雙輸出異步發電機在風力發電系統中的應用
在一些偏遠、孤立地區，電力供應主要依賴小型柴油發電系統。由于運輸、燃料和環境問題，科學家們提出了使用風力發電機組作為一種清潔、無污染的能源解決方案。
在過去的二十多年裡，人們一直努力開發實用的風力發電機組。智能電力系統成為首個大規模提供給偏遠地區的先進風力、柴油和蓄電池組的系統。
在風能系統中，異步發電機一直是常用的能量轉換器。它的好處在于并入電網的手續簡單，隻需将轉子拖動到接近同步轉速，并保持轉子轉向與定子旋轉磁場轉向一緻，就可以并入電網。
變速運作的異步發電機能夠更有效地捕捉風能，這可以從以下三個方面解釋：首先，當風速低于發出與電網同頻率電能所需的速度時，仍然可以利用風能；其次，通過對電壓和頻率進行動态控制，可以使發電機在最大效率點工作；最後，通過動态控制電壓和頻率，使電機勵磁能夠跟蹤風速變化，進而減少機械傳動的能量損失。
然而，該發電機的主要缺點是在風速較小時，電能輸出較少。為了解決這個問題，可以在風力發電機組的機電變換器線路中采用兩台不同極對數和額定功率的異步發電機，以增加輸出。
這種方法使得風輪在不改變電網頻率的情況下，可以變換為電機轉速變化的工況，進而增加電能輸出。此外，這種方案還可以實作機組的平衡起動和電磁制動，并在電網電壓故障時，通過控制線路中的伺服電機獲得備用電源。
盡管利用兩台發電機可以增加風力發電機組的年發電量，但同時也會增加主要電氣裝置的成本和折舊費用。是以，人們提出使用一台雙速變極發電機來替代兩台不同額定功率的異步發電機。
進一步研究發現，雙輸出異步發電機産生的有效功率、功率因數和效率較普通異步發電機更高。
在風能轉換系統中，傳統的異步發電機在向電網輸送電能時會以超過同步速度的方式運作，這樣就會損失一部分風能。為了讓異步發電機能夠變速且保持恒定頻率，需要将其轉子回路與整流器和有源逆變器連接配接起來。
通過這種方式，轉子回路中的轉差頻率交流電會被整流器變成直流電，然後經過逆變器轉換成工頻交流電并送入電網中。這種發電機既可以由定子端，也可以由轉子端向電網輸送電能，是以被稱為雙輸出異步發電機。
與雙饋調速系統相比，傳統的異步發電機在這種系統中的調節功能要差一些，主要是無法調節定子端的功率，并且逆變器的功率因數較低，導緻整個系統的功率因數也較低。
由于可控矽器件的應用逐漸衰退，以及電網側諧波問題嚴重，當轉子接入變頻器時，檢測和控制轉差頻率的電流存在一定的困難。與普通的異步發電機相比，雙輸出異步發電機經實驗驗證，其性能更好。
在實驗中，降低了定子端電壓到165V（額定電壓為220V）。如果施加220V的電壓，由于異步發電機的電流限制，無法獲得更多的實驗資料。當轉子速度增加時，異步發電機的功率也增加，直到達到最大值，然後開始下降（也就是電機失步）。
需要注意的是，在電機達到失步之前，定子電流已經超過了額定值，會導緻電機過熱。然而，雙輸出異步發電機在超過運作速度範圍時，隻要保持引起發熱的電流不變，仍然可以穩定工作在允許的發熱範圍内。
這可以通過改變逆變器的觸發角來實作。與普通的異步發電機相比，雙輸出異步發電機具有較高的功率因數。這是因為在保持氣隙磁通不變的情況下，調節轉子電壓的相位和幅值可以補償定子端的無功功率。
這意味着當雙輸出異步發電機連接配接到電網時，它是一個較好的能量轉換器。在超過額定速度時，雙輸出異步發電機的效率比普通異步發電機的效率更高。這是因為在超同步運作時，發電機的額定輸出轉矩保持不變，而轉速增加，進而提高了輸出功率。同時，銅損耗和鐵損耗基本保持不變，使得電機的效率提高。
雙輸出異步發電機在性能上具有優勢，包括更高的有功功率、功率因數和效率。此外，整個系統的結構也更可靠，能夠在較寬的速度範圍内正常運作。
需要注意的是，在雙輸出異步發電機的轉子回路中采用了直流耦合變換器，這會在轉子和定子中引起諧波電流，進而産生諧波轉矩并增加機械損耗。當直流回路中的電感器具有足夠大的電感值時，逆變器引起的轉子脈動電流可以忽略不計。
當電感值不滿足上述條件時，會出現電流斷續的現象，進而導緻機械特性的畸變。此外，直流側的整流電壓與逆變電勢的瞬時值不相等，會導緻逆變器提前短路。
可以通過選擇适當的參數（如定子漏電感、轉子漏電感、勵磁電感、定子電阻和轉子電阻），可以降低諧波分量，減少脈動轉矩和銅損耗，進而解決這些問題。
