論述雙饋式風機的發電原理與發展

榮帆

摘要：由于我國能源的需求量不斷增大，因此開發新的能源，也成了一件迫在眉睫的事情。我國已經在風力發電方面取得了長足的進步，并且風力發電已經成為我國新能源的組成部分，風力發電每年都會為企業以及居民提供其所需的能源。風電產業的快速發展不僅可以給眾多的科技人才提供就業平臺，還可以幫助我國的產業進行升級，從而促進我國的經濟快速、健康的發展。

關鍵詞：風力發電；雙饋式風機；原理

國際范圍內利用風力進行發電時，其主要依靠雙饋式風力發電機。本文將系統的介紹雙饋式風力發電機，并且解析它的運作原理，同時分析它的市場前景，希望通過本次研究，可以給相關的工作人員提供一定的理論參考。

1 雙饋式風電機的概述

雙饋式異步發電機通常是由纏繞式的轉定子電機組成，因其轉子以及定子都可以給電網進行電力進行反饋，所以我們又稱它為雙饋電機。雙饋式風電機組主要是由冷卻系統以及電機本體共同構成；其中電機本體則由轉子、定子和軸承系統共同組成，冷卻系統則包括水冷、空空冷和空水冷。電機組之中，可以利用齒輪帶動葉輪進行旋轉，從而實現發電。從某種意義上來講，這一種發電機其實質是對異步感應電機進行升級之后，而研發出來的一種產品，所以，它也可稱之為異步化同步發電機。

在眾多的風力發電機之中，雙饋式風力電機具有自身的獨特優勢，下面我們將來詳細的對它進行分析：首先，這一種發電機在電能質量上面具有自身獨特的優點，并且其抵押的穿透力也是比較大的。該發電機組可以利用部分功率變流的技術，從而使得電機縮小了產生的諧波，并且使得產生的電能質量得到提升，同時增強低壓穿透性能。雙饋式風力發電機投入的成本比較少，產生的回報較高，并且其效率也很高。為了能夠使電機的轉速得以提升，還在電機組之中還設置了齒輪箱幫助其提高轉速，從而使得發電的效率得到進一步的提升。雙饋式風力發電機已經在我國得到了全面的推廣，因此這項技術已經比較成熟，在實際的運用過程之中會更加的穩定。最后，這一種風機維護也較為簡單，其內部主要由發電機、變速齒輪等組成，其中的每一個部分都是一個完整的個體 ；所以，當設備出現問題的時候，可以對其每一個部分進行快速的拆裝檢修。有了簡單的拆修過程，使得電力系統的到更加有效的維護，并且其操作也較為簡單，僅需對出問題的部分進行檢修更換即可。并且雙饋式風力發電機組與直驅機組相比，其建設成本會更加的低，同時雙饋式風力發電機設備也更加的輕便，便于在實際環境中進行鋪設。

2 雙饋式風機發電的基本原理

從實質上來講，雙饋式風力發電機也是變電運行風電系統中的一類，其他的原理就是先將轉子連接至電網，再用定子與直流電網進行連接，從而讓機組可以在較大的范圍內進行運行，并且可以在電網之間實現互相傳輸。電機處于亞步的時候，電網就可以對其進行電力輸送，當其處于超步的狀態下時，則可以利用定子向電網傳輸電能。電機與電網之間的電力互相傳輸，可以保證供電系統的穩定；當風力發電機組快速運作的時候，則可以補充電網所需的電能，而當風力短缺的時候，則可以利用電網對其進行電力補充，從而使得整個電網始終處于穩定的狀態，防止因為風力不穩定的特有因素，而導致居民用電受到影響。

雙饋式風力發電機，其工作原理主要是通過風能帶動齒輪箱進行轉動，從而帶動雙饋電機進行運作，從而實現風能與電能的轉換；其系統主要是由無刷雙饋式風力發電機以及有刷雙饋式風力發電機組共同組成，而兩種不同的系統在進行運作的時候，工作原理也有較大的差異。

