永磁直驱风力发电系统设计与分析技术教学教材.ppt

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1、永磁直驱风力发电系统设计与分析技术风力发电系统的组成鼠笼式异步发电机绕线式异步发电机电励磁式同步发电机永磁同步发电机永磁直驱发电系统的特点优点缺点整个系统结构简单安装和维护费用低变速运行范围宽电机体积大，制造成本高全功率变流器，投资大永磁直驱发电机的设计风力发电机设计规律不同于普通低速永磁电机电机结构饱和齿槽效应端部效应磁极形状永磁直驱发电机的设计必须考虑全功率变流器的设计环境拓扑结构控制原理控制算法永磁直驱风力发电系统的性能预测永磁发电机的结构径向式内转子外转子永磁发电机的结构轴向式双定子单定子全功率变流器的结构对发电机输出电压无要求，风机工作范围

2、宽系统结构简单，成本低电机功率因数较低，损耗大。全功率变流器的结构电机电流正弦，损耗小电机功率因数高系统结构复杂，成本高永磁直驱发电机的设计技术电路仿真法可实现控制原理和控制算法的精确建模，但对由于电机本身固有特性如饱和、齿槽效应、端部效应等难以准确模拟。磁场分析法可实现电机本体性能的精确分析，但无法实现永磁同步电机在不同控制策略下的系统性能分析。永磁直驱发电机的设计技术场路耦合法通过将永磁电机电磁场分析方程和驱动系统所满足的控制算法联立并采用时步法求解对电机及其控制系统进行模拟分析，为深入研究电机系统的相互耦合以及优化运行提供有利的工具。电机电磁场

3、模型系统电路模型电压信号转矩、转速信号永磁同步电机矢量控制永磁直驱发电机的设计技术永磁同步电机矢量控制永磁直驱发电机的设计技术永磁同步电机矢量控制永磁直驱发电机的设计技术半实物仿真半实物仿真技术是将实际系统的一部分用数学模型加以描述，并转变为仿真模型在计算机上运行，将系统的另一部分以实物形式引入仿真回路。快速控制原型（RapidControlPrototype，简称RCP）硬件在环仿真（HardwareInLoop，简称HIL）永磁直驱发电机的设计技术永磁直驱发电机的设计技术电机设计目标额定功率：1500kW额定电压：660V极数：160额定频率：3

4、0Hz额定电流：1394.25A效率：95.9转速：22.5rpm额定扭矩：636667Nm永磁直驱发电机的设计技术电机结构永磁直驱发电机的设计技术电机结构永磁直驱发电机的设计技术静态磁场分析磁力线分布永磁直驱发电机的设计技术静态磁场分析磁密分布永磁直驱发电机的设计技术静态磁场分析气隙磁密分布永磁直驱发电机的设计技术瞬态磁场分析反电势波形永磁直驱发电机的设计技术瞬态磁场分析齿槽转矩波形永磁直驱发电机的设计技术三维磁场分析永磁直驱发电机的设计技术三维磁场分析气隙磁密分布齿槽转矩分析振动和噪声影响控制精度影响切入转速消除方法斜槽斜极增大气隙极弧系数优化永

5、磁直驱发电机的设计技术永磁直驱发电机的设计技术齿槽转矩分析永磁直驱发电机的设计技术齿槽转矩分析永磁直驱发电机的设计技术齿槽转矩分析优化前优化后永磁体去磁分析永磁同步发电机工作时最应避免的是电枢电流磁场的不可逆去磁效应，额定负载时有磁钢有一定的去磁，但该去磁是可逆的，当电枢磁场反向时，仍可回复到原来的工作点。但是当电枢电流过大时，例如三相短路时，能产生很强的去磁效应，这时要考虑磁钢是否产生不可逆去磁。永磁直驱发电机的设计技术永磁直驱发电机的设计技术分析目标：分析永磁体在额定负载和6相短路时去磁情况，此工况下绕组磁场全部用于退磁，即这是最恶劣的运行条件下

6、电机去磁性能分析。永磁体去磁分析电机线电流(最大电流倍数2.7)永磁直驱发电机的设计技术永磁体去磁分析永磁直驱发电机的设计技术永磁体去磁分析电机在额定负载时永磁体沿径向磁密分布电机在6相短路（2.7倍过载）时永磁体沿径向磁密分布场路耦合法分析发电机系统的分析技术场路耦合法分析发电机系统的分析技术电机反电势母线电压场路耦合法分析发电机系统的分析技术电机线电流系统发电电压发电机系统的分析技术发电机系统的分析技术发电机系统的分析技术双PWM变流器分析发电机系统的分析技术双PWM变流器分析电机电流转速转矩发电机系统的分析技术双PWM变流器分析电机线电压输出功

7、率母线电压无传感器运行技术必要性●增加了系统的复杂性●降低了系统的可靠性。●在高温、高湿的恶劣环境下无法工作，而且码盘工作精度易受环境条件的影响。●多极数、高精度码盘的技术难度无位置传感器控制技术无传感器运行技术推广卡尔曼滤波器(EKF)PMSM无传感器控制基于定子端电压和电流估算基于观测器估算模型参考自适应(MRAS)辨识基于人工智能估算(神经网络)高频注入法全阶/降阶状态观测器滑模观测器实现复杂、较难实用依赖基波激励模型低速时信噪比低、受电动机参数时变影响不适于低速、零速下应用依赖高频信号激励模型适于低速范围应用基于基波激励的方法低速时转子位置估

8、算不准确，无法应用对电机参数变化敏感，鲁棒性较差多适用于中、高速运行实现简单，动态性能较好无传感器运行技术高