大型永磁直驱风力发电机定子并头电阻钎焊工艺研究

大型永磁直驱风力发电机定子的制造工艺复杂,其中并头的焊接是制造过程中的关键工艺,焊接质量对定子后期的稳定运行有着重要影响。阐述了一种大型永磁直驱风力发电机定子并头的焊接工艺,分析火焰钎焊工艺在定子生产制造中的缺点,对比国内外先进的焊接工艺,并结合定子自身设计制造特点,研究了一种电阻钎焊工艺。通过与火焰钎焊工艺试验进行对比,结果表明,电阻钎焊工艺有效提升了定子并头焊接质量,降低了焊料、能耗成本,且安全环保效率高。提出的电阻钎焊工艺对各类大型永磁直驱风力发电机定子并头的焊接具有一定的参考价值和实际意义。

大型永磁直驱风力发电机组退磁模式仿真分析

大型永磁直驱风力发电机永磁体不可逆退磁严重影响机组发电稳定性,本文通过分析永磁体不可逆退磁原因,基于Maxwell建立8MW永磁风力发电机电磁有限元模型,对不同工况下永磁体退磁进行瞬态场仿真计算,结果表明大型永磁直驱风力发电机组在极端工况下发生不可逆退磁,退磁效应在高温和短路故障复合作用下达到最大,同时分析了低退磁率下永磁体局部退磁模式,结果可为永磁直驱风力发电机不可逆退磁故障诊断提供依据。

永磁直驱风力发电机非奇异终端滑模控制

为提高永磁直驱风力发电系统的抗扰能力和控制精度,提出了一种扰动观测器与非奇异快速终端滑模控制相结合的最大功率跟踪控制策略。利用扰动观测器得到风力发电机的转矩变化,对控制器进行前馈补偿;采用非奇异快速终端滑模面提高控制器的动态性能,实现系统快速收敛,减少因扰动引起的抖振。仿真结果表明,所提策略在随机风速的情况下可以准确估计转矩变化,提高最大功率跟踪过程中的转速跟踪精度和风能利用率。

基于定子全浸式及绕组内冷式的蒸发冷却永磁直驱风力发电机优化设计研究

为了充分发挥蒸发冷却技术在风力发电领域中高效的散热性能以及免维护的自循环特性,本文基于发电机定子全浸泡以及绕组空心导线内冷的两种散热形式,对一系列不同功率等级下的直驱式永磁风力发电机进行了优化设计研究,并对不同冷却技术路线下的电机优化设计方案进行了对比和分析。本文首先分析了不同技术路线下不同蒸发冷却系统各自所具有的特点及优势;之后基于电磁场和传热学理论建立了发电机电磁参数及温度场的分析计算模型,并基于冷却系统的结构布局分析了不同技术路线下发电机定子的传热特性;最后基于发电机电磁场和温度场的耦合分析建立了风力发电机的优化设计模型,通过多目标遗传优化算法,对2MW、5MW和10MW三种不同功率等级下的直驱式永磁风力发电机进行了以材料和成本为目标的电机系统优化设计。优化结果及对比分析表明,针对兆瓦级直驱式风力发电机而言,采用空心导线内冷式技术更具有设计成本和冷却性能上的优势,本文中的优化方法和策略可以为蒸发冷却永磁直驱式风力发电机的优化设计提供理论依据和设计基础。

5 MW内外转子组合式直驱永磁风力发电机仿真设计

文章通过等效磁路法设计了额定功率5 MW的直驱永磁风力发电机,对比研究了120极/378槽和78极/324槽两种设计方案的超大功率直驱永磁风力发电机性能,从电机结构上解决了超大功率发电机体积过大,不利于运输等缺点,并在此基础上,仿真验证了文章所设计的内外转子组合式5 MW直驱永磁风力发电机是可行的和有效的。

海上半直驱永磁风力发电机电磁设计与温度场分析

以海上16 MW半直驱永磁风力发电机作为研究对象,基于有限元分析方法针对不等气隙条件下电磁特性、冷却结构设计及温度场仿真展开研究,结果表明优化后的电机能够合理地降低电机损耗,提高电磁性能,水套冷却和空水冷却相结合的冷却方式散热效果良好。通过型式试验,验证了电机设计的合理性。该电机的设计对海上永磁风力发电机大型化的发展发挥了重要作用。

5.5 MW半直驱中速永磁风力发电机温度场分析

本文建立了半直驱中速永磁风力发电机的三维流体与传热耦合模型,进行了数值模拟,获得了电机内部温度场,并与试验样机实测数据进行了对比。总结了大功率中速永磁发电机内部传热规律,为发电机冷却结构优化设计提供理论依据。

