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超发这点事真是免费的午餐吗？
先和你说个消费电子领域的例子：有些玩家通过将CPU进行超频“免费”获得了计算能力升级，这偷着乐的事情令其中的玩家顾不上超频可能导致的恶果了。 无独有偶，眼下的风电领域也有类似声音：不花钱就可以将风电机组的额定功率升级，从而获得更多的发电量。但请你要想想这样“免费的午餐”是不是真的靠谱？ 众所周知，CPU的超频能力和CPU自身的硬件底子有很大关系，底子比较差的CPU根本就不适合超频运行，即便可以将CPU超频运行，其代价是CPU功耗增加、发热严重、电迁移、信号变差、抗干扰能力变弱乃至硬件损毁等后果，不一而足。
那么回到风电领域，从额定功率超发究竟对风电机组意味着什么呢？回答这个问题，要从风电机组的设计和优化谈起。 先来看风电机组的核心部件——发电机。在额定功率、体积、重量、经济性等各个指标的综合约束下，如何提高发电机性能和效率一向是机组设计需要重点突破的区域。
必须提及的是，提到发电机效率，就不得不考虑电机损耗这个关键概念。风电机组发电机的损耗主要来源于铜耗、铁耗、机械损耗和杂散损耗等，而其中最为关键的是铜耗和铁耗这两大类。
铜耗，是电机使用的铜导体带来的损耗，与其通过的电流直接相关。当使用的铜导体导电性能越高、电阻越低，在相同的电流下的损耗就越小（见下式）。
P Cu = I2 x R
一个有趣的事实值得注意：那就是，相同额定功率下不同额定扭矩的发电机其铜耗大不相同，对于较低扭矩的高速异步发电机而言，其额定效率下的铜耗相对较小，而对于低转速高扭矩的低速永磁同步发电机，其在额定效率下的铜耗会非常高。这是为什么呢？其实原因很简单，因为P Cu = I2 x R，铜耗和电流的平方成正比，而扭矩越高，在既定的磁场强度情况下，所需要切割磁力线的等效电流就越大，因此铜耗就会以平方的关系上升。所以，这就不难理解为什么任何直驱形式的机组其最优效率点都远低于额定功率，而是在1/2甚至1/3的额定功率工作点才能达到最优效率，其根本原因是，在诸多制约条件（体积、重量、经济性等）下，难以为低速直驱电机如此之高的额定扭矩（如此之高的额定电流）提供需要的如此之低的绕组电阻。
实际上，如果为2MW级的低速同步永磁电机额定功率提升1%的效率，需要增加成吨的铜来降低绕组的电阻才可以达成，但是这又受到重量、成本、体积等多方面的制约，这使得大扭矩的直驱电机在电流更大的更高功率工作点上其效率快速下降。而对于低扭矩低电流的高速异步发电机而言，在保证经济性的前提下，将发电机额定效率提升至97%或更高并非难事。说到这里，你可能会理解超导技术对于低转速、大扭矩发电机技术革命性的意义了吧？
必须注意的是，发电机损耗的主要来源除了铜耗，就是铁耗，什么叫铁耗呢？众所周知，发电机工作的基本原理是导体切割磁力线产生电流，而磁场是靠一层层叠在一起的硅钢片传导磁力线来传导的.
在电机中使用的硅钢片示例
叠在一起的硅钢片越薄，其传导磁场的效率就越高。铁耗就是指磁场在传导的过程中产生的磁滞损耗和涡流损耗。
举一个理解铁耗的例子——电磁炉就是利用磁场传递中产生的涡流发热来加热食物，
铁耗和功率的关系是近似线性的，其斜率和叠在一起的硅钢片的导磁效果相关。一般而言，与电磁炉需要产生大量热量的工作原理相反，电机需要在保证磁场密度的同时，抑制发热量以降低损耗。结构紧凑的高速低额定扭矩的电机可以将硅钢片做的更薄，硅钢片用量及所需建立的磁场强度远低于同样功率等级的低速直驱电机，且能够有效抑制铁耗。而体积庞大的低速永磁电机往往受经济性等条件制约，不选择更薄的硅钢片，使其铁耗始终位于较高水平。
所以，说到这里，你可能注意到，大扭矩的直驱发电机，由于其大电流和强磁场所导致的大量损耗是不可避免的，实际上对于发电机，特别是大扭矩发电机的散热设计是体现发电机设计理念的关键技术环节，这部分内容留到下篇再讲。
到此，再看超发这点事，你对超发的认识应该比较清楚了。
实际上，如果要实现功率超发，在并网电压不变的情况下，提升扭矩势必要更高电流，铜耗在超发时是按照平方的倍数增加，带来更大的发热量。与此同时，随着发热量和工作温度的提高，铜导体的电阻率会进一步上升。特别是对于直驱形式的大扭矩发电机，本来额定工作点上的损耗已经处于高位，进一步的超过额定功率运行，其损耗会按照非线性比率增加，发热量会尤其严重。
问题就来了，温升的提高会直接大幅缩减绝缘材料的寿命，那么绝缘系统失效的风险大大增加。而对于风电机组而言，电机绝缘系统失效通常不能在机舱内修复，意味着高昂的更换费用，以及长时间停机带来的发电量损失。
但从理论上说，并不是没有办法控制超发所带来的温升提高，一方面，可以通过控制系统结合环境温度，在环境温度低的时候进行动态超发；另一个方面，可以通过加大散热系统来实现温升的控制。但必须提及的是，如果把超发常态化，难道真的就是免费的午餐吗？
其实，通过对超发这个问题的本质探讨，你不难发现，对于购买低速高扭矩电机的客户而言，购买的其实不是所谓的发电机额定功率，而是发电机的效率，因为低速高扭矩电机可以通过加强散热系统功率来控制由于大幅度牺牲效率导致的温升,实现输出功率提升。因此,理论上讲，不是不可能通过超发常态化来提升直驱发电机的额定功率，但问题是如果要保持电机效率不降低的前提下来提升额定功率，你要算算需要增加多少铜来降低发电机绕组的电阻。
你看，这正如天下没有免费的午餐，不对机组进行实际升级改造基础上的“免费”超发在技术上是非常危险的；而通过加强散热系统达到的额定功率的提升则是以非线性增加的效率损失为代价的，最终这都是由用户来为之买单，就不好了吧？
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