變槳距

如圖《不同葉片的槳距角對輸出功率的影響》所示，表示了輸出功率對槳距角變化的敏感性。

槳距角最重要的應用是功率調節，槳距角的控制還有其他優點。

當風輪開始旋轉時，採用較大的正槳距角可以產生一個較大的啓動力矩。 停機的時候，，經常使用90°的槳距角，因為在風力機剎車制動時，這樣做使得風輪的空轉速度最小。在90°正槳距角時，葉片稱為“順槳”。 ^[1] 

在額定風速以下時，風力發電機組應該儘可能地捕捉較多的風能，所以這時沒有必要改變槳距角，此時的空氣動力載荷通常比在額定風速之時小，因此也沒有必要通過變槳距來調節載荷。然而，恆速風力發電機組的最佳槳距角隨着風速的變化而變化，因此對於一些風力發電機組，在額定風速以下時，槳距角隨風速儀或功率輸出信號的變化而緩慢地改變幾度。

在額定風速以上時，變槳距控制可以有效調節風力發電機組吸收功率及葉輪產生載荷，使其不超過設計的限定值。然而，為了達到良好的調節效果，變槳距控制應該對變化的情況作出迅速的響應。這種主動的控制器需要仔細地設計，因為它會與風力發電機組的動態特性產生相互影響。

當達到額定功率時，隨着槳距角的增加攻角會減小。攻角的減小將使升力和力矩減小。氣流仍然附着在葉片上。高於額定功率時，槳距角所對應的功率曲線與額定功率曲線相交，在交點處給出了所必需的槳距角，用以維持風速下的額定功率。需要的槳距角隨着風速的變化逐漸增大，而且通常比槳距角失速的方式所需要的大很多。在陣風的條件下，需要大的槳距角來保持功率恆定，而葉片的慣性將限制控制系統反應的速度。

變速變槳距風力發電機組的控制主要通過兩個階段來實現：

在額定風速以下時，保持最優槳距角不變，採用最大功率跟蹤法(MPPT)，通過變流器調節發電機電磁轉矩使風輪轉速跟隨風速變化，使風能利用係數保持最大，風機一直運行在最大功率點；

在額定風速以上時，通過變槳距系統改變槳距角來限制風輪獲取能量，使風力發電機組保持在額定功率發電。而對於定槳距風力發電機組，在此風速高於額定的風速範圍內，由於其槳距角不能改變，只能通過風機的失速特性來降低風能的吸收，因此在風速高於額定時不能維持額定功率輸出，輸出功率反而會下降 ^[1]  。

風力機併網後的兩個工況：

(1)風速低於額定風速；

(2)風速高於額定風速。

具體分析如下：

變槳距風電機組的運行過程可以劃分為以下四個階段：

(1)風速小於切入風速；

(2)風速在切入風速和額定風速之間；

(3)風速在額定風速和切出風速之間：

(4)風速大於切出風速；

具體運行過程如下：

在風速小於切入風速時，機組不產生電能，槳距角保持在90^。；

在風速高於切入風速後，槳距角轉到0^。，機組開始併網發電，並通過控制變流器調節發電機電磁轉矩使風輪轉速跟隨風速變化，使風能利用係數保持最大，捕獲最大風能；

在風速超過額定值後，變槳機構開始動作，增大槳距角，減小風能利用係數，減少風輪的風能捕獲，使發電機的輸出功率穩定在額定值；

在風速大於切除風速時，風力機組抱閘停機，槳距角變到90^。以保護機組不被大風損壞 ^[2]  。

當風速增加使得發電機的輸出功率也隨之增加到額定功率附近時，由於風力發電機組的機械和電氣極限要求轉速和輸出功率維持在額定值。增大槳葉節距角，風能的利用係數明顯減小，發電機的輸出功率也相應減小。因此當發電機輸出功率大於額定功率時，通過調節槳葉減小發電機的輸出功率使之維持在額定功率；當輸出功率降到小於額定功率時，調節槳葉增大輸出功率。因此在高風速階段一般都採用變槳距控制。

通過能量傳遞轉化可以得到進一步分析，把風輪掃及面內的全部風能

分為發電機輸出電能

，轉子轉動的動能

和變槳距槳葉的能量損失

，(忽略其他機械和電路能量損失)。

當風能增加，而發電機要保持原來的額定功率，則必需使轉子轉動的動能增加，相應的轉速也要增加，這樣發電機的輸出功率也會相應增加，因此僅依靠變速恆頻控制不能解決高於額定風速時的能量平衡問題。

如果增大槳葉的節距角，使槳葉上的能量損失增大到

時，就可保證發電機工作在額定功率下；如果當發電機輸出功率降低到額定功率以下時，則通過減小槳葉的節距角，使槳葉上的能量損失減小，轉子轉速上升，發電機的輸出功率也增加。這樣通過變槳距控制，使功率始終維持在額定功率 ^[3]  。