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智能双模技术为什么能提升双馈机组的发电效率

　　发电效率是风机最核心的性能，而除去叶片能量捕获效率高低和智能控制策略的优劣外，机组机械传动链及电气传动链的不同形式也是导致不同发电系统发电效率有区别的重要因素。

　　一般来说，直驱全功率系统在低功率工况效率较高，双馈系统在高功率工况效率较高。而远景推出的双模风机兼顾直驱全功率和双馈风机的优势，并且有最好的风能捕获优势，在高风速工况和低风速工况均有较高的发电效率。这是怎么做到的呢?

　　要搞清楚这个问题，需要先了解直驱和双馈两种典型发电系统的效率特性，请看下图。

不同发电系统效率对比图

　　从图中可以看出：发电系统运行在47%以下额定功率段时，直驱由于没有齿轮箱损耗，且发电机效率较高，所以具有最好的效率表现。而传统的双馈机组在转速很低时，转子开口电压与转速呈反比关系，而转子绕组的开口电压过高会导致变频器过电压，因此低速段一般采用恒定转速运行，这使得在低风速工况风机不能保证最优能力捕获。另外，双馈发电机的定子一直与电网连接，电机励磁损耗恒定，因此较之双馈风机，直驱风机在低速区间运行时效率较高。

　　然而，在47%额定功率以上的中高风速工况下，情况就发生了反转。双馈风机通常只需配置一台1/3容量的变频器，而直驱风机采用全功率变频器，因此同等输出功率条件下损耗接近双馈变频器的3倍。2014年，远景推出国内首创的2.5MW双馈风冷变频器，正是得益于双馈变频器功率低损耗小，风冷设计仍能够满足散热要求。

　　而直驱机型变频器电气损耗大大增加，需要水冷设计才能满足散热要求，随之带来的冷却系统能耗也增大。另外，由于没有齿轮箱，直驱全功率型发电机的额定转速很低，必须采用多极发电机设计实现大转矩输出。目前受电机设计和电磁材料技术的局限，必须通过增大直驱全功率发电机的体积来实现所需要的转矩输出。基于经济性的考虑，通常直驱全功率永磁发电机一般设计的最优效率工作点在额定功率的1/3到1/2，以实现发电机的性价比优化，其结果是发电机在1/3额定功率以上运行时的效率明显降低。而双馈电机的电气损耗随着功率增大变化较不明显，甚至励磁损耗在整个功率段维持恒定不变。因此较之直驱风机，双馈风机在高风速区间运行时效率更高。

　　虽然两种发电系统在不同风速期间的表现已经有了定论，但业界更关注的问题是：在低风速风电场，到底哪种技术路线从效率表现的特点上，能够具有更好的发电量表现，因为这关系到风电场的实际收益。

　　首先要了解的是，风场的风频呈Weibull分布，实时风速在平均风速上、下的时间占比相当，但由于低风速区域输出功率低，因此风电场的发电量收益更大程度上依赖中高风速大功率区域。以远景某真实的典型低风速风场数据为例，全功率效率占优区间年发电量占比为29.5%，双馈效率占优区间年发电量占比为70.5%。

　　另外，由于叶轮直径大的风机拥有更优越的发电性能，近年来，风机一直在朝着更大叶轮直径方向发展，这意味着两种发电系统效率分界点也在向着更低风速区域移动，而风场的风资源情况不变化，因此随着叶片长度增加，风机的中高风速工况发电量收益占比会进一步增大。

　　从发电性能表现看，双馈型发电系统仍比全功率直驱型发电系统更具优势，且随着叶轮直径增大优势会进一步拉大。

　　了解了直驱和双馈发电系统各自的优势，现在请你来看看远景智能双模风机技术的优势到底体现在什么地方?!

　　在传统双馈风机的基础上，远景双模风机增加了一种全功率运行的发电模式，故称作双模机组，这种独特的解决方案是基于双馈和直驱优势互补的新型发电系统，也就是说，双模发电系统在低风速段的发电效率仅稍次于直驱型系统，从而在高风速段和低风速段均有优越的发电性能，如下图所示。

双模发电系统效率图

　　需要详细解释的是，双模机组在低风速工况发电机由双馈电机模式转变为全功率模式，在此模式下，转子开口电压与转速呈正比关系，由此突破了传统双馈机组的运行转速下限，实现风机在整个风速段的最佳能力捕获效率。另外，全功率模式下，发电机与电网不直接连接，通过优化的电机励磁控制方法还能够大大提高电气传动链发电效率。

　　由此，在低风速工况和高风速工况采用不同的传动链拓扑形式，配合智能的切换控制算法，依据风场湍流强度等动态风况特征，实时计算切换阈值并调整切换模式，实现风能的最优捕获。

