风力发电机的性能参数

四、风力发电机的性能参数

1.风能利用系数CP

风能利用系数CP是指风力机的风轮能够从自然风中获得的能量与风轮扫掠面积内的未扰动气流所含风能的百分比。风能利用系数是评定风轮气动特性优劣的主要参数。风的能量只有部分可被风轮吸收后转换成机械能，因此风能利用系数为

式中：P——实际获得的输出功率，kW；ρ——空气密度，kg/m3；A——风力机的扫掠面积，m2；v——风速，m/s。

对于不同类型的风轮，其风能利用系数是不同的，并网型风力发电机组的风能利用系数一般应在0.4以上。

2.叶尖速比λ

叶尖速比简称尖速比，是指风轮叶片叶尖的线速度与风速之比，用λ表示，即

式中：v叶——叶片叶尖的线速度，m/s；v——风速，m/s；n——风轮转速，r/min；R——风轮转动半径，m。

叶尖速比与风轮效率是密切相关的，只要风力发电机没有超速，运转时处于较高叶尖速比状态下的风力发电机的风轮就具有较高的效率。

低速风轮，λ取小值；高速风轮，λ取大值。

3.升阻比

风在叶片翼型上产生的升力FL与阻力FD之比称为翼型的升阻比，用L/D来表示，即

式中：CL——升力系数；CD——阻力系数；FL——升力，N或kN；FD——阻力，N或kN。

翼型的升阻比（L/D）越大，则风力发电机组的效率越高。(https://www.daowen.com)

在攻角达到临界值之前，升力FL随攻角α的增大而增大，阻力FD随迎角的增大而减小。当攻角增大到某一临界值αCT时，升力突然减小，而阻力急剧增大，此时风轮叶片突然丧失支撑力，这种现象称为失速。

4.实度SA

风力机实度的定义是风轮的叶片面积之和与风轮扫掠面积之比，用SA表示。风力机实度是标志风力机性能的重要特征系数。实度的大小取决于叶尖速比，一般来说，实度大的风力机属于叶尖速比小的大扭矩、低转速型风力机，如风力提水机；而实度小的风力机则属于叶尖速比大的小扭矩、高转速型风力机。对于风力机，因为要求转速高，因此风轮实度取得小。自启动风力发电机的实度是由预定的启动风速来决定的，启动风速小，要求实度大。通常风力发电机实度大致为5％～20％。

5.设计风速（额定风速）vr

风力发电机达到额定功率输出时所规定的风速叫作额定风速。

6.切入风速vC

风力发电机开始发电时，轮毂高度处的最低风速叫作切入风速（通常为3～4 m/s）。

7.切出风速vS

风力发电机组正常运行的最大风速，称为切出风速；风力发电机组所能承受的最大设计风速，叫作安全风速。

8.风力机轴功率

风力机轴功率是指风力机轴的输出功率，它是评价风轮气动特性优劣的主要参数，它取决于风的能量和风轮的风能利用系数，即风轮的气动效率。

9.风力发电机功率

风力发电机功率是指风力发电机的输出功率，可用下式计算，即

式中：CP——风能利用系数；CQ——传动装置及风力发电机的效率系数。

风力发电机的额定输出功率是与机组配套的发电机的铭牌功率，其定义是在正常工作情况下，当风速达到额定风速时，风力发电机组的设计功率要达到最大连续输出电功率。

风力发电机的功率随风速变化：当风速很低的时候，风力发电机风轮会保持不动；当达到切入风速时，风轮开始旋转并带动发电机开始发电；随着风力越来越强，输出功率会增加；当风速达到额定风速时，风力发电机会输出其额定功率；此后风速再增加，由于风轮的调节，功率保持不变。定桨距风轮失速有个过程，超过额定风速后功率略有上升，然后又下降。当风速进一步增加，达到切出风速时，风力发电机会刹车，与电网脱开，不再输出功率，以免受损。

在风力发电机组产品样本中都有一个功率曲线图，如图3-14所示。