2.1 有刷雙饋式風力發電機的工作原理

有刷雙饋風力發電機的結構與異步電機有著較為類似的內部構造，其內部主要是由定子以及轉子繞組共同構成。有刷雙饋風力發電機在實際的運行過程之中，由于風速的不斷變化使得增速齒輪箱的轉速也會發生相應的改變，而這種變化則可以傳送給發電機，再使用變頻器讓其內部電流的頻率處于一個穩定的狀態，從而讓發電機組可以進行平穩的電力輸送。在電機內部安裝了變頻器之后，當轉子的速度過低的時候，則可以利用電網進行電力輸入，從而使轉子的速度保持在一個合理的范圍之內，而當轉子的速度過高時，則可以將多余的電能進行輸出，從而實現機電定子對電網進行持續穩定的電能輸出。這一種電機在工作的時候，有著許多的優點，例如：它在工作的時候，可以更加靈活的進行無功功率調節以及有功率調節等，且可以通過交流勵磁使發電系統暫時處于穩定狀態。由于其內部有變流器的控制，使得可以發電系統并網的時更加迅速，也可以減少來自電流的沖擊。在實際的環境之中，風速的變化是非常巨大的，但是發電機的轉速可以根據風速而進行有效的調節，使得發電機組在運行的時候，可以讓其葉尖速比在一個較為理想的值。但是雙饋式發電機也有許多的弊端，例如：在實際的運行過程之中，遇到了電壓波動時，則會觸發系統的保護機制，使其需要手動并網才能恢復供電，這就使得供電網絡的穩定性受到巨大的破壞。由于轉子采用的是纏繞式結構，所以，這一個地方也會經常出現問題，其維修的頻率也異常的高。

2.2無刷雙饋式風力發電機的工作原理

在一般情況下，該風力發電機組的定子主要由兩套級數不同的繞組共同構成，一套會直接并入電網，而另一套則需要利用雙向變壓器才能并入電網之中。這兩套繞組都可以利用定子實現電子功率之間的傳送；利用無刷雙饋式的發電機控制方案，可以降低變頻器的容量，使得變速恒平控制可以實現，并且這一種電機由于對其內部結構進行了簡化，使得它的建設成本得到了降低，并且在實際的運行過程之中，還可以為電力系統進行穩定的電力輸送。

3 雙饋式風機的市場前景

由于雙饋式風力發電機的技術較為成熟，且其已經得到了廣泛的推廣，并且在全球的范圍內雙饋式風力發電機，已經成為了風力發電行業最為重要的一部分。由于這一種風力發電機是使用的齒輪箱驅動發電機進行工作，所以這一套設備具有體積小、轉速高等優點。我國許多地區都依靠雙饋式風力發電機進行發電，其市場份額已經占到了80%以上，并且我國將在未來的三年繼續使用雙饋式風力發電機，從而全面完善風力發電系統，以此來滿足我國的能源缺口。

不僅我國在推行風力發電，世界的其他國家也非常重視這一種新的清潔能源。通過對風能的利用，不僅可以暫時緩解全球能源短缺的問題，還可以減少化石燃料的燃燒，從而在世界范圍內減少對周圍環境的破壞。每一個國家的不可再生資源都面臨著枯竭的問題，通過利用充分風力發電技術，可以緩解目前的能源問題，這一種能源的充分利用，還可以減少國際上的能源爭端，其對于世界的和平也有著非常重要的作用。

由于各個國家都非常的重視可再生資源的開發利用，各國也加大了這一領域的投入，包括風力發電在內的各項技術，也已經取得了突破性的進展，并且風力發電技術也愈加的成熟。由于技術的不斷更新與突破，讓現代的風力發電設備更加小型化、高效化，但其重點仍在于發電機組的質量、可靠性、適應性。雙饋式風力發電機從技術誕生到實際運用已經過去了十多年了，并且它已經成為各大風力發電機組中運用最為廣泛的技術，由于其廣泛的運用還讓齒輪箱的作用發揮到了極致，通過加入齒輪箱還讓電網中的電流功率變得更加的穩定，使得電網故障率不斷下降。由于雙饋式風力發電機組中的各個構件都是一個完整的獨立體，當其發生故障的時候，修人員可以對其進行快速的更換，這就使得維修的難度大大降低，并且其維護的時間也較短，從而減少了斷電對居民以及企業的影響；除此之外，這一種電機設計還可以使得機電組的成本得到控制，同時延長風電機組的使用壽命，從而為風力發電產業的發展，打下了一個較為良好的基礎。由于雙饋式風力發電機組，具有上述的許多優點；因此，該風力發電機組也得到了許多新能源企業的青睞。

