一、小水電的特點(diǎn)及發(fā)電方式

       在我國(guó)，小水電是指裝機(jī)容量在50MW及以下的水力發(fā)電站和地方小電網(wǎng)。由于小水電庫(kù)容容量較小，流量調(diào)節(jié)能力差，受季節(jié)性降雨及灌溉爭(zhēng)水影響，來(lái)水情況不穩(wěn)定，有著低水頭、低水速、水頭變化較大的特點(diǎn)。而水輪機(jī)在不同的水頭條件下對(duì)應(yīng)著不同的最優(yōu)轉(zhuǎn)速，水輪機(jī)要獲得良好的性能和較高的效率需運(yùn)行在最優(yōu)轉(zhuǎn)速附近。因此，只有運(yùn)行在基準(zhǔn)水頭條件下，水輪機(jī)才能獲得較高的效率。小水電水頭變化較大，水輪機(jī)的最優(yōu)轉(zhuǎn)速也隨之變化。為了盡可能的提高發(fā)電效率，并保持固定的上網(wǎng)頻率，有調(diào)節(jié)水流的驅(qū)動(dòng)力以適應(yīng)水輪機(jī)相對(duì)固定的轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)水輪機(jī)轉(zhuǎn)速以適應(yīng)不同流量的兩種調(diào)節(jié)思路。

第一種稱為定速恒頻發(fā)電，以普通異步機(jī)并網(wǎng)發(fā)電和同步機(jī)發(fā)電為代表。雖然這種定速恒頻發(fā)電方式對(duì)發(fā)電機(jī)組設(shè)備要求較低，但其需要額外的設(shè)備來(lái)調(diào)節(jié)水流量或者葉片的角度，不僅增加了可能的故障點(diǎn)，其機(jī)械控制較小的調(diào)節(jié)范圍也難以適應(yīng)小水電水頭變化大的特點(diǎn)，使得經(jīng)常不能運(yùn)行在適宜的轉(zhuǎn)速區(qū)間，對(duì)水輪機(jī)葉片的機(jī)械強(qiáng)度和發(fā)電效率都有著很大的影響。

第二種為變速恒頻發(fā)電，其常見(jiàn)的形式有變極式發(fā)電系統(tǒng)、定子側(cè)帶頻器發(fā)電系統(tǒng)、交流勵(lì)磁雙饋發(fā)電發(fā)電、無(wú)刷雙頻發(fā)電系統(tǒng)，由于變速恒頻發(fā)電能夠更好地適應(yīng)小水電流量變化大的需求，成為今后小水電開(kāi)發(fā)的主要方向。

二、無(wú)刷雙頻變速恒頻發(fā)電原理
無(wú)刷雙頻電機(jī)是在串級(jí)感應(yīng)電機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型電機(jī)，其定子上有極對(duì)數(shù)不同且無(wú)電磁直接耦合的兩套繞組，分別為功率繞組和控制繞組。功率繞組直接接電網(wǎng)或負(fù)載，另一個(gè)控制繞組可以通過(guò)變頻器接電網(wǎng)側(cè)。無(wú)刷雙頻發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。