风力发电及其永磁同步发电机-陈贤阳

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1、风力发电及其永磁同步发电机电气（6）班学号：2111204166姓名：陈贤阳指导教师：徐亮2013年5月8号1.当前能源形势及其风力发电的发展趋势能源一直是关乎世界各国经济发展和民众生活的重要议题。当前，能源消费继续强劲增大，供需矛盾进一步恶化。化石能源在世界能源总体消费中占据主体地位。目前，世界大部分能源仍掌握在西方国家手中。目前我国主要能源煤炭、石油和天然气的储采比大致为全球平均水平的50、40和70左右，均早于全球化石能源枯竭速度，能源安全问题越发重要。我们必须大力发展可再生能源产业，依靠自身的实力保障本国的能源安全。当前风力发电是发展前

2、景远阔的一种能源生产方式。风是没有公害的能源之一。而且它取之不尽，用之不竭。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。世界风电在加速发展，装机容量每年以近30％的速度递增。按照德国风电发展计划，到2010年，风电电量将占总发电量的12.5％；到2050年，将占到50％。丹麦的风电电量2003年占全国总发电量的18％，规划到2030年，风电将占总发电量的50％。西班牙、英国和法国也加快了风电的发展。我国发展风力发电技术较晚，很多技术被外国垄断，需要进口。但是我国有独特自然地理位置和

3、人才保证，为我国的风力发电良好发展提供了基础。中国拥有世界上增长最快的风电市场，其风电装机容量自2005年以来每年要翻一番。到2020年，中国国内风电厂运行中的总装机容量有望达到15万兆瓦。自2010年11月在上海建成一座风轮机叶片生产厂后，在全球海上风电场领域占据领先地位的西门子也加入到中国浩浩荡荡的风电产业发展大潮中。中国风能资源十分丰富，全国风能储量约4.83×109MW，可开发利用的风能资源总量达2.53亿kw。在中国，风能资源主要分布在新疆、内蒙古等北部地区和东部至南部沿海地带及岛屿。2.风力发电机组系统和有关风力发电机的介绍风力发电

4、系统是将风能转换为电能的机械、电气及共控制设备的组合。通常包括风轮、发电机、齿轮箱及有关控制器和储能装置。微型及容量在10kW以下的小型风力发电机组，采用永磁式或自励式交流发电机，经整流后向负载供电及向蓄电池充电；容量在l00kw以上的并网运行的风力发电机组，则应用同步发电机或异步发电机。其中齿轮箱是一个重要的机械部件，其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，常常用在双馈异步发电机的大容量并网发电系统中。理论上任何一种发

5、电机都可用于风力发电中，主要有直流发电机、笼型异步发电机，双馈异步发电机，同步发电机。其中，由于直流电动机存在电刷和机械换向器，需要经常维护，可靠性较低，只用在小容量发电系统中。传统电励磁同步发电机，因独立控制有功和无功输出、效率高等优点，在常规火力发电和水利发电中获得广泛的应用，但在风力发电中，由于风速的不稳定，使发电机获得不断变化的输入机械功率，而同步发电机并网后，其速度由电网频率规定，严格为同步转速，因此，风力机功率的波动会给风力发电机造成冲击，不利于风力发电机和整个系统的稳定安全运行；笼型异步发电机因为结构简单可靠，并且转速可以在%2-

6、5%的范围内自动调节，在中大型风力发电系统中获得广泛的运用；双馈异步发电机可实现变速恒频运行，风能利用效率高，功率变换器容量小，成为现代发电机的主流。永磁同步发电机因为磁场主要由永磁体励磁，发电机的效率高，在低速风力发电系统中越来越受到青睐。3.下面来介绍低速直驱永磁同步发电机系统图1所示同步发电机的构成的低速直驱风力发电系统。图1低速直驱风力发电系统风力机转子和同步发电机的转子直接相连，发电机转速和风速相同，免去了增速箱（需要经常维护，故障率很高），简化了系统结构，明显提高了可靠性。通过变流器，使发电机发出的电流频率转换成50HZ的工频输入电

7、网。永磁同步发电机的结构1）定子永磁发电机的定子结构与一般电机类似,但因为该类发电机的电负荷较大,使得发电机的铜耗较大,因此应在保证齿、轭磁通密度及机械强度的前提下,尽量加大槽面积,增加绕组线径,减小铜耗,提高效率。定子绕组的分布影响风力发电机的起动阻力矩的大小。起动阻力矩是永磁式风力发电机设计中的一个至关重要的参数。起动阻力矩小,发电机在低速风时便能发电,风能利用程度高;反之,风能利用程度低。起动阻力矩是由于永磁电机中齿槽效应的影响,使得发电机在起动时引起的磁阻力矩。从电机理论上讲,降低齿槽效应所引起的阻力矩的方法,主要是采用定子斜槽、转子斜

8、极以及定子分数槽绕组。根据实际操作经验采用分数槽绕组是降低阻转矩最有效的办法。2)转子永磁风力发电机转子磁路结构,按工作主磁场方向的不同,主要分为切向