論述雙饋式風(fēng)機的發(fā)電原理與發(fā)展

榮帆

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

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；雙饋式風(fēng)機；原理

國際范圍內(nèi)利用風(fēng)力進行發(fā)電時，其主要依靠雙饋式風(fēng)力發(fā)電機。本文將系統(tǒng)的介紹雙饋式風(fēng)力發(fā)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(guān)的工作人員提供一定的理論參考。

1 雙饋式風(fēng)電機的概述

雙饋式異步發(fā)電機通常是由纏繞式的轉(zhuǎn)定子電機組成，因其轉(zhuǎn)子以及定子都可以給電網(wǎng)進行電力進行反饋，所以我們又稱它為雙饋電機。雙饋式風(fēng)電機組主要是由冷卻系統(tǒng)以及電機本體共同構(gòu)成；其中電機本體則由轉(zhuǎn)子、定子和軸承系統(tǒng)共同組成，冷卻系統(tǒng)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(zhuǎn)，從而實現(xiàn)發(fā)電。從某種意義上來講，這一種發(fā)電機其實質(zhì)是對異步感應(yīng)電機進行升級之后，而研發(fā)出來的一種產(chǎn)品，所以，它也可稱之為異步化同步發(fā)電機。

在眾多的風(fēng)力發(fā)電機之中，雙饋式風(fēng)力電機具有自身的獨特優(yōu)勢，下面我們將來詳細的對它進行分析：首先，這一種發(fā)電機在電能質(zhì)量上面具有自身獨特的優(yōu)點，并且其抵押的穿透力也是比較大的。該發(fā)電機組可以利用部分功率變流的技術(shù)，從而使得電機縮小了產(chǎn)生的諧波，并且使得產(chǎn)生的電能質(zhì)量得到提升，同時增強低壓穿透性能。雙饋式風(fēng)力發(fā)電機投入的成本比較少，產(chǎn)生的回報較高，并且其效率也很高。為了能夠使電機的轉(zhuǎn)速得以提升，還在電機組之中還設(shè)置了齒輪箱幫助其提高轉(zhuǎn)速，從而使得發(fā)電的效率得到進一步的提升。雙饋式風(fēng)力發(fā)電機已經(jīng)在我國得到了全面的推廣，因此這項技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在實際的運用過程之中會更加的穩(wěn)定。最后，這一種風(fēng)機維護也較為簡單，其內(nèi)部主要由發(fā)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(dāng)設(shè)備出現(xiàn)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(tǒng)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(fēng)力發(fā)電機組與直驅(qū)機組相比，其建設(shè)成本會更加的低，同時雙饋式風(fēng)力發(fā)電機設(shè)備也更加的輕便，便于在實際環(huán)境中進行鋪設(shè)。

2 雙饋式風(fēng)機發(fā)電的基本原理

從實質(zhì)上來講，雙饋式風(fēng)力發(fā)電機也是變電運行風(fēng)電系統(tǒng)中的一類，其他的原理就是先將轉(zhuǎn)子連接至電網(wǎng)，再用定子與直流電網(wǎng)進行連接，從而讓機組可以在較大的范圍內(nèi)進行運行，并且可以在電網(wǎng)之間實現(xiàn)互相傳輸。電機處于亞步的時候，電網(wǎng)就可以對其進行電力輸送，當(dāng)其處于超步的狀態(tài)下時，則可以利用定子向電網(wǎng)傳輸電能。電機與電網(wǎng)之間的電力互相傳輸，可以保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機組快速運作的時候，則可以補充電網(wǎng)所需的電能，而當(dāng)風(fēng)力短缺的時候，則可以利用電網(wǎng)對其進行電力補充，從而使得整個電網(wǎng)始終處于穩(wěn)定的狀態(tài)，防止因為風(fēng)力不穩(wěn)定的特有因素，而導(dǎo)致居民用電受到影響。

雙饋式風(fēng)力發(fā)電機，其工作原理主要是通過風(fēng)能帶動齒輪箱進行轉(zhuǎn)動，從而帶動雙饋電機進行運作，從而實現(xiàn)風(fēng)能與電能的轉(zhuǎn)換；其系統(tǒng)主要是由無刷雙饋式風(fēng)力發(fā)電機以及有刷雙饋式風(fēng)力發(fā)電機組共同組成，而兩種不同的系統(tǒng)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(fēng)力發(fā)電機的工作原理

有刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)與異步電機有著較為類似的內(nèi)部構(gòu)造，其內(nèi)部主要是由定子以及轉(zhuǎn)子繞組共同構(gòu)成。有刷雙饋風(fēng)力發(fā)電機在實際的運行過程之中，由于風(fēng)速的不斷變化使得增速齒輪箱的轉(zhuǎn)速也會發(fā)生相應(yīng)的改變，而這種變化則可以傳送給發(fā)電機，再使用變頻器讓其內(nèi)部電流的頻率處于一個穩(wěn)定的狀態(tài)，從而讓發(fā)電機組可以進行平穩(wěn)的電力輸送。在電機內(nèi)部安裝了變頻器之后，當(dāng)轉(zhuǎn)子的速度過低的時候，則可以利用電網(wǎng)進行電力輸入，從而使轉(zhuǎn)子的速度保持在一個合理的范圍之內(nèi)，而當(dāng)轉(zhuǎn)子的速度過高時，則可以將多余的電能進行輸出，從而實現(xiàn)機電定子對電網(wǎng)進行持續(xù)穩(wěn)定的電能輸出。這一種電機在工作的時候，有著許多的優(yōu)點，例如：它在工作的時候，可以更加靈活的進行無功功率調(diào)節(jié)以及有功率調(diào)節(jié)等，且可以通過交流勵磁使發(fā)電系統(tǒng)暫時處于穩(wěn)定狀態(tài)。由于其內(nèi)部有變流器的控制，使得可以發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的時更加迅速，也可以減少來自電流的沖擊。在實際的環(huán)境之中，風(fēng)速的變化是非常巨大的，但是發(fā)電機的轉(zhuǎn)速可以根據(jù)風(fēng)速而進行有效的調(diào)節(jié)，使得發(fā)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(fā)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(fā)系統(tǒng)的保護機制，使其需要手動并網(wǎng)才能恢復(fù)供電，這就使得供電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性受到巨大的破壞。由于轉(zhuǎn)子采用的是纏繞式結(jié)構(gòu)，所以，這一個地方也會經(jīng)常出現(xiàn)問題，其維修的頻率也異常的高。

2.2無刷雙饋式風(fēng)力發(fā)電機的工作原理

在一般情況下，該風(fēng)力發(fā)電機組的定子主要由兩套級數(shù)不同的繞組共同構(gòu)成，一套會直接并入電網(wǎng)，而另一套則需要利用雙向變壓器才能并入電網(wǎng)之中。這兩套繞組都可以利用定子實現(xiàn)電子功率之間的傳送；利用無刷雙饋式的發(fā)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(xiàn)，并且這一種電機由于對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行了簡化，使得它的建設(shè)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(tǒng)進行穩(wěn)定的電力輸送。

3 雙饋式風(fēng)機的市場前景

由于雙饋式風(fēng)力發(fā)電機的技術(shù)較為成熟，且其已經(jīng)得到了廣泛的推廣，并且在全球的范圍內(nèi)雙饋式風(fēng)力發(fā)電機，已經(jīng)成為了風(fēng)力發(fā)電行業(yè)最為重要的一部分。由于這一種風(fēng)力發(fā)電機是使用的齒輪箱驅(qū)動發(fā)電機進行工作，所以這一套設(shè)備具有體積小、轉(zhuǎn)速高等優(yōu)點。我國許多地區(qū)都依靠雙饋式風(fēng)力發(fā)電機進行發(fā)電，其市場份額已經(jīng)占到了80%以上，并且我國將在未來的三年繼續(xù)使用雙饋式風(fēng)力發(fā)電機，從而全面完善風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，以此來滿足我國的能源缺口。

不僅我國在推行風(fēng)力發(fā)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(fēng)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(nèi)減少對周圍環(huán)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(fēng)力發(fā)電技術(shù)，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(fā)利用，各國也加大了這一領(lǐng)域的投入，包括風(fēng)力發(fā)電在內(nèi)的各項技術(shù)，也已經(jīng)取得了突破性的進展，并且風(fēng)力發(fā)電技術(shù)也愈加的成熟。由于技術(shù)的不斷更新與突破，讓現(xiàn)代的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備更加小型化、高效化，但其重點仍在于發(fā)電機組的質(zhì)量、可靠性、適應(yīng)性。雙饋式風(fēng)力發(fā)電機從技術(shù)誕生到實際運用已經(jīng)過去了十多年了，并且它已經(jīng)成為各大風(fēng)力發(fā)電機組中運用最為廣泛的技術(shù)，由于其廣泛的運用還讓齒輪箱的作用發(fā)揮到了極致，通過加入齒輪箱還讓電網(wǎng)中的電流功率變得更加的穩(wěn)定，使得電網(wǎng)故障率不斷下降。由于雙饋式風(fēng)力發(fā)電機組中的各個構(gòu)件都是一個完整的獨立體，當(dāng)其發(fā)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(yè)的影響；除此之外，這一種電機設(shè)計還可以使得機電組的成本得到控制，同時延長風(fēng)電機組的使用壽命，從而為風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，打下了一個較為良好的基礎(chǔ)。由于雙饋式風(fēng)力發(fā)電機組，具有上述的許多優(yōu)點；因此，該風(fēng)力發(fā)電機組也得到了許多新能源企業(yè)的青睞。

