小水电无刷双频发电系统

一、小水电的特点及发电方式

       在我国，小水电是指装机容量在50MW及以下的水力发电站和地方小电网。由于小水电库容容量较小，流量调节能力差，受季节性降雨及灌溉争水影响，来水情况不稳定，有着低水头、低水速、水头变化较大的特点。而水轮机在不同的水头条件下对应着不同的最优转速，水轮机要获得良好的性能和较高的效率需运行在最优转速附近。因此，只有运行在基准水头条件下，水轮机才能获得较高的效率。小水电水头变化较大，水轮机的最优转速也随之变化。为了尽可能的提高发电效率，并保持固定的上网频率，有调节水流的驱动力以适应水轮机相对固定的转速和调节水轮机转速以适应不同流量的两种调节思路。

第一种称为定速恒频发电，以普通异步机并网发电和同步机发电为代表。虽然这种定速恒频发电方式对发电机组设备要求较低，但其需要额外的设备来调节水流量或者叶片的角度，不仅增加了可能的故障点，其机械控制较小的调节范围也难以适应小水电水头变化大的特点，使得经常不能运行在适宜的转速区间，对水轮机叶片的机械强度和发电效率都有着很大的影响。

第二种为变速恒频发电，其常见的形式有变极式发电系统、定子侧带频器发电系统、交流励磁双馈发电发电、无刷双频发电系统，由于变速恒频发电能够更好地适应小水电流量变化大的需求，成为今后小水电开发的主要方向。

二、无刷双频变速恒频发电原理
无刷双频电机是在串级感应电机基础上发展起来的一种新型电机，其定子上有极对数不同且无电磁直接耦合的两套绕组，分别为功率绕组和控制绕组。功率绕组直接接电网或负载，另一个控制绕组可以通过变频器接电网侧。无刷双频发电系统结构图如图1所示。