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。

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。

基于变流器控制策略的直驱永磁风力发电机优化设计

直驱永磁风力发电机通过一个背靠背全功率变流器与电网相连,因此传统基于电网电压的直接并网同步发电机设计与分析模型不再适用于直驱永磁风力发电机。本文提出了一种新的直驱永磁风力发电机的设计分析模型,该模型综合考虑了变流器电流矢量控制策略对发电机特性和性能的影响,能更准确地反映直驱永磁风力发电机的实际运行状况。基于该模型,运用遗传算法对1.5MW、3MW、5MW、7MW和10MW五种功率等级的永磁直驱风力发电机进行了以材料成本最低为目标的优化设计,设计结果表明电机的重量和成本都得到了下降。最后运用有限元方法,对10MW永磁直驱风力发电机进行了空载、负载的性能仿真分析,仿真结果验证了本文提出的设计模型和优化设计方法的正确性。

电网故障下直驱永磁风力发电机组机侧变流器改进控制策略

文章对电网电压跌落时的直驱永磁同步风力发电机组的低电压穿越过程进行深入研究,在电网电压跌落时,通过分析发电机机侧变流器最大风能跟踪控制策略,提出一种补偿q轴电流参考值抑制直流母线电压的新方法,并加入弱磁控制,使发电机输出功率迅速有效降低,进而维持机侧与网侧变流器的功率平衡及母线电压稳定。电网持续故障且超出规定时间时,为风电机组增加了卸荷电路,保证机组安全退出运行。分析结果验证了所提方案的正确性和有效性。

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。

直驱永磁风力发电机定子槽楔受力分析

应用电磁场有限元软件建立了直驱永磁风力发电机有限元仿真分析模型。通过对直驱永磁风力发电机定子绕组线圈导体在额定工况和三相突然短路情况下所受电磁力分析,对定子非磁性槽楔受力进行了计算。根据计算分析结果减少了非磁性槽楔用量,提出了电机设计建议,具有较高的工程实用价值和参考意义。在保证电机质量可靠性的前提下,提出了减少定子槽楔数量的节材建议,可以降低直驱永磁风力发电机的材料成本,为企业创造较大的经济效益,进一步提高风力发电机产品的市场竞争力。

变流器瞬时功率平衡理论在直驱永磁风力发电机组低电压穿越中的应用

为了研究直驱永磁风力发电机组的低电压穿越运行特性,建立其数学模型,利用电力系统电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC搭建了机组仿真模型,进行了电网电压跌落故障发生时的机组低电压穿越特性仿真。利用低电压穿越设备对东北地区某风电场直驱永磁风力发电机组并网低电压穿越运行进行了测试。通过实测数据与仿真数据的对比,验证了所提出的直驱永磁风力发电机组并网运行控制策略及仿真结果的正确性。

直驱永磁风力发电机侧最大功率追踪滑模控制研究进展

本文针对提高直驱永磁风力发电机侧效率及未建模动态性能问题,介绍了直驱永磁风力发电机侧最大功率跟踪滑模控制研究进展。首先,分析线性滑模、一阶线性滑模、积分滑模与终端滑模4类控制策略的原理、存在的问题以及研究现状。其次,针对快速非奇异终端滑模控制的“抖振”及控制精度问题,对现有趋近律方法、观测器方法、模糊方法的消抖原理及效果进行阐述。最后,得出变增益、变速、变指数趋近快速非奇异终端滑模控制是最优的“消抖”策略。通过对非连续项进行连续平滑处理和引入合适的在线自调整因子可有效消除“抖振”,并提高控制精度。对于系统远离平衡点时的情况,仍有待进一步深入研究。

直驱永磁风力发电机组的频率响应简化模型及其应用

基于直驱永磁风力发电机组(D-PMSG)详细仿真模型开展多风机虚拟惯量的协同控制研究,存在仿真计算耗时多、难以确定影响虚拟惯量控制的主要因素等问题,为此提出了一种D-PMSG的频率响应简化建模及适用于多机虚拟惯量控制研究的风电场频率响应简化建模方法。仿真结果表明,所提模型能够有效反映风机的频率响应特性,简化风电场建模的复杂度。

直驱永磁风力发电机风能最优控制

文章介绍了直驱永磁风力发电机系统的应用以及捕获最大风能的控制方式研究。在既定的风速下,通过粒子群算法寻找最佳电机转速,从而实现风能的最优控制。并给出了系统的仿真模型和仿真结果,验证了系统控制的正确性。

直驱永磁风力发电机并入10kV配电网的研究

建立直驱永磁风力发电机的变流器模型及其控制策略,并接入10 kV配电网运行。通过对比并网出口和并网点上、下游的接地故障,探讨了风力发电机组并网对配电网继电保护的影响。同时,在配电网发生电压跌落的情况下,讨论了含全功率变频器的直驱永磁风力发电机组运行特性。结果表明,短路时,直驱永磁风力发电机组能提供稳定短路电流,并且对并网点下游短路电流有助增作用,对上游短路电流的影响较小;电压跌落时,机组能够很好地隔离故障,并且对电网有一定的无功支撑。

半直驱永磁风力发电机温度场仿真

本文以3 MW半直驱永磁风力发电机为例进行温度场计算分析,利用有限元分析方法分别对3 MW半直驱永磁风力发电机额定工况及试验工况的温度场进行计算。计算结果与试验实测结果一致,永磁发电机温升满足考核要求。同时计算分析了冷却水流量及冷却管排布位置对温升的影响,并提出后续改进建议。