可是，我們依然要正視雙饋式風力發電機組依然存在著一些弊端，例如：其內部必須配備齒輪箱，由于該項元件的使用頻率較高，并且會在機電組的運行過程之中一直處于高負荷的運作狀態；因此，這一元件也會在實際的運營過程之中出現許多故障。當齒輪箱出現問題時，必須對發電機組進行停止發電，這就使得斷電現象時有發生。所以，有部分企業會選用直驅機組來避免這種情況的發生，并且其市場前景也非常的巨大。

雖然直驅機組投入成本比較大，但其也有許多的優勢。由于直驅機組之中取消了齒輪箱的設計，所以其避免了頻繁給齒輪箱加油的過程，同時也讓發電機組的噪音得到降低；其內部使用的永磁式設計，使得發電機的輸出電壓得到了提高，并且減少了輸電過程之中的線節損耗，使得實際的運營成本得到了進一步的下降。通過合理的機艙升降機設計，使工作人員可以不與機艙尾部窗口進行直接接觸，這樣使得操作空間變大，并且保護了維護人員的人身安全。由于我國的國土面積較為廣闊，各種天氣都會出現，其中雷暴天氣會讓發電機組面臨巨大的威脅，而直驅機組之中加入了防雷系統，使得在雷暴天氣依然可以正常工作，這就避免了因為天氣因素而導致供電中斷的情況。雙饋式風力發電機組在低風速的情況之下，需要依靠電網供電才能進行正常的運作，而直驅式機組在低風速的情況之下，依然可以進行良好的電力輸送，并且其內部結構的簡化使得發電效率變高。直驅永磁風力發電機組的低電壓穿越，這讓電網并網點電壓跌落時，風力發電機組能夠在一定電壓跌落的范圍內不間斷并網運行，從而維持電網的穩定運行。

因此，雙饋式風力發電機想要擁有現在的競爭優勢，不僅僅只能依靠現有的一些優勢，同時還應當進行技術創新。在進行技術革新的時候，一定要考慮到雙饋式風力發電機組過于依賴齒輪箱的情況，以及電機的碳刷容易出現故障等問題。所以，在對雙饋式風力發電機組進行改進的時候，一定要綜合考慮到這些因素，從而使下一代的風力發電機組設備，能夠更好的滿足市場需求并降低其建設成本。

4 結束語

綜上所述，在我國風力發電行業之中，雙饋式風力發電機組有著非常重要的作用，它不僅對于我國產業升級有著促進作用，并且還促進了新能源行業的不斷發展。由于這項技術已經較為成熟，使得我國許多地區都已經推廣了該項技術，暫時緩解了我國的能源問題。當然，雙饋風力發電機組，也依然存在著許多的弊端，故還要對其進行技術升級，同時要加大研究的力度，使得我國能夠開發出更加先進的風力發電技術，以此來彌補雙饋式風力發電機的缺陷。我們也應當看到我國新能源行業正在穩步的發展，且其技術進步的速度也是有目共睹的；雙饋式風力發電機組雖然存在許多弊端，但是也為今后的發電機組研究提供了一些現實的參考。通過對該機組進行更加深入的研究，從而探究出該項技術的前景以及發展現狀，讓技術人員在看到我國在風力發電領域已經取得了巨大的進步，同時也要看到在風力發電技術方面依然存在著許多挑戰。因此，我國的技術人員要繼續的刻苦鉆研，讓風力發電行業繼續穩步的前進，從而幫助我國實現能源轉型并早日解決能源問題。

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（作者單位：國華能源投資有限公司山東分公司廣饒風電場）