永磁同步风力发电机复合矢量控制策略研究

永磁同步风力发电机复合矢量控制策略研究作者：汪令祥，张兴，张崇巍，曹仁贤，WANGLing-xiang，ZHANGXing，ZHANGChong-wei，CAORen-xian作者单位：汪令祥,张兴,张崇巍,WANGLing-xiang,ZHANGXing,ZHANGChong-wei(合肥工业大学,安徽,合肥,230009)，曹仁贤,CAORen-xian(合肥阳光电源有限公司,安徽,合肥,230088)刊名：电力电子技术英文刊名：POWERELECTRONICS年，卷(期)：2010，44(2)被引用次数：0次参考文献(4条)1.WWu.VSRamsden.TCrawfordALow-speed,Hightorque,Direct-drivePermanentMagnetGeneratorForWindThrbines20002.ESpooner.PGordon.JBBumbyLightweightironlessstatorPMgeneratorsfordirectdrivewindturbines2005(1)3.王成元.夏加宽.杨俊友电机现代控制技术20064.李崇坚交流同步电机调速系统2006相似文献(10条)1.学位论文王法庆双转子永磁风力发电机研究2007风能是可再生能源，世界各国越来越重视风能的开发和利用。国内外学者也开始研究高效率永磁电机在风力发电上的应用。在山东省科技厅资助下，本文研究了一种新型结构的双转子永磁发电机，其高运行效率和特殊的电机结构，使其在小型风力发电系统中存在着巨大优势。本文主要研究的内容如下：第一部分首先给出了双转子永磁电机的基本结构、等效磁路、工作原理，然后对双转子永磁电机电枢反应电感参数进行计算。第二部分对双转子永磁电机的空载感应电势进行解析计算和有限元分析验证。首先通过引入相对比磁导函数，给出了双转子永磁电机考虑齿槽效应时定子表面的磁场分布，并给出了相应的波形。然后采用矢量合成法推导了空载感应电势的表达式，为了验证空载电势解析法的正确性，本文采用有限元法对其分析计算。通过比较得出：解析法和有限元法吻合很好。最后，针对双转子电机的特殊结构，提出了三种改善电势波形的方法，并利用解析法对其进行分析，证明了这几种措施的可行性。第三部分针对halbach磁体电机在风力发电系统中的潜在优势，主要研究了halbach磁体结构双转子电机的电势和齿槽转矩。首先给出了halbach阵列的基本原理，采用有限元法分析了halbach磁体结构双转子电机的磁场分布及空载电势波形，并对其进行了谐波分析。最后利用能量的虚位移法推导了双转子电机的齿槽转矩，对于halbach磁体双转子电机，提出了三种减小转矩脉动的方法，并通过有限元分析进行了比较，证明了这几种措施的可行性。第四部分对双转子电机的设计进行了分析，提出了先分别设计内外电机再统一调整的设计方法，最后设计制作了样机，给出了样机图片。并对样机进行试验，测量不同转速下电机的空载电势波形，电机的电势-转速曲线，电机的负载电压-电流特性曲线，并测量了电枢反应电感数值，通过对比可以得出：试验值、解析值和有限元值吻合很好。2.会议论文黄苏融新概念永磁电机技术及其应用开发2005我国能源紧缺,能源不足已涉及到国家能源安全问题;另一方面,我国稀土资源丰富,开发应用永磁电机具有重大的战略意义.在'十五'期间,永磁风力发电机系统与电动汽车用永磁电机驱动系统的研发都已列入国家863重大计划;当前,风力发电与混合动力汽车已成为人们关注的热点之一.在研究风力发电与全电或混合动力汽车、舰船、飞机用宽调速永磁电机驱动系统和永磁发电机系统磁场控制技术的过程中,研究者深入思考与探索永磁电机的磁场控制技术和混合励磁结构,使得永磁电机设计理念不断产生新的变革和创新,导致了永磁电机结构、机理、设计、性能和制造技术方面的革命,逐渐形成新概念永磁电机家族.本文主要介绍新概念永磁电机的类型与特点。3.期刊论文邓秋玲.黄守道.