定子永磁電機及其風力發(fā)電應用研究.pdf

1、隨著風力發(fā)電技術的發(fā)展，可變速永磁風力發(fā)電系統(tǒng)逐漸引起人們的關注。定子永磁電機具有轉(zhuǎn)子結(jié)構簡單、效率和功率密度高、可靠性高等優(yōu)點，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ男滦陀来烹姍C。本文的研究工作主要是圍繞著定子永磁電機及其在風力發(fā)電中的應用展開的。論文的主要研究內(nèi)容包括如下幾個方面： 本文首先對定子永磁電機進行了比較研究，推導了一個背適于三種定子永磁電機的通用功率方程，基于功率方程，對定子永磁電機進行了功率密度的比較和分析，為定子永磁電機的優(yōu)化

2、設計和新型結(jié)構的提出奠定了基礎。 對外轉(zhuǎn)子雙凸極永磁(DSPM)風力發(fā)電機進行了研究，設計了20kW外轉(zhuǎn)子直接驅(qū)動DSPM風力發(fā)電機，對發(fā)電機的電磁場進行了有限元分析，給出了發(fā)電機的靜態(tài)特性。 提出了整距繞組DSPM電機的結(jié)構，對其工作原理進行了闡述，揭示了整距繞組DSPM電機所具有的獨特特性以及它和傳統(tǒng)DSPM電機、磁通切換永磁(FSPM)電機的內(nèi)在聯(lián)系。 提出了定子內(nèi)永磁電機的結(jié)構，解決了FSPM電機存在的定

3、位力矩大、永磁材料消耗多等缺陷，對定子內(nèi)永磁電機的功率方程進行了推導，闡述了定子內(nèi)永磁電機高功率密度和優(yōu)化減小定位力矩的機理，在此基礎上進行了定子內(nèi)永磁電機的優(yōu)化設計。對定子內(nèi)永磁電機的永磁體在短路電流作用下用解析式表達的抗去磁能力進行了研究，得到了一種衡量定子內(nèi)永磁電機被去磁風險的簡單解析表示方法。 設計、試制和測試了一臺小功率定子內(nèi)永磁風力發(fā)電機，在此基礎上，對功率等級從3MW至10MW的大型定子內(nèi)永磁風力發(fā)電機進行了電磁設

4、計和比較研究。 對定子永磁風力發(fā)電機系統(tǒng)進行了數(shù)學建模研究，包括風速模型、氣動特性模型、機械模型、發(fā)電機模型和PWM變換器模型。 對基于非線性控制器的風力機最大風能跟蹤控制進行了研究，提出了基于卡爾曼濾波器和牛頓一拉夫遜法的風速估計方法，建立了基于Matlab/Simulink的仿真模型，并應用FAST風力機代碼進行了驗證，仿真和FAST代碼的結(jié)果說明了所提出方案具有良好的控制性能。 對現(xiàn)代大型風力機的槳距角控制