　　下两幅图为两种工作模式的能量流动示意图和两种工作模式的切换图。在低风速、小功率段所有能量均通过变频器传送至电网，变频器做全功率变频器运行。

　　在高风速、大功率段变频器仍做部分容量变频器运行。

远景双模机组两种工作模式能量流动示意图

两种工作模式切换示意图

　　接下来还是用事实说话，以远景某款低风速风机产品为例，理论功率曲线提升情况如下图所示。

理论功率曲线提升

　　值得提醒的是，采用双模技术的风机可运行时间被大幅提高，现场运行效果明显：在风速特别低的时候，几乎所有的双馈风机都小风停机，但是经过双模改造的风机仍然持续运行发电。

　　再看一组数据对比吧!下图是国内某风场的运行统计数据图，其中WTG_25为远景智能双模机组(其他为普通双馈机组)。你看，双模机组能够显着提高低风速段的发电量。

国内某风场双模风机运行数据

　　看完理论分析和实际运行数据，相信你已经明白了，双馈机组在高风速工况有更大的优势，而全功率型机组在低风速工况下有更高的发电效率，远景双模机组结合两者之长，在低风速工况采用全功率模式，在高风速工况采用双馈模式，从而实现全局的发电效率最优。

　　除了针对低风速、高风速工况切换不同运行模式的优势外，远景双模机组的另一个创新之处体现在一体化的集成优化设计，远景作为整机厂商及有变频器研发生产能力的公司，能够打通变频器、发电机、齿轮箱等硬件系统和软件控制系统，通过与控制集成优化设计，并结合系统载荷和风况特征自适应调整控制策略，实现整体风能的全局最优捕获。

　　此外，通过优化的电机励磁控制算法，最大程度的降低电气传动链能量损耗。“开源节流”，极尽所能，让风机输出更多发电量，为客户创造更多价值。

　　可以说，双模技术自2012年诞生后，已在多个风场获得批量应用，从运行数据分析来看，双模技术改造后，风机的年发电量(AEP)比未改造的双馈机组最高可提升近2%。 值得分享的是，远景研发团队深度挖掘传统风机运维痛点，通过智能双模平台支持电机的电动模式运行，方便了风机安装调试及轮毂内运维，为未来叶片吊装降本提供可能，同时降低电气系统故障排查难度。此外，增加风机的电气制动模式，降低风机对变桨刹车的高度依赖。你看，远景智能双模技术可不只是提升发电量哦!

“远景” 这样拓展远大前景

　　9年前进入风机制造领域时，位于江阴的远景能源纯属后来者。然而9年后的今天，它已经是中国前三大风机供应商和全球最大的智慧能源管理公司。远景以它的精彩“进化史”启示世人，有效整合全球资源，打造创新“加速器”，可以成为企业后来居上的制胜之道。

　　得人才者得先机

　　超导风机，被视为风电技术的“珠穆朗玛峰”，也是目前通往10MW级别及以上风电机组的唯一路径，是当今风电行业激烈角逐的领域。2015年7月，由远景能源主导研发的EcoSwing超导风机项目获得了全球最大的科研创新框架计划——欧盟“地平线2020”计划1亿元人民币的资助，这是迄今为止中国企业在欧盟获得的最大金额的研发支持。专家预言：“凭借远景EcoSwing项目，中国将有望赶超美国，在超导风机产业化进程方面实现后来居上。”

　　远景在超导风机上赢得的“后发优势”，得益于其遍布三大洲、七个国家、十二座城市的国际顶尖研发团队。远景能源科技有限公司副总经理李春阳告诉记者：“从最初的陆上智能风机，到海上风机，再到超导风机，远景始终放眼全球，集聚业内顶尖人才。我们从西门子、通用、福特以及欧盟的一些关键性科技机构引进了各方面的人才，这批人才成为远景最重要的发力点和突破的源泉。”

　　如今，在远景近1000名员工中，国际员工占20%，硕士博士超过60%，研发技术人员达到80%。以人才为核心，远景在丹麦锡尔克堡、德国汉堡、英国伦敦、美国休斯敦、硅谷、科罗拉多、中国上海、南京、江阴等地织起一张覆盖全球的创新网，为企业贡献了一个个明星产品：在行业内率先研发并设计出“智能风机”，彻底突破了传统风机的技术禁锢，使风机发电效率提升20%;全球首创的低风速风机的研发和投产加速了中国风电产业战略调整的步伐，使得占中国风资源60%以上的低风速区域得到有效开发;针对中国近海风电开发设计的4兆瓦海上风机，发电效率比同类产品高20%……依靠这些具有核心竞争力的产品，年轻的远景迅速奠定了全球领先地位。

　　“智慧服务”衍生核心价值

　　在远景能源，有一个业内知名的智慧能源管理中心。在这个中心里，十几位年轻的工程师管理着中国、美国、智利、墨西哥等地的70多个风场、3000多台风机。运行工程师自豪地告诉记者：“毫不夸张地说，全球风电业的中枢大脑，就在这里。”

