兆瓦级直驱永磁风力发电机设计与动态仿真-论文.pdf

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1、计新议持电棚2014年第42卷第6章期君达，等～⋯，露⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一⋯⋯⋯·一⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一⋯⋯⋯⋯·⋯⋯⋯-一-⋯⋯⋯c，‘兆瓦级直驱永磁风力发电机设计与动态仿真章君达，崔巍(1．上海大学，上海200072；2．中国电子科技集团公司第二十一研究所，上海200233)摘要：利用二维静磁场有限元法分析设计兆瓦级直驱式永磁风力发电机，利用MATLAB／SIMULINK构建永磁同步发电机系统仿真模型，机侧变流器采用SVPWM可控整流方式。仿真结果表明所设计的发电机能够在额定转速下输出额定功率，交流电流波形正弦，证明该方法的有效性和正确性。关键词

2、：有限元法；直驱式；永磁风力发电机；可控整流；空间矢量脉宽调制中图分类号：TM315文献标志码：A文章编号：1004—7018(2014)06—0028—03DesignandSimulationofMegawattPermanentMagnetDirect-DriveWindGeneratorsZHANGJun一．CU／Wei(1．ShanghaiUniversity，Shanghai200072，China；2．No．21ResearchInstituteofCETC，Shanghai200233，China)Abstract：Themagnetic

3、fieldandperformanceofmegawattdirect-drivepermanentmagnetgenerator(DDPMG)forwindpowersystemswereanalysedbytwodimensionalfiniteelementmethod．TheDDPMGwindpowersystemsimulationmodelwasbuilt．Theeonve~er0nmachinesidewascontrolledwithSVPWMtactics．Thesimulationresultsshowthatthemachineca

4、nruninratedpoweroutputatratedspeed．AndsinusoidalACcurrentwaveformprovesthevalidityandcorect—nessofthismethod．Keywords：finiteelementmethod；direct-drive；permanentmagnetwindgenerator；controlledrectfier；SVPWM所以，在本体设计阶段，首先要关注感应电动势的大0引言小和波形品质，并尽可能降低齿槽定位转矩。在此直驱式永磁风力发电机系统省去了变速齿轮箱基础上，通过先进

5、的控制方法实现电流正弦。感应和滑环，采用全功率变流器，提高了系统的安全性、电动势通过磁链求得获得，槽内导体磁链：风能利用率和电能输出质量，已成为大型并网型风=l+fNfAds(1)力发电机组发展的主流方向¨。双PWM全功率变流器有利于获得优良控制性能，是目前直驱式风电式中：为槽导体磁链；lef为铁心有效长度；N为槽系统理想选择J。永磁风力发电机设计需借助有内导体数；S为槽内导体所在面积；A为矢量磁位。限元磁场分析手段，但是，有限元时步法动态模拟整计算随转子位置变化的绕组磁链，利用曲线拟合得个直驱式风电系统难度很大。本文采用二维静磁场到磁链解析表达式，对其

6、求导即得感应电动势。电有限元分析方法完成兆瓦级直驱永磁风力发电机的磁转矩和齿槽定位转矩可由麦克斯韦张量法计算：电磁设计，然后将有关设计参数代人发电机数学模T：Lef广rzBB。d0(2)J0型，利用MATLAB／Simulink进行空间矢量脉宽调制u可控整流仿真，以验证电机设计的合理，为系统运式中：r为气隙内线积分圆周半径；B，B分别为气行性能的预测提供理论依据。隙磁密径向和切向分量。本文设计的永磁风力发电机额定功率2MW，1直驱式永磁风力发电机本体设计额定电压690V，额定转速20r／min，定子外径不大为了适应低速大转矩的运行要求，直驱式永磁于4．5

7、ITI。电机结构或电气参数的改变都会影响电同步风力发电机通常采用多极表贴式永磁转子结机性能，设计中需综合考虑。二维静磁场有限元法构，定子采用三相分数槽绕组。感应电动势和电磁可以获得较精确的计算结果，由于花时不长，几何参转矩是电机的两个重要运行参数。通常，电机感应数调整比较方便。经有限元法多方案设计比较，最电动势正弦、电流正弦即能产生平稳的电磁转矩。终确定定子外径4．33in，铁心长度1．28in，极对数35，定子槽数252。感应电动势波形如图1所示，图28收稿日期中可见，电势波形正弦度较好，其谐波含量分析如表：2014一o3—19触持电棚20l4年第42

8、卷第6期计

9、i斤．⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-⋯⋯⋯·一⋯⋯·⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