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《基于永磁双转子电机调速的新型风力发电系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第３８卷第１５期Vol．３８No．１５２０１４年８月１０日Aug．１０,２０１４DOI:１０．７５００/AEPS２０１３０６２４０１５基于永磁双转子电机调速的新型风力发电系统设计付兰芳１,２,孙鹤旭１,王华君１,刘斌１,潘雷１(１．河北工业大学控制科学与工程学院,天津市３００１３０;２．军事交通学院基础部,天津市３００１６１)摘要:提出一种新型风力发电系统,风力机与发电机之间采用永磁双转子电机调速,与电网连接的最后一级采用常规同步发电机,它克服了双馈和直驱风力发电系统的缺点,具有常规同步发电机的电能质量和优秀的并网能力.永磁双转子调速电机具有双机械端口、单电气
2、端口,从而可以实现电能和机械能的同时传递与调节.详细介绍了永磁双转子电机的工作原理,依据永磁电机的基本电磁关系,推导并建立了双转子电机的数学模型.根据在风力发电系统中风力机的工作状态,提出了双转子电机的控制策略.仿真和试验结果表明了理论分析的正确性和设计的可行性.关键词:风力发电;永磁同步电机;双转子电机;调速装置;数学模型０引言１永磁双转子调速电机中国于２０１１年已经成为了世界风电装机容量１．１调速原理的第一大国.科技部“十二五”规划中特别强调了创新型同步风力发电系统结构如图１所示.主要新,唯有创新才能使中国成为风电强国.在风电领由风力机、齿轮箱、调速装置(
3、含变频器)和同步发电域,双馈和直驱两种机型占据了市场的主要份额,但机组成.由此可以看出,调速装置是其关键技术,本是无论是双馈还是直驱机型都具有并网能力差的缺文采用的永磁双转子调速电机如图２所示,新型永点,针对此,近年来出现了调速型风力发电机组的新磁双转子电机根据电磁力的作用力与反作用力以及理念,即在风力机和发电机之间通过调速装置将变电机磁场作用原理构成.化的风速调节为恒定速度,驱动一台同步发电机,用[１]以获得恒频电能的输出.最早提出这种驱动概念的是Dewind公司,所应用的调速装置称为Windriver,一种液力耦合调速装置,即行星齿轮与液力调矩器的组合,已
4、有量产装图１新型同步风力发电系统结构框图[２Ｇ３]Fig．１Structurediagramofanovelsynchronous机.在国内相关研究中,清华大学采用电磁耦合windpowergenerationsystem器进行调速,东南大学采用电无极调速器进行调[４Ｇ５]速.新型同步风力发电机组最主要的特征和优点首先是同步发电机直接并网发电,由于系统连接电网的最后一级是与常规电站类似的同步发电机,故该机组具有常规电站类似的电能质量和并网特征,在应对电网故障和无功调节等方面比直驱和双馈风力发电具有明显的优势;其次,该机组不需要直驱风力发电的全功率变流装置,只需
5、小容量变频器驱动双转子电机;同时,由于在齿轮箱与发电机间增加双转图２永磁双转子调速电机子电机,可有效隔离发电机故障对齿轮箱的冲击破Fig．２PermanentmagnetdoubleＧrotor坏;本文采用永磁双转子调速电机来实现调速,无转adjustableＧspeedmotor差率,在调速性能、体积重量等方面也更具优势.众所周知,力是以作用力和反作用力成对出现的.传统的同步电机定子固定,通以三相交流电,产收稿日期:２０１３Ｇ０６Ｇ２４;修回日期:２０１４Ｇ０３Ｇ０１.生旋转磁场,与永磁转子磁场相互作用,产生电磁—２５—２０１４,３８(１５)力,驱动电机转子
6、旋转;但同时驱动转子的电磁力也式(５)—式(８)所示,转矩方程如式(９)所示,运动方具有反作用力,作用在定子上,但定子固定,如果定程如式(１０)、式(１１)所示,值得注意的是,内转子绕子是自由的,则会在反作用力的作用下反向旋转.组的旋转电压应为差速函数.将传统的同步电机的定子释放,即定子不再固定,则dψdusd＝Risd＋－p(nr１－nr２)ψq(５)电机就有两个能动元件,转子和定子都能旋转,转速dt则由各自所带的负载决定.当由外力克服定子的电dψdusq＝Risq＋＋p(nr１－nr２)ψd(６)磁力,定子静止时,即为普通的单自由度电机,转子dt随旋转磁场
7、旋转.但当外力不仅克服了电磁力,且ψd＝Ldisd＋ψf(７)也克服了定子的旋转阻力,可使得定子按照一定速ψq＝Lqisq(８)度与转子同向旋转,则就构成了机电混合双输入的Tem＝１．５p(ψdisq－ψqisd)＝１．５pψfisq＋双转子电机.根据电机学电磁场相对静止时才能进(Ld－Lq)isdisq(９)行能量交换的规律,可以得到电机的转速公式如下:dnr１１＝(Tem－F１nr１－TL)(１０)nr１＝nr２＋n０(１)dtJ１式中:nr１为永磁双转子电机外转子的转速,即输出dnr２１＝(Tm１－F２nr２－Tem)(１１)轴转速;n０为绕组上电流所形
8、成的旋转磁场速度;dtJ２nr２为绕组
