發(fā)電效率是風(fēng)機最核心的性能，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，機組機械傳動鏈及電氣傳動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。而遠景推出的雙模風(fēng)機兼顧直驅(qū)全功率和雙饋風(fēng)機的優(yōu)勢，并且有最好的風(fēng)能捕獲優(yōu)勢，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，請看下圖。 　　 　　
　　從圖中可以看出：發(fā)電系統(tǒng)運行在47%以下額定功率段時，直驅(qū)由于沒有齒輪箱損耗，且發(fā)電機效率較高，所以具有最好的效率表現(xiàn)。而傳統(tǒng)的雙饋機組在轉(zhuǎn)速很低時，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導(dǎo)致變頻器過電壓，因此低速段一般采用恒定轉(zhuǎn)速運行，這使得在低風(fēng)速工況風(fēng)機不能保證最優(yōu)能力捕獲。另外，雙饋發(fā)電機的定子一直與電網(wǎng)連接，電機勵磁損耗恒定，因此較之雙饋風(fēng)機，直驅(qū)風(fēng)機在低速區(qū)間運行時效率較高。
　　
　　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)機通常只需配置一臺1/3容量的變頻器，而直驅(qū)風(fēng)機采用全功率變頻器，因此同等輸出功率條件下?lián)p耗接近雙饋變頻器的3倍。2014年，遠景推出國內(nèi)首創(chuàng)的2.5MW 雙饋風(fēng)冷變頻器，正是得益于雙饋變頻器功率低損耗小，風(fēng)冷設(shè)計仍能夠滿足散熱要求。
　　
　　而直驅(qū)機型變頻器電氣損耗大大增加，需要水冷設(shè)計才能滿足散熱要求，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)電機的額定轉(zhuǎn)速很低，必須采用多極發(fā)電機設(shè)計實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出。目前受電機設(shè)計和電磁材料技術(shù)的局限，必須通過增大直驅(qū)全功率發(fā)電機的體積來實現(xiàn)所需要的轉(zhuǎn)矩輸出。基于經(jīng)濟性的考慮，通常直驅(qū)全功率永磁發(fā)電機一般設(shè)計的最優(yōu)效率工作點在額定功率的1/3到1/2，以實現(xiàn)發(fā)電機的性價比優(yōu)化，其結(jié)果是發(fā)電機在1/3額定功率以上運行時的效率明顯降低。而雙饋電機的電氣損耗隨著功率增大變化較不明顯，甚至勵磁損耗在整個功率段維持恒定不變。因此較之直驅(qū)風(fēng)機，雙饋風(fēng)機在高風(fēng)速區(qū)間運行時效率更高。
　　
　　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，到底哪種技術(shù)路線從效率表現(xiàn)的特點上，能夠具有更好的發(fā)電量表現(xiàn)，因為這關(guān)系到風(fēng)電場的實際收益。
　　
　　首先要了解的是，風(fēng)場的風(fēng)頻呈Weibull分布，實時風(fēng)速在平均風(fēng)速上、下的時間占比相當(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。以遠景某真實的典型低風(fēng)速風(fēng)場數(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)機擁有更優(yōu)越的發(fā)電性能，近年來，風(fēng)機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)效率分界點也在向著更低風(fēng)速區(qū)域移動，而風(fēng)場的風(fēng)資源情況不變化，因此隨著葉片長度增加，風(fēng)機的中高風(fēng)速工況發(fā)電量收益占比會進一步增大。
　　
　　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，且隨著葉輪直徑增大優(yōu)勢會進一步拉大。
　　
　　了解了直驅(qū)和雙饋發(fā)電系統(tǒng)各自的優(yōu)勢，現(xiàn)在請你來看看遠景智能雙模風(fēng)機技術(shù)的優(yōu)勢到底體現(xiàn)在什么地方？！
　　
　　在傳統(tǒng)雙饋風(fēng)機的基礎(chǔ)上，遠景雙模風(fēng)機增加了一種全功率運行的發(fā)電模式，故稱作雙模機組，這種獨特的解決方案是基于雙饋和直驅(qū)優(yōu)勢互補的新型發(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。 　　 　　
　　需要詳細解釋的是，雙模機組在低風(fēng)速工況發(fā)電機由雙饋電機模式轉(zhuǎn)變?yōu)槿β誓Ｊ剑诖四Ｊ较拢D(zhuǎn)子開口電壓與轉(zhuǎn)速呈正比關(guān)系，由此突破了傳統(tǒng)雙饋機組的運行轉(zhuǎn)速下限，實現(xiàn)風(fēng)機在整個風(fēng)速段的最佳能力捕獲效率。另外，全功率模式下，發(fā)電機與電網(wǎng)不直接連接，通過優(yōu)化的電機勵磁控制方法還能夠大大提高電氣傳動鏈發(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鏈拓撲形式，配合智能的切換控制算法，依據(jù)風(fēng)場湍流強度等動態(tài)風(fēng)況特征，實時計算切換閾值并調(diào)整切換模式，實現(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行。
在高風(fēng)速、大功率段變頻器仍做部分容量變頻器運行。 　　 　　 　　
　　接下來還是用事實說話，以遠景某款低風(fēng)速風(fēng)機產(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)機可運行時間被大幅提高，現(xiàn)場運行效果明顯：在風(fēng)速特別低的時候，幾乎所有的雙饋風(fēng)機都小風(fēng)停機，但是經(jīng)過雙模改造的風(fēng)機仍然持續(xù)運行發(fā)電。
　　
　　再看一組數(shù)據(jù)對比吧！下圖是國內(nèi)某風(fēng)場的運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)圖，其中WTG_25為遠景智能雙模機組（其他為普通雙饋機組）。你看，雙模機組能夠顯著提高低風(fēng)速段的發(fā)電量。 　　 　　
　　看完理論分析和實際運行數(shù)據(jù)，相信你已經(jīng)明白了，雙饋機組在高風(fēng)速工況有更大的優(yōu)勢，而全功率型機組在低風(fēng)速工況下有更高的發(fā)電效率，遠景雙模機組結(jié)合兩者之長，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，從而實現(xiàn)全局的發(fā)電效率最優(yōu)。
　　
　　除了針對低風(fēng)速、高風(fēng)速工況切換不同運行模式的優(yōu)勢外，遠景雙模機組的另一個創(chuàng)新之處體現(xiàn)在一體化的集成優(yōu)化設(shè)計，遠景作為整機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、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，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)化的電機勵磁控制算法，最大程度的降低電氣傳動鏈能量損耗。“開源節(jié)流”，極盡所能，讓風(fēng)機輸出更多發(fā)電量，為客戶創(chuàng)造更多價值。
　　
　　可以說，雙模技術(shù)自2012年誕生后，已在多個風(fēng)場獲得批量應(yīng)用，從運行數(shù)據(jù)分析來看，雙模技術(shù)改造后，風(fēng)機的年發(fā)電量(AEP)比未改造的雙饋機組最高可提升近2%。 值得分享的是，遠景研發(fā)團隊深度挖掘傳統(tǒng)風(fēng)機運維痛點，通過智能雙模平臺支持電機的電動模式運行，方便了風(fēng)機安裝調(diào)試及輪轂內(nèi)運維，為未來葉片吊裝降本提供可能，同時降低電氣系統(tǒng)故障排查難度。此外，增加風(fēng)機的電氣制動模式，降低風(fēng)機對變槳剎車的高度依賴。你看，遠景智能雙模技術(shù)可不只是提升發(fā)電量哦！