流-热-磁场耦合对风力发电机输出电流与效率的影响研究

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:硕士学位论文（学生类别：全日制学术型硕士研究生学科名称：动力工程及工程热物理论文题目：流-热-磁场耦合对风力发电机输出电流与效率的影响研究英文题目：Influenceoffluid-thermal-magneticcouplingonoutputcurrentandefficiencyinwindturbines学生姓名：张建勋导师姓名：温彩凤副教授二〇一八年六月内蒙古工业大学硕士学位论文I内蒙古工业大学硕士学位论文摘要针对风力发电系统因风轮与发电机匹配特性、来流矢量特性、输出端负载特性以及内部流-热-磁三场双向耦合而导致输出电流谐波含量大、

2、三相不平衡及机组效率低下等问题，开展永磁风力发电机组多因素耦合对电流特性的影响研究。本研究立足于计算流体力学、传热传质学及电磁学等风电相关学科理论基础，结合适应不同耦合过程的有限单元法、有限体积法及有限公式法，首先确定符合直驱式风力发电机组运行特性的多物理场场路耦合计算方法，得到发电机内部流场、温度场及电磁场的双向迭代思路，寻找机组匹配特性对发电机输出特性的影响方式，确定风电机组多因素影响输出特性的研究路线；然后，基于该分析方法，为确定电流特性的影响因素及影响程度，进行PIV流场测试与输出特性采集实验，得到近尾迹流场矢量分布与电流特性动态变化规律，确定发电机多场耦合求解域的初始入流条

3、件及尾迹流场㶲流率，为后续多场耦合计算及整机㶲效率即输出效率计算提供基础；进而以尾迹流场测试矢量结果与不同工况转速测试结果作为数值模拟分析初始约束，进行永磁风力发电机内部流-热-磁三场场路耦合计算，得到内、外流速矢量分布，对流换热性能分布及受流、热两场制约的电磁特性动态变化特征、动态磁属性影响输出电流的规律；此外，构建风电系统㶲平衡模型，基于实验测试与数值模拟结果，分析风电机组㶲利用情况；最终利用多因素单目标优化法，探究了各本质因素对㶲效率及电流特性的影响程度，并归纳总结课题解决的关键问题，具体如下：其一，明确各类因素如何影响电流特性指标并分析其机理：针对不同结构发电机与不同翼型风轮

4、正交组合机组，开展电流特性研究，拟得到各影响因素对电流特性制约程度与幅度，如通过调整叶尖速比、来流风速、偏航角、翼型，以及改变永磁发电机的极对数、起动转矩、额定功率、槽型等设计参数及运行工况，分析谐波畸变率及三相不平衡度的动态变化。其二，确定各本质因素对㶲效率的主控能力：基于权重层次分析法，获取各因素对风电系统㶲效率的影响权重，并以㶲效率极大化为目标，通过改变机组各部分结构及运行参数，探究优化风电系统㶲效率的途径，最终提出切实可行方案。其三，获得风电系统㶲动态分布规律：通过改变相关变量分析其中不可避免㶲损特性，得到原始因素动态变化对㶲损率及㶲流率影响规律；通过计算考虑整机特性局限的改

5、进㶲利用系数，分析机组㶲效率。其四，电流特性与㶲效率的关联性：基于多场场路耦合计算结果、输出特性采集实验，得到电流特性与㶲利用情况，寻找二者共性诱因，结合电磁损耗判断二者关联机理。II内蒙古工业大学硕士学位论文关键词：小型风力发电机组；三场耦合；电流特性；㶲效率；权重分析III内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractThewindpowergenerationsystemcausestheproblemsofhighharmoniccontentoftheoutputcurrent,unbalanceofthree-phaseandlowefficiencyoftheunitdue

6、tothematchingcharacteristicsofthewindwheelandgenerator,thecurrentvectorcharacteristic,theloadcharacteristicoftheoutputendandtheinternalflowthermalmagneticthreefields.Theinfluenceofthemultifactorcouplingonthecurrentcharacteristicsofthepermanentmagnetwindturbinegeneratorsetiscarriedout.Research。B

7、asedonthetheoreticalbasisofwindandelectricityrelateddisciplines,suchascomputationalfluidmechanics,heatandmasstransferandelectromagnetism,combinedwiththefiniteelementmethod,finitevolumemethodandfiniteformulamethodadaptedtodifferent