新型高压直驱永磁风力发电机的设计研究

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1、硕士研究生学位论文新疆大学论文题目(中文)：新型高压直驱永磁风力发电机的设计研究论文题目(外文)：TheresearchanddesignofaNewtypedirect-drivepermanentmagnetwindturbinewithhighvoltage研究生姓名：张婷婷学科、专业：电气工程研究方向：电力系统及其自动化导师姓名职称：张新燕教授论文答辩日期2015年月日学位授予日期2015年月日新疆大学硕士学位论文摘要传统风力发电机额定输出电压低，约690V左右，每台风力发电机发出的交流电都需经过一台升压变压器升压后才能并入电网，系统的结

2、构复杂。随着绝缘材料技术的不断进步，实现高压发电使发电机与电网直连将成为风力发电机发展的未来趋势。本文主要以新型直驱永磁风力发电机为研究对象，在Powerformer、Windformer和传统永磁风力发电机设计原理的基础上，结合我国绝缘材料发展现状及输电、配电网电压等级实际情况，采用交联聚乙烯高压电缆作为定子绕组，改造传统永磁风力发电机内部结构，增加绕组匝数，使其输出电压得到提高，从而设计研究适用于我国电力市场的、不用升压变压器可直接并网的新型高压永磁风力发电机。首先对1.5MW/10.5kV内转子新型高压直驱永磁风力发电机的主要结构尺寸进行初

3、步设计，使用Ansoft电磁仿真软件中的Rmxprt路算模块对设计发电机进行参数化建模与电磁计算，得到基于等效电路、磁路法的发电机主要部件电磁计算数值以及部分运行特性曲线，判断仿真结果是否与预测结果相符，若不符合继续调整参数，不断优化，寻找相同条件下的最佳方案。其次对最终得到的设计方案进行更细致的电磁计算，得到高压永磁风力发电机主要部件磁通密度的具体数值以及发电机主要属性参数，再一次判断发电机设计是否满足永磁同步发电机设计的常规技术要求，进一步优化设计。最后在AnsoftMaxwelll环境下建立发电机模型，并对发电机各个工况下的电磁场进行基于有

4、限元法的电磁计算，包括静态空载、额定负载、不对称短路故障工况下的仿真分析，对发电机永磁体在出线端突然三相短路时受冲击电流影响的局部失磁情况进行仿真，以及求解发电机独立负载瞬态电磁场，对比Powerformer电磁场分布，验证设计方案可行性。电磁计算结果与Ansoft有限元仿真结果均表明，该高压直驱永磁风力发电机电磁设计方案能够满足设计要求，设计方案可行。关键词：永磁风力发电机;高压发电;XLPE电缆;Ansoft软件;电磁场分析I新疆大学硕士学位论文AbstractThetraditionalwindturbineratedoutputvolta

5、geislow,about690Vorso,sendeachwinddrivengeneratorACaresubjecttoastep-uptransformerintothepowergrid,thestructureofcomplexsystem.Withthecontinuousprogressoftechnologytoachievehighvoltageinsulationmaterial,powergenerationandgridconnectedwindturbineswillbecomethefuturetrendofdeve

6、lopment.Thispapermainlytothenewtypeofdirectdrivepermanentmagnetwindturbinegeneratorastheresearchobject,basedonthedesignprincipleofPowerformer,Windformerandtheconventionalpermanentmagnetwindgenerator,combinedwithChina'sinsulationmaterialdevelopmentstatusandtransmission,thevolt

7、agelevelofdistributionnetworkactualsituation,usingXLPEcableisusedasstatorwindings,thetransformationoftraditionalpermanentmagnetwindgeneratorinternalstructure,increasethewindingturns,theoutputvoltageisimproved,newtypehighpressuresoastodesignandresearchforpowermarketinChina,not

8、astep-uptransformercanbedirectlyconnectedtothepermanentmagnetwindtur