半直驱中速永磁同步发电机轴承发生微电流腐蚀的故障诊断分析

轴承滚道形貌出现“搓衣板”纹路的故障模式是风电机组常见的主要故障之一。针对半直驱中速永磁同步发电机轴承发生微电流腐蚀故障,首先通过在线监测系统采集发电机轴承运行时的振动信号,然后对振动信号故障特征进行提取与诊断分析,研究和复现轴承滚道微电流腐蚀的失效模式和故障发展历程,最后同步验证抑制轴电流的措施的有效性,以此保障风电机组健康可靠地运行。分析表明:该故障风电机组的发电机轴承滚道出现的“搓衣板”纹路并非轴承的主要失效模式,而是轴承滚道发生二次损伤的表现。随着时间推移,轴承滚道出现的损伤(浅坑)纹路逐渐重复叠加并变得更加清晰,说明该发电机的主要失效模式为轴承微电流腐蚀。

大型永磁直驱发电机磁固耦合特性研究

该文开展大型永磁直驱发电机磁固耦合特性研究。采用共形映射方法,计算考虑齿槽效应的气隙磁场标量磁势;基于离散电流元和磁等效电路模型,定量模拟发电机定转子局部的磁饱和效应,通过数值迭代得到气隙磁场强度分布;引入一系列均布的磁等效弹簧,模拟定转子之间的耦合作用,建立永磁直驱发电机磁固耦合有限元分析模型。以实际在役兆瓦级永磁直驱发电机为对象,通过电磁有限元计算结果验证所提出的气隙磁场强度分析方法;基于金风兆瓦级永磁发电机测试平台,开展转/定子耦合系统模态测试,与理论模型得到的固有频率和模态振型进行对比。在此基础上,分析气隙长度和转子转速对耦合系统固有频率的影响。研究结果对于准确评估发电机振动能量、规避危险共振点指导机组设计等均具有重要的参考价值。

基于磁链预测的永磁直驱风力发电机SVM-DTC技术

永磁直驱风力发电机传统直接转矩控制(DTC)通过查表法选择固定电压矢量来控制定子磁链和电磁转矩,导致磁链和转矩的双重控制要求不能同时兼顾,造成磁链和转矩脉动过大。针对传统DTC的不足,研究了一种永磁直驱风力发电机基于定子磁链预测的空间矢量脉宽调制(SVPWM)DTC方法,通过对下一个控制周期磁链矢量的预测计算需要补偿的电压矢量,并引入SVPWM模块代替查表法来合成该电压矢量。仿真和实验结果表明,此方案能明显降低磁链和转矩脉动,改善永磁直驱风力发电系统的控制性能。

永磁直驱风力发电机组弯头形机舱优化分析

[目的]针对某型永磁直驱风力发电机组机舱几何外形不规则,受载荷复杂、重量较大的情况,需对其进行优化分析与设计。[方法]基于有限元方法,建立了机舱的有限元模型,分析了弯头形机舱的几何结构和主要形状影响参数,并基于分析结果对参数进行优化调整与复核计算。[结果]优化后的机舱最大von Mises应力由181 MPa减小到173 MPa,应力降低了4.4%,满足强度要求,重量由52.7 t减小到45.2 t,重量减少了约14.2%。[结论]研究表明,优化效果明显,为风电机组此类机舱设计与优化方法提供了借鉴和参考。

基于有限元方法的大型永磁直驱同步风力发电机电磁场计算

用有限元软件和电磁场知识对1.2MW永磁风力发电机建模,计算了发电机的静、瞬态磁场。研究了发电机静态气隙磁场的分布,通过傅里叶分解,得出了气隙磁密基波和高次谐波。采用转子斜极方法消除高次谐波,得到了转子斜极改善磁密分布的实际效果。对于瞬态磁场,采用电路分析方法,根据有限元方法的电路耦合功能,得出了发电机磁场和电势波形。结合实验数据,对比了静、瞬态磁场计算结果,分析了数据产生偏差的原因,验证了理论分析的正确性和有效性。

半直驱中速永磁风力发电机设计与特性研究

随着风力发电的健康蓬勃发展,结合了高速异步风力发电机和低速永磁直驱发电机特点的中速永磁半直驱风力发电机的优势也越来越明显。本文以5.5 MW级的中速永磁半直驱风力发电机为研究对象,介绍了半直驱驱动链及中速永磁风力发电机的基本结构,建立了该发电机的有限元计算模型,分析了“V”形永磁体转子结构的永磁发电机的空载特性与负载特性,计算了该结构下磁阻转矩与永磁转矩在电磁转矩中的占比等参数。基于研究与分析,总结了“V”形永磁体转子结构的半直驱永磁风力发电机的特点,为后续半直驱永磁风力发电机进一步的研究奠定了理论基础与参考依据。