可是，我們依然要正視雙饋式風(fēng)力發(fā)電機組依然存在著一些弊端，例如：其內(nèi)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(tài)；因此，這一元件也會在實際的運營過程之中出現(xiàn)許多故障。當(dāng)齒輪箱出現(xiàn)問題時，必須對發(fā)電機組進行停止發(fā)電，這就使得斷電現(xiàn)象時有發(fā)生。所以，有部分企業(yè)會選用直驅(qū)機組來避免這種情況的發(fā)生，并且其市場前景也非常的巨大。

雖然直驅(qū)機組投入成本比較大，但其也有許多的優(yōu)勢。由于直驅(qū)機組之中取消了齒輪箱的設(shè)計，所以其避免了頻繁給齒輪箱加油的過程，同時也讓發(fā)電機組的噪音得到降低；其內(nèi)部使用的永磁式設(shè)計，使得發(fā)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(jié)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(shè)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(xiàn)，其中雷暴天氣會讓發(fā)電機組面臨巨大的威脅，而直驅(qū)機組之中加入了防雷系統(tǒng)，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(dǎo)致供電中斷的情況。雙饋式風(fēng)力發(fā)電機組在低風(fēng)速的情況之下，需要依靠電網(wǎng)供電才能進行正常的運作，而直驅(qū)式機組在低風(fēng)速的情況之下，依然可以進行良好的電力輸送，并且其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的簡化使得發(fā)電效率變高。直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機組的低電壓穿越，這讓電網(wǎng)并網(wǎng)點電壓跌落時，風(fēng)力發(fā)電機組能夠在一定電壓跌落的范圍內(nèi)不間斷并網(wǎng)運行，從而維持電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

因此，雙饋式風(fēng)力發(fā)電機想要擁有現(xiàn)在的競爭優(yōu)勢，不僅僅只能依靠現(xiàn)有的一些優(yōu)勢，同時還應(yīng)當(dāng)進行技術(shù)創(chuàng)新。在進行技術(shù)革新的時候，一定要考慮到雙饋式風(fēng)力發(fā)電機組過于依賴齒輪箱的情況，以及電機的碳刷容易出現(xiàn)故障等問題。所以，在對雙饋式風(fēng)力發(fā)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(fēng)力發(fā)電機組設(shè)備，能夠更好的滿足市場需求并降低其建設(shè)成本。

4 結(jié)束語

綜上所述，在我國風(fēng)力發(fā)電行業(yè)之中，雙饋式風(fēng)力發(fā)電機組有著非常重要的作用，它不僅對于我國產(chǎn)業(yè)升級有著促進作用，并且還促進了新能源行業(yè)的不斷發(fā)展。由于這項技術(shù)已經(jīng)較為成熟，使得我國許多地區(qū)都已經(jīng)推廣了該項技術(shù)，暫時緩解了我國的能源問題。當(dāng)然，雙饋風(fēng)力發(fā)電機組，也依然存在著許多的弊端，故還要對其進行技術(shù)升級，同時要加大研究的力度，使得我國能夠開發(fā)出更加先進的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，以此來彌補雙饋式風(fēng)力發(fā)電機的缺陷。我們也應(yīng)當(dāng)看到我國新能源行業(yè)正在穩(wěn)步的發(fā)展，且其技術(shù)進步的速度也是有目共睹的；雙饋式風(fēng)力發(fā)電機組雖然存在許多弊端，但是也為今后的發(fā)電機組研究提供了一些現(xiàn)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(shù)的前景以及發(fā)展現(xiàn)狀，讓技術(shù)人員在看到我國在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域已經(jīng)取得了巨大的進步，同時也要看到在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)方面依然存在著許多挑戰(zhàn)。因此，我國的技術(shù)人員要繼續(xù)的刻苦鉆研，讓風(fēng)力發(fā)電行業(yè)繼續(xù)穩(wěn)步的前進，從而幫助我國實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)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(fēng)電場）