许志伟.彭磊.DENGQiu-ling.HUANGShou-dao.XUZhi-wei.PENGLei软磁复合材料在轴向磁场永磁风力发电机中的应用-微特电机2010,38(1)讨论了SMC在直驱风能转换系统中的轴向磁场永磁(AFPM)同步风力发电机设计中的应用.首先介绍了轴向磁场永磁电机的结构特点;然后介绍了SMC材料的特性,讨论了SMC材料在永磁风力发电机设计中的应用;最后使用有限元法将基于SMC的AFPM风力发电机与采用硅钢片定子铁心的AFPM风力发电机进行了比较,证明了所提方案是可行的.4.期刊论文孙秋霞.王法庆.SUNQiu-xia.WANGFa-qingHalbach磁体结构的外转子永磁电机设计分析-微电机2006,39(7)介绍了halbach磁体结构的优点,给出了基于halbach磁体结构的外转子永磁电机的基本模型.通过有限元分析,比较了halbach磁体结构与普通磁体结构的外转子永磁电机,验证了halbach磁体结构外转子永磁电机优越性,并提出其作为直接耦合风力发电机的可能性.5.学位论文丰家辉新型2kW小型永磁风力发电机设计2008随着人类对能源的需求日趋增大，而如石油、煤等非可再生能源日益枯竭。寻求新能源的利用和开发迫在眉睫。风能凭借其无污染，可循环利用等优点受到世界各国的重视。本文针对现有的小型风力发电机结构存在的不足，设计了一种新型结构的小型风力发电机结构。主要研究结果如下：1．分析现有永磁发电机的结构特点，结合这些特点设计了一种新型外转子式永磁发电机。此种发电机专用于小型风力发电，其功率为2kW。该发电机属于低速电机，可以直接与叶片相连，省去了传统的调速装置。2．利用直接磁路计算法计算出发电机的主要尺寸和输出电压，为了寻求发电机最优尺寸，把计算中设计的参数综合组合。选取最优的一组，其输出电压为51.96V，与预定指标之间的误差为3.92％。根据这组数据所得到的电机结构，重量约为50～70kg，较市面上常见的2kW风力发电机轻(青岛风王发电机有限公司FD4.0-2kW型重量为120kg)。使用函数E0=f(σ，L2，W，δ)来描述设计参数和输出电压之间的关系，在其它变量保持不变的情况下，输出电压E0和W同向变化，E0和L2、σ反向变化，小范围变化δ对E0影响不大。分析了发电机在不同风速下工作的空载状态，找出了输出电压和风速之间的关系。通过分析外特性曲线，推导出负载输出电压和风速之间的关系。3．利用ANSYS有限元软件对设计的发电机进行电磁场分析，结果表明，所设计的发电机气隙磁密分布为均匀分布，气隙磁密BX分量波形为矩形波，保证了输出的电压近似为正弦波形。通过两种方法分析了发电机的电磁场，分析结果和计算结果之间的误差分别为5.06％，9.18％。4．利用ANSYS有限元软件分析了所设计的发电机支承轴和转子后壳的结构强度，结果表明在最恶劣工况下，支承轴和转子后壳的复合应力远小于材料的屈服强度，发电机结构的稳定性良好。通过改变轴的尺寸，利用ANSYS得出同类结构小型风力发电机支承轴的最小安全轴径应不小于38mm。对转子后壳所做的优化分析，有效减少转子的重量达到44.02％。5．根据设计的数据绘制出整个发电机的零件图以及装配图，并编写好用于定子矽钢片冲片的线切割程序，图纸及线切割程序可直接用于产品制造。6.会议论文刘婷.罗德荣.黄守道基于磁极偏移减小永磁风力发电机起动阻力矩的研究2008起动阻力矩是永磁风力发电机的—个重要指标，它直接影响发电机的起动和低速运行性能。本文提出了一种永磁电机磁极偏移从而减小齿槽转矩的方法，基于能量法和傅立叶分解对齿槽转矩解析分析方法，推导了在磁极偏移时的齿槽转矩的表达式。最后给出了在均匀磁极与磁极偏移情况下齿槽转矩的对比，验证了这种磁极偏移方法的可行性。实现减小永磁风力发电机起动阻力矩的目的。7.学位论文张建忠定子永磁电机及其风力发电应用研究2008随着风力发电技术的发展，可变速永磁风力发电系统逐渐引起人们的关注。