1.2 风力发电机组的基本组成

水平轴独立运行的风力发电机组由风轮、尾舵、发电机、支架、电缆、充电器、逆变器、蓄电池等组成。并网运行的发电机组由风轮（包括叶片和轮毂）、主轴、偏航电动机、发电机等组成，如图1.1所示。

图1.1 并网运行的风力发电机组构成

叶片的作用是捕获风能并将风力传送到转子轴心。主轴将风轮转子轴心与齿轮箱连接在一起。风轮机转子捕获的能量通过主轴、齿轮箱及高速轴传送到发电机。发电机的作用是将风轮捕获到的机械能转变为电能传送到电网。轮毂是风轮的枢纽，也是叶片根部与主轴的连接件。所有从叶片传来的力都通过轮毂、主轴承、增速齿轮箱驱动风力发电机转动发电。轮毂同时也控制叶片桨距角（使叶片作俯仰转动），在设计中应保证有足够的强度。风轮机组塔架上载有机舱及风轮转子，可以是钢质的锥形塔架，也可以是桁架式的塔架。偏航装置由电子控制器根据风向标测量的风向操作，借助偏航电动机水平转动机舱，使风轮转子叶片正对着风，以便捕获更多风能。机舱包容着风轮机的关键设备，包括齿轮箱、发电机和控制器，维护人员可通过风轮机塔进入机舱。

控制系统由传感器、执行机构和处理器系统组成。传感器一般包括风速仪、风向标、转速传感器、电量采集传感器、桨距角位置传感器、各种限位开关、振动传感器、温度和油位指示器、液压系统压力传感器等，执行机构一般包括液压驱动装置或电动桨距角调节机构、发电机转矩控制器、发电机接触器、制动装置和偏航电动机等，处理系统通常由计算机或微型控制器和高可靠性的硬件安全链组成，实现风轮机运行过程中的各种控制功能，同时在发生严重故障时，能够保障风力发电机组处于安全状态。控制系统的总体结构如图1.2所示。

风力发电机组的液压系统的主要功能是为风力发电机组中一切使用液压作为驱动力的装置（桨距角控制装置、安全桨距角控制装置、偏航驱动和控制装置、停机制动装置）提供液压驱动力。在定桨距风力发电机组中，液压系统的主要任务是驱动风力发电机的气动制动和机械制动；在变桨距风力发电机组中，主要通过液压系统控制桨距角调节机构，实现风力发电机组的转速控制、功率控制，同时也控制机械制动机构。

图1.2 控制系统的总体结构

变桨距角系统的主要功能是通过调节气流对桨叶的攻角，改变风轮机的能量转换效率，从而控制风力发电机组的功率输出，还在机组需要停机时提供空气动力制动。通常采用液压驱动或电驱动，在设计阶段需要考虑这两种方式的优点和缺点，主要有三种组合形式：液压变桨距角系统、电动变桨距角系统和电液结合变桨距角系统。