　　在智能风机制造领域奠定领先地位后，远景基于物联网、云计算、大数据、人工智能等前沿技术，在能源管理和“能源互联网”领域展开了一系列颠覆性的创新。2013年，由远景首创的Wind OS智慧风场管理平台，成功中标美国最大的独立新能源运营商Pattern能源风电资产管理项目，将风场的实际投资收益拉高10%;2014年，远景推出“格林威治”云平台，借助大数据分析和高性能计算技术，为客户提供风电场规划、设计、资源评估等全方位技术解决方案，将风场建设投资的风险降低20%;2014年，远景跨界进入光伏行业，其研发的阿波罗评级TM产品，能够有效帮助金融机构管控电站投融资风险，解决了长期困扰光伏行业的难题。

　　不断挑战行业“痛点”的矢志创新，为远景带来了超越同行的新思路和新空间。从2011年推出智慧风场Wind OS管理平台以来，短短5年时间，远景从一个风机制造商成功“进化”成全球最大的智慧能源管理企业，管理着包括北美最大独立新能源运营商Pattern能源、全球领先资产管理公司Brookfield、全球领先新能源开发商龙源、中广核集团等在内的超过5000万千瓦的全球新能源资产。由智慧风场Wind OS管理平台以及阿波罗平台构成的智慧能源全生命周期管理系统，更成为全球新能源行业的操作系统。

　　全维视角孕育“指数级突破”

　　“试想一下，你的前面有一堵墙，从这里走30步，可以走到墙边。现在，把你每一步的距离增加到上一步的2倍，30步之后，你会走到哪里?”

　　在远景的一次创新日上，远景CEO张雷，向员工们抛出了一个有趣的问题。台下一帮“最强大脑”立即行动起来。一番精密计算后，大家得出了一个令人惊讶的结果：绕地球25圈。“你看，这就是指数级改变带来的指数级突破。”张雷说。

　　当全球新能源时代大幕开启，张雷，这位年轻的领军者，正带领远景走向一场更加浩大而深刻的“指数级”变革。今年上半年，远景成功中标墨西哥90MW风电项目，相继投资了全球最大的电动汽车充电网络公司ChargePoint以及全球领先的智能电网大数据技术公司Autogrid，还全资收购了欧洲第二大新能源资产管理软件公司BazeField。随着将战略触角延伸至充电网络、能源大数据等更多前沿领域，远景的能源互联网平台在中国、北美、欧洲等市场的领导地位越发凸显，它所致力构建的全球能源互联网生态系统也渐入佳境。

　　对于能源互联网生态系统，张雷是这样描述的：“能源互联网能够将数以十亿计的发电设备、充电网络、储能电池及智能控制器等进行智慧调配和管理。随着这个智慧生态系统不断进化，人类将迎来一个更加清洁和可再生的能源时代。”

　　变革时代开启，远景再次加速。记者了解到，随着在全球范围内落子布局，远景今年的产值预计将突破200亿元。未来5年内，一家千亿级的创新企业将有望在长江之畔巍然崛起。

　　江阴市经信委主任王利峰说：“如果政府不断优化服务，就能帮助更多像远景一样的企业通过创新发展攀上产业链高端。而这，正是我们展望的美好远景。”

美国前能源部副部长Arun加入远景能源全球董事会

　　近日，美国前能源部副部长Arun Majumdar加入远景能源全球董事会，他在能源科技领域的视野和格局将助力远景构建未来能源系统，推动远景实现“解决人类可持续未来挑战”的愿景。

　　Arun曾担任美国能源部副部长、Google负责能源业务的副总裁。Arun在出任美国能源部副部长期间，主导创建了国家先进能源研究计划(ARPA-E)，每年投入数亿美元，资助了可再生能源、储能、能效等领域的革命性技术，旨在将高风险的能源技术商业化，解决美国所面临的最紧迫的能源挑战。

　　2012年，Arun加入Google担任负责能源业务的副总裁，负责“Energy Initiatives”项目，并为Google制定未来能源战略。

　　Arun现任斯坦福Precourt能源研究院院长，目前研究重点在电网的数字化重构，纳米材料的热能转化与热能传输极限。

　　Arun认为，清洁能源领域的创新突破才是能源变革的核心驱动，未来人们屋顶上将随处可见太阳能电池板，道路上将有数以万计的电动汽车在行驶，风能将在陆地上绵延千里，这些是未来能源系统的重要构成。Arun介绍，“远景是能源界少有具备着硅谷基因的企业，这个公司有着惊人的原创能力，我非常认同远景为人类可持续未来解决挑战的使命，并且相信远景关于能源互联网的愿景，我很高兴能成为其中的一员，并贡献自己的力量到这场历史性的能源变革中。”

　　远景能源CEO张雷表示，“这场历史性的能源转型，注定只能由科技公司来主导。远景需要汇聚众多国际顶级科技人才，共创能源美好未来。Arun的视野和格局将为这场能源变革注入强大的创新推动力。”