定子永磁电机具有转子结构简单、效率和功率密度高、可靠性高等优点，是一种很有发展潜力的新型永磁电机。本文的研究工作主要是围绕着定子永磁电机及其在风力发电中的应用展开的。论文的主要研究内容包括如下几个方面：本文首先对定子永磁电机进行了比较研究，推导了一个背适于三种定子永磁电机的通用功率方程，基于功率方程，对定子永磁电机进行了功率密度的比较和分析，为定子永磁电机的优化设计和新型结构的提出奠定了基础。对外转子双凸极永磁(DSPM)风力发电机进行了研究，设计了20kW外转子直接驱动DSPM风力发电机，对发电机的电磁场进行了有限元分析，给出了发电机的静态特性。提出了整距绕组DSPM电机的结构，对其工作原理进行了阐述，揭示了整距绕组DSPM电机所具有的独特特性以及它和传统DSPM电机、磁通切换永磁(FSPM)电机的内在联系。提出了定子内永磁电机的结构，解决了FSPM电机存在的定位力矩大、永磁材料消耗多等缺陷，对定子内永磁电机的功率方程进行了推导，阐述了定子内永磁电机高功率密度和优化减小定位力矩的机理，在此基础上进行了定子内永磁电机的优化设计。对定子内永磁电机的永磁体在短路电流作用下用解析式表达的抗去磁能力进行了研究，得到了一种衡量定子内永磁电机被去磁风险的简单解析表示方法。设计、试制和测试了一台小功率定子内永磁风力发电机，在此基础上，对功率等级从3MW至10MW的大型定子内永磁风力发电机进行了电磁设计和比较研究。对定子永磁风力发电机系统进行了数学建模研究，包括风速模型、气动特性模型、机械模型、发电机模型和PWM变换器模型。对基于非线性控制器的风力机最大风能跟踪控制进行了研究，提出了基于卡尔曼滤波器和牛顿一拉夫逊法的风速估计方法，建立了基于Matlab/Simulink的仿真模型，并应用FAST风力机代码进行了验证，仿真和FAST代码的结果说明了所提出方案具有良好的控制性能。对现代大型风力机的桨距角控制方法进行了研究，提出了模糊逻辑变桨距控制策略，通过Matlab/Simlink仿真，与传统的基于PI控制器的桨距角控制策略进行了比较研究。最后深入研究了风力发电电压源型PWM变换器的设计，对PWM变换器建立了矢量控制系统，对网侧PWM变换器进行了仿真和基于dSPACE仿真平台的实验研究，仿真和实验结果验证了PWM变换器设计的正确性和有效性。8.期刊论文花为.张淦新型集中绕组小型永磁风力发电机的设计与分析-电力科学与技术学报2009,24(3)介绍一种新型绕组连接方式的永磁无刷电机,采用特殊的定子槽/转子极配合,功率密度高,定位力矩小,适用于小型风力发电系统.以一台三相24/22极样机为例,分析其结构特点和运行原理,并基于有限元法,研究其设计过程.在此基础上,对样机的感应电动势、电磁转矩、输出功率、效率等进行实验验证.结果表明:该种电机在无需斜槽或斜极的条件下,采用集中绕组即可获得正弦电势,且保持较高的功率密度和效率,为小型风力发电机的选型提供一种新的方案.9.会议论文宁玉泉风力发电机组的高新技术及其发展方向2005本文通过风力发电事业近年来的迅猛发展，阐述了风能作为可持续发展的绿色能源的重大意义。通过对大型风力发电机组的发展，分析了大型风力发电机的结构和特点，重点研究了双馈变速恒频风力发电机的关键技术及运行特点，同时分析了其它各种不同形式的大型风力发电机的特点和结构，展望了风力发电机的发展趋势和关键技术。10.学位论文赵俊杰定子内永磁风力发电机的控制技术研究2009随着经济的发展，世界各国对能源和资源的需求将长期处于增长态势。煤炭、石油等常规资源不可再生，而且燃烧石化燃料获取能源的方式导致了日益严重的环境污染问题，因此，人类面临的资源和环境的双重压力促使各国政府普遍重视可再生能源的开发和利用。风能是一种可再生的绿色能源，目前风力发电已成为人们关注的热点并得到了较快的发展。采用永磁发电机的变速恒频风力发电技术具有捕获风能多、效率高、功率密度大、冲击应力小等优势而倍受关注。定子内永磁（StatorInteriorPermanentM