功率获取

　　许多风力涡轮发电机的设计师都喜欢采用转子倾斜角控制技术，因为这一技术可以大
大缓解速度变化问题和系统功率获取问题。当代产品有两种不同的倾斜角控制方法，第一种
方法是逐渐将轮叶对空气气流的攻角从满功率的最大位置减小到获取最小功率的周期变距
位置

；第二种方法是将攻角增大到发生气动失速点。丹麦工程师 MB Pedersen 和 P Nielsen

于

1980 年在实验型 Nibe-A 和 Nibe-B 涡轮发电机中试验了这两种方法（参考文献 1）。他

们的试验结果显示：全轮叶倾斜角控制可使输出特性更为平滑，并有可能在高风速时减小
转力推力。如今，更先进的轮叶气动算法和控制算法，有助于减小两者之间的差别。

Bonus Energy 公司的产品是以 CombiStalls 为商标的主动失速设计的主要实例。它的

“丹

麦概念

”涡轮发电机包括一个转速恒定的三轮叶转子，一个直接为电网提供电力的发电机，

以及失效保险系统。公司最大的产品是

B40 型 2.3MW 涡轮发电机，其转子扫过区域面积为

5330m2。将玻璃纤维强化的环氧树脂轮叶转过 80°至停机位是可能的。正常运行时，微处理
器控制的伺服回路不断将轮叶调整至失速位置。有一种双发电机设计可以双速运行（

11rpm

或

17 rpm），从而提高部分负载时的效率。只要在低风速时接入一个六极发电机绕组，发

电机就可产生转速为其额定转速三分之二时的电力。在较高风速时，发电机可切换到四极主
绕组，并以正常转速运行。

涡轮发电机在平均风速约为

5m/s ~ 6m/s 时能自行起动。当一个可控硅软起动电路将发电机

连接到电网时，转子就加速至电网同步速度。经过几秒直线运行之后，主接触器将可控硅电
路旁路，以消除半导体损耗。然后，在大约

14m/s ~ 15m/s 的最高风速范围内时，风力涡轮

发电机的电力输出随最高风速增大而大体呈线性增长，这时，控制回路切入，以保持电力
输出恒定不变，并防止发电机过载。如果平均风速超出涡轮发电机的工作极限，则控制系统
会使轮叶周期性变距，并施以刹车以关闭涡轮发电机。当风速低于重新起动的极限时，安全
系统会自动复位，涡轮发电机再次起动

——除非发生故障，否则涡轮发电机会保持离线状