双馈风力发电机运行特性及其热性能分析研究

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1、分类号密级ｕｄｃ￡＾＿犬學ＮＡＮＪＩＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文双馈风力发电机运行特性及其热性能分析研究（题名和副题名）张文秀（作者姓名）指导籍姓名部颖中副教授学位类别工学硕士学科名称热能工程研究方向风电机组运行控制及故障诊断论文提交时间２０１５年３月注１：注明《国际十进分类法ＵＤＣ》的类号。碩士学位丈双馈风力发电机运行特性及其热性能分析研究作

2、者：张文秀指导教师：部颖宁副教授南京理工大学２０１５年３月Ｍ．Ｓ．Ｔｈｅｓｉｓｓ－ＡｎａｌｙｉｓａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＤｏｕｂｌｙＦｅｄＷｉｎｄＰｏｗｅｒＧｅｎｅｒａｔｏｒＯｅｒａｔｉｏｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｐａｎｄＩｔｓＴｈｅｒｍａｌＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＢｙＺｈａｎｇｅｎｘｉｕＷＳｕｐｅｒｖｉｓｅｄｂｙＡｓｓｏｃｉａｔｅＰｒｏｆ．ＱｉｕＹｉｎｇｎｉｎｇＮａｎｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈ

3、ｎｏｌｏｊｇｙｇｙＭａｒｃｈ２０１５，声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料一。与我同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研宄生签名：学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权

4、其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名；？月＿硕士学位论文双馈风力发电机运行特性及其热性能分析研究摘要随着常规能源日趋匮乏和环境问题的日趋严重，以风力发电为代表的新能源发电技术在全世界范围内正以前所未有的速度发展。风力发电系统根据发电机运行特点可以分为恒速恒频和变速恒频两种，其中变速恒频双馈风电机组具有可变速运行、灵活的转子交流励磁、变流器容量小和良好的功率调节能力等特性，是目前最广泛采用的风电机组类型之一

5、。本文以双馈风电机组为主要研究对象，对其进行了运行原理分析、控制策略研究，并对作为其主要组成部件之一的双馈电机进行了深入的热性能分析、故障特性及寿命预测研宄等，主要研宄工作如下：首先介绍了双馈风电机组的运行原理，详细推导和建立了双馈风电机组各组成部立件的数学模型，建了基于定子磁链定向的双馈风力发电机矢量控制系统，实现了最大功率跟踪及有功、无功功率的解親和独立控制。在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ平台上搭建了系统仿真模型，研宄了其在不同风速条件下的运行特性。仿真结果表明所搭建的模型具

6、有良好的动态响应特性，能正确反映双馈风电机组内部各变量的关系。其次分析了双馈电机内部的损耗原理及温升机制，结合传热学理论，基于相似理论与电路理论搭建了集总参数法的双馈电机热网络模型，将其嵌套至双馈风电机组动态仿真模型中，研宄电机组件的发热和冷却机制，并在风速变化条件下对电机定子绕组进行暂态和稳态的热性能分析研究。然后分别研究了电机冷却系统故障和电压不平衡故障的故障机理。基于所建立的模型，得到了这两种故障条件下电机的故障特性及电机的温升特性，并与实际风电场采集的ＳＣＡＤＡ数据进行比对

7、分析，结果验证了所建立热网络模型及机理分析的合理与正确性。最后，研宄了电机的寿命预测理论，分析了在正常运行工况及两种故障条件下电机的寿命变化情况。本文的研宄为掌握双馈风力发电机的运行特性及其热性能、优化设计电机结构、新的故障诊断算法开发等方面提供了一定的理论依据和借鉴。关键词：双馈风力发电机，运行特性，热网络模型，故障特性，寿命预测ＩＡｂｓｔｒａｃｔ硕士学位论文ＡｂｓｔｒａｃｔＮｏｗａｄａｙｓｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｓｃａｒｅｅｎｅｒｇｙｂｅｃｏｍｅｓｉ

8、ｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｒａｒｅａｎｄｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｒｏｂｌｅｍｂｅｃｏｍｅｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｌｓｅｒｉｏｕｓ．Ａｓａｒｅｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅｏｆｔｈｅｎｅｗｅｎｅｒｐｇｙｐｇｙｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｓｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇａｔａｅｖｅｒｆａｓｔｓｐｅ