發(fā)電效率是風(fēng)機(jī)最核心的性能，而除去葉片能量捕獲效率高低和智能控制策略的優(yōu)劣外，機(jī)組機(jī)械傳動(dòng)鏈及電氣傳動(dòng)鏈的不同形式也是導(dǎo)致不同發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率有區(qū)別的重要因素。 　　
　　一般來說，直驅(qū)全功率系統(tǒng)在低功率工況效率較高，雙饋系統(tǒng)在高功率工況效率較高。而遠(yuǎn)景推出的雙模風(fēng)機(jī)兼顧直驅(qū)全功率和雙饋風(fēng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)，并且有最好的風(fēng)能捕獲優(yōu)勢(shì)，在高風(fēng)速工況和低風(fēng)速工況均有較高的發(fā)電效率。這是怎么做到的呢？
　　
　　要搞清楚這個(gè)問題，需要先了解直驅(qū)和雙饋兩種典型發(fā)電系統(tǒng)的效率特性，請(qǐng)看下圖。 　　 　　
　　從圖中可以看出：發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行在47%以下額定功率段時(shí)，直驅(qū)由于沒有齒輪箱損耗，且發(fā)電機(jī)效率較高，所以具有最好的效率表現(xiàn)。而傳統(tǒng)的雙饋機(jī)組在轉(zhuǎn)速很低時(shí)，轉(zhuǎn)子開口電壓與轉(zhuǎn)速呈反比關(guān)系，而轉(zhuǎn)子繞組的開口電壓過高會(huì)導(dǎo)致變頻器過電壓，因此低速段一般采用恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，這使得在低風(fēng)速工況風(fēng)機(jī)不能保證最優(yōu)能力捕獲。另外，雙饋發(fā)電機(jī)的定子一直與電網(wǎng)連接，電機(jī)勵(lì)磁損耗恒定，因此較之雙饋風(fēng)機(jī)，直驅(qū)風(fēng)機(jī)在低速區(qū)間運(yùn)行時(shí)效率較高。
　　
　　然而，在47%額定功率以上的中高風(fēng)速工況下，情況就發(fā)生了反轉(zhuǎn)。雙饋風(fēng)機(jī)通常只需配置一臺(tái)1/3容量的變頻器，而直驅(qū)風(fēng)機(jī)采用全功率變頻器，因此同等輸出功率條件下?lián)p耗接近雙饋?zhàn)冾l器的3倍。2014年，遠(yuǎn)景推出國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的2.5MW 雙饋風(fēng)冷變頻器，正是得益于雙饋?zhàn)冾l器功率低損耗小，風(fēng)冷設(shè)計(jì)仍能夠滿足散熱要求。
　　
　　而直驅(qū)機(jī)型變頻器電氣損耗大大增加，需要水冷設(shè)計(jì)才能滿足散熱要求，隨之帶來的冷卻系統(tǒng)能耗也增大。 另外，由于沒有齒輪箱，直驅(qū)全功率型發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速很低，必須采用多極發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出。目前受電機(jī)設(shè)計(jì)和電磁材料技術(shù)的局限，必須通過增大直驅(qū)全功率發(fā)電機(jī)的體積來實(shí)現(xiàn)所需要的轉(zhuǎn)矩輸出。基于經(jīng)濟(jì)性的考慮，通常直驅(qū)全功率永磁發(fā)電機(jī)一般設(shè)計(jì)的最優(yōu)效率工作點(diǎn)在額定功率的1/3到1/2，以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的性價(jià)比優(yōu)化，其結(jié)果是發(fā)電機(jī)在1/3額定功率以上運(yùn)行時(shí)的效率明顯降低。而雙饋電機(jī)的電氣損耗隨著功率增大變化較不明顯，甚至勵(lì)磁損耗在整個(gè)功率段維持恒定不變。因此較之直驅(qū)風(fēng)機(jī)，雙饋風(fēng)機(jī)在高風(fēng)速區(qū)間運(yùn)行時(shí)效率更高。
　　