大型直驱永磁风力发电机及其并网运行研究

为了研究大型直驱式永磁风力发电机控制及其并网后在电力系统中的运行,建立了风速模型、发电机模型,对直驱式永磁风力发电机的工作原理进行了研究,对风力发电机接入电网运行进行了分析,并对最大功率跟踪和桨距角控制进行了研究。采用理论分析与计算机仿真方法,给出了仿真结果。结果表明,直驱永磁风力发电机在低于额定风速时可以跟踪最大功率,高于额定风速时可以保持额定功率;直驱式永磁风力机对故障电流无贡献,对电网谐波影响很小,几乎不存在闪变问题,对电网频率稳定性无贡献。

大型半直驱式永磁风力发电机的电磁设计

以3.2 MW半直驱式永磁风力发电机为例,分析了发电机极数、极槽配合选取、转子磁极结构、气隙值选取等对发电机性能的影响。建立了发电机的电磁场有限元计算模型,对发电机的输出性能进行了仿真分析计算。计算结果表明发电机达到了较高的技术指标要求。这为大型半直驱式永磁风力发电机的优化设计提供了一些有意义的参考。

一种半直驱永磁风力发电机的设计研究

提出了一种发电机转子极靴优化与分数槽绕组结合的设计方法。对一台5.43MW的半直驱永磁风力发电机进行了设计,并将其有限元仿真分析结果与试验测试结果进行了对比。结果表明,该设计方式可有效改善气隙磁密波形,降低定子绕组空载反电动势谐波畸变率,并可显著抑制发电机的齿槽转矩,保证发电机性能。

基于保角变换与等效磁路法的永磁直驱发电机气隙磁场计算

该文开展了负载工况下永磁直驱发电机气隙磁场研究。基于精确域求解和保角变换,计算考虑齿槽效应的气隙磁场标量磁势;采用离散线电流元,定量模拟发电机定转子局部出现的磁饱和现象;基于考虑几何尺寸的定转子非线性磁阻计算方法,建立包含发电机定转子结构以及气隙长度的等效磁路,给出相应的迭代求解流程。以实际在役兆瓦级永磁直驱风力发电机为对象,计算考虑齿槽效应的气隙磁场分布,分析了空载和负载工况下磁饱和效应对气隙磁场分布曲线波形和谐波成分的影响,并与有限元计算结果对比,验证了所提出的分析模型和求解方法的有效性。

大型永磁直驱同步风力发电机电磁振动的仿真分析

文章研究了大功率、多极数、低转速的大型永磁直驱同步风力发电机电磁振动问题,首先利用Ansoft软件计算发电机电磁场,然后根据Maxwell应力张量理论得到发电机定子时空分布的电磁力,再由二维傅里叶变换分析电磁力波的组成,建立了电机定子振动的三维计算模型,最后应用Ansys软件对定子进行模态分析,将电磁力作为激励源计算定子的瞬态响应。该计算结果与测试结果较为近,可以在工程中应用。

含UDE附加阻尼支路的构网型直驱永磁同步风电机组次同步振荡抑制策略

针对构网型直驱永磁同步风电机组在弱电网下的次同步振荡问题,该文提出了基于不确定性和扰动估计器(UDE)的附加阻尼支路振荡抑制策略。首先,网侧变流器采用虚拟同步机(VSG)技术,并基于谐波线性化理论建立了网侧变流器序阻抗模型;其次,深入分析引入电压电流双闭环控制对弱电网下构网型直驱永磁同步风电机组产生次同步振荡的影响特性,提出了电流环引入UDE附加阻尼支路的振荡抑制策略,并基于UDE的附加阻尼控制采用滤波带宽思想对系统扰动进行估计,通过动态电压补偿方式实现阻尼支撑,可有效抑制次同步振荡,提升系统鲁棒性;最后,通过时域仿真验证了所提振荡抑制方法的有效性。

直驱式永磁同步风力发电机组建模及其控制策略

以永磁体励磁多极直驱式同步风力发电机组(directly driven wind turbine with permanent magnet synchronous generators,D-PMSG)为对象,建立了包括风力机模型、传动系统模型和发电机模型的D-PMSG数学模型,提出了风力机桨距角和发电机转速的控制策略:桨距角的控制策略中以风速和发电机功率为输入信号,采用比例–积分控制很好地反映了不同风速对桨距角控制的不同要求;发电机转速控制策略中采用dq同步旋转坐标下的矢量控制方法,用d轴电流控制无功功率,用q轴电流控制转速,既实现了机组的解耦控制,又充分利用了发电机容量。运用Matlab/Simulink建立了D-PMSG仿真模型,对风速阶跃变化时机组运行情况进行了仿真,结果验证了该模型的合理性及控制策略的正确性和可行性。