论述双馈式风机的发电原理与发展

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　　摘要：由于我国能源的需求量不断增大，因此开发新的能源，也成了一件迫在眉睫的事情。我国已经在风力发电方面取得了长足的进步，并且风力发电已经成为我国新能源的组成部分，风力发电每年都会为企业以及居民提供其所需的能源。风电产业的快速发展不仅可以给众多的科技人才提供就业平台，还可以帮助我国的产业进行升级，从而促进我国的经济快速、健康的发展。
　　关键词：风力发电；双馈式风机；原理
　　国际范围内利用风力进行发电时，其主要依靠双馈式风力发电机。本文将系统的介绍双馈式风力发电机，并且解析它的运作原理，同时分析它的市场前景，希望通过本次研究，可以给相关的工作人员提供一定的理论参考。
　　1 双馈式风电机的概述
　　双馈式异步发电机通常是由缠绕式的转定子电机组成，因其转子以及定子都可以给电网进行电力进行反馈，所以我们又称它为双馈电机。双馈式风电机组主要是由冷却系统以及电机本体共同构成；其中电机本体则由转子、定子和轴承系统共同组成，冷却系统则包括水冷、空空冷和空水冷。电机组之中，可以利用齿轮带动叶轮进行旋转，从而实现发电。从某种意义上来讲，这一种发电机其实质是对异步感应电机进行升级之后，而研发出来的一种产品，所以，它也可称之为异步化同步发电机。
　　在众多的风力发电机之中，双馈式风力电机具有自身的独特优势，下面我们将来详细的对它进行分析：首先，这一种发电机在电能质量上面具有自身独特的优点，并且其抵押的穿透力也是比较大的。该发电机组可以利用部分功率变流的技术，从而使得电机缩小了产生的谐波，并且使得产生的电能质量得到提升，同时增强低压穿透性能。双馈式风力发电机投入的成本比较少，产生的回报较高，并且其效率也很高。为了能够使电机的转速得以提升，还在电机组之中还设置了齿轮箱帮助其提高转速，从而使得发电的效率得到进一步的提升。双馈式风力发电机已经在我国得到了全面的推广，因此这项技术已经比较成熟，在实际的运用过程之中会更加的稳定。最后，这一种风机维护也较为简单，其内部主要由发电机、变速齿轮等组成，其中的每一个部分都是一个完整的个体 ；所以，当设备出现问题的时候，可以对其每一个部分进行快速的拆装检修。有了简单的拆修过程，使得电力系统的到更加有效的维护，并且其操作也较为简单，仅需对出问题的部分进行检修更换即可。并且双馈式风力发电机组与直驱机组相比，其建设成本会更加的低，同时双馈式风力发电机设备也更加的轻便，便于在实际环境中进行铺设。
　　2 双馈式风机发电的基本原理
　　从实质上来讲，双馈式风力发电机也是变电运行风电系统中的一类，其他的原理就是先将转子连接至电网，再用定子与直流电网进行连接，从而让机组可以在较大的范围内进行运行，并且可以在电网之间实现互相传输。电机处于亚步的时候，电网就可以对其进行电力输送，当其处于超步的状态下时，则可以利用定子向电网传输电能。电机与电网之间的电力互相传输，可以保证供电系统的稳定；当风力发电机组快速运作的时候，则可以补充电网所需的电能，而当风力短缺的时候，则可以利用电网对其进行电力补充，从而使得整个电网始终处于稳定的状态，防止因为风力不稳定的特有因素，而导致居民用电受到影响。
　　双馈式风力发电机，其工作原理主要是通过风能带动齿轮箱进行转动，从而带动双馈电机进行运作，从而实现风能与电能的转换；其系统主要是由无刷双馈式风力发电机以及有刷双馈式风力发电机组共同组成，而两种不同的系统在进行运作的时候，工作原理也有较大的差异。
　　2.1 有刷双馈式风力发电机的工作原理