　　雖然兩種發(fā)電系統(tǒng)在不同風(fēng)速期間的表現(xiàn)已經(jīng)有了定論，但業(yè)界更關(guān)注的問題是：在低風(fēng)速風(fēng)電場(chǎng)，到底哪種技術(shù)路線從效率表現(xiàn)的特點(diǎn)上，能夠具有更好的發(fā)電量表現(xiàn)，因?yàn)檫@關(guān)系到風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際收益。
　　
　　首先要了解的是，風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)頻呈Weibull分布，實(shí)時(shí)風(fēng)速在平均風(fēng)速上、下的時(shí)間占比相當(dāng)，但由于低風(fēng)速區(qū)域輸出功率低，因此風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電量收益更大程度上依賴中高風(fēng)速大功率區(qū)域。以遠(yuǎn)景某真實(shí)的典型低風(fēng)速風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)為例，全功率效率占優(yōu)區(qū)間年發(fā)電量占比為29.5%，雙饋效率占優(yōu)區(qū)間年發(fā)電量占比為70.5%。
　　
　　另外，由于葉輪直徑大的風(fēng)機(jī)擁有更優(yōu)越的發(fā)電性能，近年來，風(fēng)機(jī)一直在朝著更大葉輪直徑方向發(fā)展，這意味著兩種發(fā)電系統(tǒng)效率分界點(diǎn)也在向著更低風(fēng)速區(qū)域移動(dòng)，而風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)資源情況不變化，因此隨著葉片長(zhǎng)度增加，風(fēng)機(jī)的中高風(fēng)速工況發(fā)電量收益占比會(huì)進(jìn)一步增大。
　　
　　從發(fā)電性能表現(xiàn)看，雙饋型發(fā)電系統(tǒng)仍比全功率直驅(qū)型發(fā)電系統(tǒng)更具優(yōu)勢(shì)，且隨著葉輪直徑增大優(yōu)勢(shì)會(huì)進(jìn)一步拉大。
　　
　　了解了直驅(qū)和雙饋發(fā)電系統(tǒng)各自的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在請(qǐng)你來看看遠(yuǎn)景智能雙模風(fēng)機(jī)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)到底體現(xiàn)在什么地方？！
　　
　　在傳統(tǒng)雙饋風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)上，遠(yuǎn)景雙模風(fēng)機(jī)增加了一種全功率運(yùn)行的發(fā)電模式，故稱作雙模機(jī)組，這種獨(dú)特的解決方案是基于雙饋和直驅(qū)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的新型發(fā)電系統(tǒng)，也就是說，雙模發(fā)電系統(tǒng)在低風(fēng)速段的發(fā)電效率僅稍次于直驅(qū)型系統(tǒng)，從而在高風(fēng)速段和低風(fēng)速段均有優(yōu)越的發(fā)電性能，如下圖所示。 　　 　　
　　需要詳細(xì)解釋的是，雙模機(jī)組在低風(fēng)速工況發(fā)電機(jī)由雙饋電機(jī)模式轉(zhuǎn)變?yōu)槿β誓Ｊ剑诖四Ｊ较?，轉(zhuǎn)子開口電壓與轉(zhuǎn)速呈正比關(guān)系，由此突破了傳統(tǒng)雙饋機(jī)組的運(yùn)行轉(zhuǎn)速下限，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)在整個(gè)風(fēng)速段的最佳能力捕獲效率。另外，全功率模式下，發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)不直接連接，通過優(yōu)化的電機(jī)勵(lì)磁控制方法還能夠大大提高電氣傳動(dòng)鏈發(fā)電效率。
　　
