智能双模技术为什么能提升双馈机组的发电效率

发电效率是风机最核心的性能，而除去叶片能量捕获效率高低和智能控制策略的优劣外，机组机械传动链及电气传动链的不同形式也是导致不同发电系统发电效率有区别的重要因素。

一般来说，直驱全功率系统在低功率工况效率较高，双馈系统在高功率工况效率较高。而远景推出的双模风机兼顾直驱全功率和双馈风机的优势，并且有最好的风能捕获优势，在高风速工况和低风速工况均有较高的发电效率。这是怎么做到的呢？

要搞清楚这个问题，需要先了解直驱和双馈两种典型发电系统的效率特性，请看下图。

不同发电系统效率对比图

从图中可以看出：发电系统运行在47%以下额定功率段时，直驱由于没有齿轮箱损耗，且发电机效率较高，所以具有最好的效率表现。而传统的双馈机组在转速很低时，转子开口电压与转速呈反比关系，而转子绕组的开口电压过高会导致变频器过电压，因此低速段一般采用恒定转速运行，这使得在低风速工况风机不能保证最优能力捕获。另外，双馈发电机的定子一直与电网连接，电机励磁损耗恒定，因此较之双馈风机，直驱风机在低速区间运行时效率较高。

然而，在47%额定功率以上的中高风速工况下，情况就发生了反转。双馈风机通常只需配置一台1/3容量的变频器，而直驱风机采用全功率变频器，因此同等输出功率条件下损耗接近双馈变频器的3倍。2014年，远景推出国内首创的2.5MW双馈风冷变频器，正是得益于双馈变频器功率低损耗小，风冷设计仍能够满足散热要求。

而直驱机型变频器电气损耗大大增加，需要水冷设计才能满足散热要求，随之带来的冷却系统能耗也增大。另外，由于没有齿轮箱，直驱全功率型发电机的额定转速很低，必须采用多极发电机设计实现大转矩输出。目前受电机设计和电磁材料技术的局限，必须通过增大直驱全功率发电机的体积来实现所需要的转矩输出。基于经济性的考虑，通常直驱全功率永磁发电机一般设计的最优效率工作点在额定功率的1/3到1/2，以实现发电机的性价比优化，其结果是发电机在1/3额定功率以上运行时的效率明显降低。而双馈电机的电气损耗随着功率增大变化较不明显，甚至励磁损耗在整个功率段维持恒定不变。因此较之直驱风机，双馈风机在高风速区间运行时效率更高。

虽然两种发电系统在不同风速期间的表现已经有了定论，但业界更关注的问题是：在低风速风电场，到底哪种技术路线从效率表现的特点上，能够具有更好的发电量表现，因为这关系到风电场的实际收益。

首先要了解的是，风场的风频呈Weibull分布，实时风速在平均风速上、下的时间占比相当，但由于低风速区域输出功率低，因此风电场的发电量收益更大程度上依赖中高风速大功率区域。以远景某真实的典型低风速风场数据为例，全功率效率占优区间年发电量占比为29.5%，双馈效率占优区间年发电量占比为70.5%。

另外，由于叶轮直径大的风机拥有更优越的发电性能，近年来，风机一直在朝着更大叶轮直径方向发展，这意味着两种发电系统效率分界点也在向着更低风速区域移动，而风场的风资源情况不变化，因此随着叶片长度增加，风机的中高风速工况发电量收益占比会进一步增大。

从发电性能表现看，双馈型发电系统仍比全功率直驱型发电系统更具优势，且随着叶轮直径增大优势会进一步拉大。

了解了直驱和双馈发电系统各自的优势，现在请你来看看远景智能双模风机技术的优势到底体现在什么地方？！

在传统双馈风机的基础上，远景双模风机增加了一种全功率运行的发电模式，故称作双模机组，这种独特的解决方案是基于双馈和直驱优势互补的新型发电系统，也就是说，双模发电系统在低风速段的发电效率仅稍次于直驱型系统，从而在高风速段和低风速段均有优越的发电性能，如下图所示。

双模发电系统效率图

需要详细解释的是，双模机组在低风速工况发电机由双馈电机模式转变为全功率模式，在此模式下，转子开口电压与转速呈正比关系，由此突破了传统双馈机组的运行转速下限，实现风机在整个风速段的最佳能力捕获效率。另外，全功率模式下，发电机与电网不直接连接，通过优化的电机励磁控制方法还能够大大提高电气传动链发电效率。

由此，在低风速工况和高风速工况采用不同的传动链拓扑形式，配合智能的切换控制算法，依据风场湍流强度等动态风况特征，实时计算切换阈值并调整切换模式，实现风能的最优捕获。

下两幅图为两种工作模式的能量流动示意图和两种工作模式的切换图。在低风速、小功率段所有能量均通过变频器传送至电网，变频器做全功率变频器运行。在高风速、大功率段变频器仍做部分容量变频器运行。

远景双模机组两种工作模式能量流动示意图

两种工作模式切换示意图

接下来还是用事实说话，以远景某款低风速风机产品为例，理论功率曲线提升情况如下图所示。

理论功率曲线提升

值得提醒的是，采用双模技术的风机可运行时间被大幅提高，现场运行效果明显：在风速特别低的时候，几乎所有的双馈风机都小风停机，但是经过双模改造的风机仍然持续运行发电。

再看一组数据对比吧！下图是国内某风场的运行统计数据图，其中WTG_25为远景智能双模机组（其他为普通双馈机组）。你看，双模机组能够显著提高低风速段的发电量。

国内某风场双模风机运行数据

看完理论分析和实际运行数据，相信你已经明白了，双馈机组在高风速工况有更大的优势，而全功率型机组在低风速工况下有更高的发电效率，远景双模机组结合两者之长，在低风速工况采用全功率模式，在高风速工况采用双馈模式，从而实现全局的发电效率最优。

除了针对低风速、高风速工况切换不同运行模式的优势外，远景双模机组的另一个创新之处体现在一体化的集成优化设计，远景作为整机厂商及有变频器研发生产能力的公司，能够打通变频器、发电机、齿轮箱等硬件系统和软件控制系统，通过与控制集成优化设计，并结合系统载荷和风况特征自适应调整控制策略，实现整体风能的全局最优捕获。

此外，通过优化的电机励磁控制算法，最大程度的降低电气传动链能量损耗。“开源节流”，极尽所能，让风机输出更多发电量，为客户创造更多价值。

可以说，双模技术自2012年诞生后，已在多个风场获得批量应用，从运行数据分析来看，双模技术改造后，风机的年发电量(AEP)比未改造的双馈机组最高可提升近2%。值得分享的是，远景研发团队深度挖掘传统风机运维痛点，通过智能双模平台支持电机的电动模式运行，方便了风机安装调试及轮毂内运维，为未来叶片吊装降本提供可能，同时降低电气系统故障排查难度。此外，增加风机的电气制动模式，降低风机对变桨刹车的高度依赖。你看，远景智能双模技术可不只是提升发电量哦！

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