　　有刷双馈风力发电机的结构与异步电机有着较为类似的内部构造，其内部主要是由定子以及转子绕组共同构成。有刷双馈风力发电机在实际的运行过程之中，由于风速的不断变化使得增速齿轮箱的转速也会发生相应的改变，而这种变化则可以传送给发电机，再使用变频器让其内部电流的频率处于一个稳定的状态，从而让发电机组可以进行平稳的电力输送。在电机内部安装了变频器之后，当转子的速度过低的时候，则可以利用电网进行电力输入，从而使转子的速度保持在一个合理的范围之内，而当转子的速度过高时，则可以将多余的电能进行输出，从而实现机电定子对电网进行持续稳定的电能输出。这一种电机在工作的时候，有着许多的优点，例如：它在工作的时候，可以更加灵活的进行无功功率调节以及有功率调节等，且可以通过交流励磁使发电系统暂时处于稳定状态。由于其内部有变流器的控制，使得可以发电系统并网的时更加迅速，也可以减少来自电流的冲击。在实际的环境之中，风速的变化是非常巨大的，但是发电机的转速可以根据风速而进行有效的调节，使得发电机组在运行的时候，可以让其叶尖速比在一个较为理想的值。但是双馈式发电机也有许多的弊端，例如：在实际的运行过程之中，遇到了电压波动时，则会触发系统的保护机制，使其需要手动并网才能恢复供电，这就使得供电网络的稳定性受到巨大的破坏。由于转子采用的是缠绕式结构，所以，这一个地方也会经常出现问题，其维修的频率也异常的高。
　　2.2无刷双馈式风力发电机的工作原理
　　在一般情况下，该风力发电机组的定子主要由两套级数不同的绕组共同构成，一套会直接并入电网，而另一套则需要利用双向变压器才能并入电网之中。这两套绕组都可以利用定子实现电子功率之间的传送；利用无刷双馈式的发电机控制方案，可以降低變频器的容量，使得变速恒平控制可以实现，并且这一种电机由于对其内部结构进行了简化，使得它的建设成本得到了降低，并且在实际的运行过程之中，还可以为电力系统进行稳定的电力输送。
　　3 双馈式风机的市场前景
　　由于双馈式风力发电机的技术较为成熟，且其已经得到了广泛的推广，并且在全球的范围内双馈式风力发电机，已经成为了风力发电行业最为重要的一部分。由于这一种风力发电机是使用的齿轮箱驱动发电机进行工作，所以这一套设备具有体积小、转速高等优点。我国许多地区都依靠双馈式风力发电机进行发电，其市场份额已经占到了80%以上，并且我国将在未来的三年继续使用双馈式风力发电机，从而全面完善风力发电系统，以此来满足我国的能源缺口。 　　不仅我国在推行风力发电，世界的其他国家也非常重视这一种新的清洁能源。通过对风能的利用，不仅可以暂时缓解全球能源短缺的问题，还可以减少化石燃料的燃烧，从而在世界范围內减少对周围环境的破坏。每一个国家的不可再生资源都面临着枯竭的问题，通过利用充分风力发电技术，可以缓解目前的能源问题，这一种能源的充分利用，还可以减少国际上的能源争端，其对于世界的和平也有着非常重要的作用。
　　由于各个国家都非常的重视可再生资源的开发利用，各国也加大了这一领域的投入，包括风力发电在内的各项技术，也已经取得了突破性的进展，并且风力发电技术也愈加的成熟。由于技术的不断更新与突破，让现代的风力发电设备更加小型化、高效化，但其重点仍在于发电机组的质量、可靠性、适应性。双馈式风力发电机从技术诞生到实际运用已经过去了十多年了，并且它已经成为各大风力发电机组中运用最为广泛的技术，由于其广泛的运用还让齿轮箱的作用发挥到了极致，通过加入齿轮箱还让电网中的电流功率变得更加的稳定，使得电网故障率不断下降。由于双馈式风力发电机组中的各个构件都是一个完整的独立体，当其发生故障的时候，修人员可以对其进行快速的更换，这就使得维修的难度大大降低，并且其维护的时间也较短，从而减少了断电对居民以及企业的影响；除此之外，这一种电机设计还可以使得机电组的成本得到控制，同时延长风电机组的使用寿命，从而为风力发电产业的发展，打下了一个较为良好的基础。由于双馈式风力发电机组，具有上述的许多优点；因此，该风力发电机组也得到了许多新能源企业的青睐。