　　由此，在低風(fēng)速工況和高風(fēng)速工況采用不同的傳動(dòng)鏈拓?fù)湫问?，配合智能的切換控制算法，依據(jù)風(fēng)場(chǎng)湍流強(qiáng)度等動(dòng)態(tài)風(fēng)況特征，實(shí)時(shí)計(jì)算切換閾值并調(diào)整切換模式，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的最優(yōu)捕獲。
　　
　　下兩幅圖為兩種工作模式的能量流動(dòng)示意圖和兩種工作模式的切換圖。在低風(fēng)速、小功率段所有能量均通過變頻器傳送至電網(wǎng)，變頻器做全功率變頻器運(yùn)行。
在高風(fēng)速、大功率段變頻器仍做部分容量變頻器運(yùn)行。 　　 　　 　　
　　接下來還是用事實(shí)說話，以遠(yuǎn)景某款低風(fēng)速風(fēng)機(jī)產(chǎn)品為例，理論功率曲線提升情況如下圖所示。 　　 　　
　　值得提醒的是，采用雙模技術(shù)的風(fēng)機(jī)可運(yùn)行時(shí)間被大幅提高，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行效果明顯：在風(fēng)速特別低的時(shí)候，幾乎所有的雙饋風(fēng)機(jī)都小風(fēng)停機(jī)，但是經(jīng)過雙模改造的風(fēng)機(jī)仍然持續(xù)運(yùn)行發(fā)電。
　　
　　再看一組數(shù)據(jù)對(duì)比吧！下圖是國(guó)內(nèi)某風(fēng)場(chǎng)的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)圖，其中WTG_25為遠(yuǎn)景智能雙模機(jī)組（其他為普通雙饋機(jī)組）。你看，雙模機(jī)組能夠顯著提高低風(fēng)速段的發(fā)電量。 　　 　　
　　看完理論分析和實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，相信你已經(jīng)明白了，雙饋機(jī)組在高風(fēng)速工況有更大的優(yōu)勢(shì)，而全功率型機(jī)組在低風(fēng)速工況下有更高的發(fā)電效率，遠(yuǎn)景雙模機(jī)組結(jié)合兩者之長(zhǎng)，在低風(fēng)速工況采用全功率模式，在高風(fēng)速工況采用雙饋模式，從而實(shí)現(xiàn)全局的發(fā)電效率最優(yōu)。
　　
　　除了針對(duì)低風(fēng)速、高風(fēng)速工況切換不同運(yùn)行模式的優(yōu)勢(shì)外，遠(yuǎn)景雙模機(jī)組的另一個(gè)創(chuàng)新之處體現(xiàn)在一體化的集成優(yōu)化設(shè)計(jì)，遠(yuǎn)景作為整機(jī)廠商及有變頻器研發(fā)生產(chǎn)能力的公司，能夠打通變頻器、發(fā)電機(jī)、齒輪箱等硬件系統(tǒng)和軟件控制系統(tǒng)，通過與控制集成優(yōu)化設(shè)計(jì)，并結(jié)合系統(tǒng)載荷和風(fēng)況特征自適應(yīng)調(diào)整控制策略，實(shí)現(xiàn)整體風(fēng)能的全局最優(yōu)捕獲。
　　
　　此外，通過優(yōu)化的電機(jī)勵(lì)磁控制算法，最大程度的降低電氣傳動(dòng)鏈能量損耗。“開源節(jié)流”，極盡所能，讓風(fēng)機(jī)輸出更多發(fā)電量，為客戶創(chuàng)造更多價(jià)值。
　　
　　可以說，雙模技術(shù)自2012年誕生后，已在多個(gè)風(fēng)場(chǎng)獲得批量應(yīng)用，從運(yùn)行數(shù)據(jù)分析來看，雙模技術(shù)改造后，風(fēng)機(jī)的年發(fā)電量(AEP)比未改造的雙饋機(jī)組最高可提升近2%。 值得分享的是，遠(yuǎn)景研發(fā)團(tuán)隊(duì)深度挖掘傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)運(yùn)維痛點(diǎn)，通過智能雙模平臺(tái)支持電機(jī)的電動(dòng)模式運(yùn)行，方便了風(fēng)機(jī)安裝調(diào)試及輪轂內(nèi)運(yùn)維，為未來葉片吊裝降本提供可能，同時(shí)降低電氣系統(tǒng)故障排查難度。此外，增加風(fēng)機(jī)的電氣制動(dòng)模式，降低風(fēng)機(jī)對(duì)變槳?jiǎng)x車的高度依賴。你看，遠(yuǎn)景智能雙模技術(shù)可不只是提升發(fā)電量哦！