笼型无刷双馈风力发电机有限元分析与仿真

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1、第32卷第3期计算机仿真2015年3月文章编号：1006—9348(2015)03—0127—05笼型无刷双馈风力发电机有限元分析与仿真王旭东。刘广忱(内蒙古工业大学电力学院，内蒙古呼和浩特010080)摘要：在变速恒频风力发电系统的研究中，无刷双馈电机是一种新型变频调速感应电机。在风力发电方面具有广阔的应用前景。在分析笼型无刷双馈电机工作原理和电磁关系基础上。采用交叉短距式定子绕组抑制高次谐波，运用有限元分析方法详细阐述其电磁设计方法。建立双旋转坐标系无刷双馈电机的数学模型，并对其在各种工况下的性能进行仿真研究

2、。结果表明无刷双馈电机具有良好的动、静态运行特性，证明了无刷双馈电机设计与仿真模型的正确性和可行性，为深入研究无刷双馈风力发电系统奠定了理论基础。关键词：无刷双馈电机；风力发电；有限元分析；双旋转坐标系中圈分类号：TM302；TM315文献标识码：BFiniteElementAnalysisandSimulationofWindTurbineGeneratorwithSquirrel-cageBrushlessDoubly-FedWANGXu-dong，LIUGuang-chen(CollegeofElectri

3、cPower，InnerMongoliaUniversityofTechnology，HohhotInnerMongolia010080，China)ABSTRACT：Brushlessdoubly—fedmachine(BDFM)isanewkindofACinductionmotorwithvariable-frequencyandregulatingspeed，andithasbroadprospectsinwindpowergenerationsystem．Basedontheanalysisofprin

4、cipleandelectromagneticrelationshipofBDFM，theapproachtodecreasehigherharmonicWaspresentedbyusingCroSS—short-pitchstatorwinding．ThemathematicalmodelofBDFMWasestablishedbasedondualrotatingcoordinatesys-tem，andthesimulationroseal℃hofBDFMWascarriedoutundervarious

5、workingconditions．ThesimulationresultsshowthattheBDFMhasgooddynamicandstaticperformances．Therefore，thesimulationmodelofBDFMiscorrectandfeasible．Thus，itlaysafoundationforfurtherpracticabilitystudyofthebrushlessdoubly—fedwindturbinegener-ationsystem．KEYWORDS：Br

6、ushlessdoubly-fedmachine；Windpowergeneration；Finiteelementanalysis；Dualrotatingcoordi—natesystem1引言风能作为一种清洁、可再生的能源在新能源中异军突起。我国风能资源丰富，风力发电的研究和应用将是我国电力发展的一个重要部分⋯。未来的风力发电系统将以变速恒频风力发电系统为主要发展方向。通过对几种变速恒频风力发电系统的对比可知【2]，无刷双馈风力发电系统具有明显优势：1)通过变频器的功率仅占电动机总功率的一小部分，可以大大降

7、低变频器的容量，从而降低风电系统的成本；2)运行性能类似于同步机，具有可调的功率因数和优良的四象限运行能力；3)取消了电刷和滑环，提高了系统运行的可靠性；4)可实现自起动、基金项目：内蒙古工业大学科学研究项目基金资助(ZS201038)收稿日期：2014—05—05异步同步和双馈等多种运行方式，既有良好的起动特性，又有优良的运行性能。2无刷双馈电机的结构与原理无刷双馈电机(BDFM)的定子绕组由两套极对数不同的对称三相绕组构成，P。和P。分别为功率绕组和控制绕组的极对数，通常Pp≠P。。功率绕组直接接人工频电源∽

8、)，控制绕组则接入变频电源∽)，如图1所示。通过对BDFM的磁动势和数学公式推导可知，BDFM稳态运行时，其转速与两套绕组的电源频率和极对数有关，其转速表达式为¨1n：竺监堑!(1)n=一～l，po+Pe式中：n一转速以一功率绕组的频率坑一控制绕组的频率。一127—图1无刷双馈电机原理图前取正表示功率绕组和控制绕组电流相序相同，即功率绕组与控制绕组产生同转向的基波磁势，此