　　可是，我们依然要正视双馈式风力发电机组依然存在着一些弊端，例如：其内部必须配备齿轮箱，由于该项元件的使用频率较高，并且会在机电组的运行过程之中一直处于高负荷的运作状态；因此，这一元件也会在实际的运营过程之中出现许多故障。当齿轮箱出现问题时，必须对发电机组进行停止发电，这就使得断电现象时有发生。所以，有部分企业会选用直驱机组来避免这种情况的发生，并且其市场前景也非常的巨大。
　　虽然直驱机组投入成本比较大，但其也有许多的优势。由于直驱机组之中取消了齿轮箱的设计，所以其避免了频繁给齿轮箱加油的过程，同时也让发电机组的噪音得到降低；其内部使用的永磁式设计，使得发电机的输出电压得到了提高，并且减少了输电过程之中的线节损耗，使得实际的运营成本得到了进一步的下降。通过合理的机舱升降机设计，使工作人员可以不与机舱尾部窗口进行直接接触，这样使得操作空间变大，并且保护了维护人员的人身安全。由于我国的国土面积较为广阔，各种天气都会出现，其中雷暴天气会让发电机组面临巨大的威胁，而直驱机组之中加入了防雷系统，使得在雷暴天气依然可以正常工作，这就避免了因为天气因素而导致供电中断的情况。双馈式风力发电机组在低风速的情况之下，需要依靠电网供电才能进行正常的运作，而直驱式机组在低风速的情况之下，依然可以进行良好的电力输送，并且其内部结构的简化使得发电效率变高。直驱永磁风力发电机组的低电压穿越，这让电网并网点电压跌落时，风力发电机组能够在一定电压跌落的范围内不间断并网运行，从而维持电网的稳定运行。
　　因此，双馈式风力发电机想要拥有现在的竞争优势，不仅仅只能依靠现有的一些优势，同时还应当进行技术创新。在进行技术革新的时候，一定要考虑到双馈式风力发电机组过于依赖齿轮箱的情况，以及电机的碳刷容易出现故障等问题。所以，在对双馈式风力发电机组进行改进的时候，一定要综合考虑到这些因素，从而使下一代的风力发电机组设备，能够更好的满足市场需求并降低其建设成本。
　　4 结束语
　　综上所述，在我国风力发电行业之中，双馈式风力发电机组有着非常重要的作用，它不仅对于我国产业升级有着促进作用，并且还促进了新能源行业的不断发展。由于这项技术已经较为成熟，使得我国许多地区都已经推广了该项技术，暂时缓解了我国的能源问题。当然，双馈风力发电机组，也依然存在着许多的弊端，故还要对其进行技术升级，同时要加大研究的力度，使得我国能够开发出更加先进的风力发电技术，以此来弥补双馈式风力发电机的缺陷。我们也应当看到我国新能源行业正在稳步的发展，且其技术进步的速度也是有目共睹的；双馈式风力发电机组虽然存在许多弊端，但是也为今后的发电机组研究提供了一些现实的参考。通过对该机组进行更加深入的研究，从而探究出该项技术的前景以及发展现状，让技术人员在看到我国在风力发电领域已经取得了巨大的进步，同时也要看到在风力发电技术方面依然存在着许多挑战。因此，我国的技术人员要继续的刻苦钻研，让风力发电行业继续稳步的前进，从而帮助我国实现能源转型并早日解决能源问题。
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　　（作者单位：国华能源投资有限公司山东分公司广饶风电场）
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