大型直驱永磁风力发电机定子电缆火焰钎焊与电阻钎焊对比工艺研究

大型直驱永磁风力发电机定子电缆焊接(即电缆接线端子与电缆接线铜板焊接)是发电机制作过程中的关键工序之一,其焊接质量的好坏将直接影响焊接点的温升、焊接处绝缘寿命、发电机的效率等,因此对发电机的运行寿命有重要影响[1]。本文研究分析了火焰钎焊、电阻钎焊两种焊接方式的各自优势,并采用对比验证的方法,通过直流电阻检测、外观检测、拉伸试验、宏观金相检测、微观金相检测等检测手段,对比采用两种焊接方式制作试样的焊接质量。同时,为验证不同尺寸的焊接件的可靠性,本文研究也通过焊接DT-150、DT-185、DT-240三种不同大小的焊接件进行对比验证。通过对样件的实验结果进行对比和分析,发现两种焊接方式均满足电缆焊接要求,但具体的实际使用情况仍要根据不同工况进行选择。

直驱永磁风力发电机空载短路去磁分析

利用Maxwell电磁场有限元计算软件,建立了基于Ansoft的直驱永磁风力发电机二维瞬态有限元模型,利用Ansoft强大的电磁场分析和后处理功能,仿真得到了直驱永磁风力发电机在正常和空载短路下的电磁场分布和相关性能曲线,分析了空载短路下短路电流对永磁体的去磁磁场,为直驱永磁风力发电机优化设计提供判断依据。

大型双定子直驱永磁风力发电机电磁设计与仿真

为充分利用发电机的空间,提高直驱永磁风力发电机的功率密度和材料利用率,降低生产成本,解决运输困难等问题,设计了一种兆瓦级双定子永磁直驱风力发电机,将分数槽单节距绕组用于双定子直驱永磁发电机,使得双定子直驱永磁风力发电机实现了高功率密度、低定位转矩和低惯量的目的。用VisualBasic 6.0编制了双定子永磁发电机的电磁设计软件,用磁路的计算方法得到初步模型后,利用Maxwell有限元仿真软件进行建模、网格剖分、加载、求解和后处理等仿真分析,利用先进的电磁设计软件和全面的电磁有限元仿真分析,完成了对大型双定子永磁直驱发电机的精确分析与设计。

直驱永磁风力发电机高温短路去磁分析

利用Maxwell电磁场软件的二维瞬态分析功能,对兆瓦级直驱永磁风力发电机进行了空载时各种突然短路仿真.在最大短路电流时刻对永磁体的去磁程度进行分析,为永磁电机设计永磁体去磁工作的研究提供了理论依据.

直驱永磁风力发电机网侧变流器控制的优化

直驱永磁风力发电机变流器的控制分为发电机机侧变流器的控制和网侧变流器的控制两部分。网侧变流器的任务是将发电机侧变流器整流出来的直流电逆变为与电网电压同频、同压的交流电。针对大庆油田直驱永磁风力发电机组的并网问题,提出了在网侧变流器中引入反馈量和放大倍数的优化网侧变流器控制策略的解决方法。实验表明,该优化设计能够实现变流器的有功功率和无功功率的独立控制,保证直流侧电压稳定、功率因数可调,提高了系统的动态性能及电网电能质量,实现了稳定并网的目的。

直驱永磁风力发电机电磁仿真分析与优化设计

首先利用Ansoft软件建立直驱永磁风力发电机的Maxwell二维(2D)有限元模型,之后对直驱永磁风力发电机进行斜槽2D仿真分析。在此基础上,以直驱永磁风力发电机的齿槽转矩的减少及气隙磁密的均值为目标,选择Maxwell优化模块中内置的遗传算法作为参数优化的方法,对直驱永磁风力发电机的磁钢宽度、磁钢厚度、磁钢与转子中心距离、转子外径等结构参数进行优化设计。通过对参数优化前后的齿槽转矩及气隙磁密曲线的对比,验证了优化设计方法的有效性。

一种直驱永磁风力发电机机侧变流器矢量控制改进方法研究

由于直驱永磁风力发电机机侧变流器控制系统中存在比例积分环节以及空间矢量脉宽调制的输出环节,致使系统存在积分饱和的问题。针对这一问题,在反馈抑制抗饱和积分PI控制器的基础上,提出了一种改进的方法,不但将控制量超出其限定范围的偏差值反馈送入积分器,而且送入参考信号节点。在Matlab/Simulink仿真平台上搭建仿真模型对提出的方法进行仿真。仿真结果表明改进的反馈抑制抗饱和PI控制器能够很好的解决矢量控制中永磁同步电机转子速度响应慢、超调量大的问题。

大型直驱永磁风力发电机定子端环接线铜板焊接工艺研究

大型直驱永磁风力发电机定子端环焊接工序为发电机制作过程中的特殊工序,其中端环与端环接线铜板焊接尤为重要,其焊接质量的好坏直接影响焊接点的温升及焊接点处绝缘的寿命。本文采用三种不同的焊接工艺对端环与端环接线铜板进行焊接,即分别采用火焰钎焊(使用HL303)、火焰钎焊(使用HL204)、电阻钎焊(使用HL204)制作三组模拟试样和三组一字型样件,对模拟试样进行外观检查、宏观金相检测,对一字型样件进行外观检查、拉伸试验。对比分析外观检查、宏观金相、拉伸试验结果,结合焊接效率及焊接成本等因素,认为采用电阻钎焊(使用HL204)为合适的焊接工艺。