不同整流系统对直驱永磁风力发电机的性能影响及选型评估

在设计兆瓦级永磁直驱风力发电机组时,为降低整个机舱的重量,必须使多极永磁同步发电机具有较高的功率密度,这就需要其具有较高的电感值。因此,发电机出口侧整流器类型的选择对发电机的功率、效率,以及风力发电机组的产能具有非常大的影响。对电机模型及常用的变流系统控制策略进行了介绍;再以金风科技股份有限公司1 200 kW直驱永磁同步发电机为实例,对不同整流系统下,电机磁链、电流、功率等参数的特性曲线进行了理论分析及对比说明,详细阐述了二极管整流、串联电容补偿二极管整流、并联电容补偿二极管整流及晶体管主动整流这四种整流系统对发电机运行性能的影响;最后,针对不同整流系统的控制策略及其电机的设计特点对四种整流系统的选型方案进行了综合评估。     

PWM整流器控制下电感参数对永磁同步发电机性能的影响

交流永磁同步发电机(PMSG)与PWM整流器构成的永磁可控发电系统具有体积小、效率高,单位功率因数高,控制灵活等特点,在车辆电传动,新能源发电等领域具有广泛的应用前景。在该系统中永磁发电机的电感参数对系统性能有极其重要的影响,故本文从永磁同步发电机磁场定向原理出发,系统地分析了发电机电感参数对系统稳态性能和电流谐波的影响,为该系统的设计提供理论依据。     

直驱永磁同步风力发电机单位功率因数控制

针对采用传统矢量控制的直驱永磁同步风力发电机存在电机运行功率因数降低的问题,提出一种适用于采用双脉宽调制变换器并网的永磁同步发电机单位功率因数运行控制策略.所提方案在实现永磁直驱风电系统最大风能捕获控制的基础上,通过控制电机侧变换器使电机d轴控制电压为零来实现永磁同步发电机的单位功率因数运行控制.系统仿真和实验结果表明:采用所提运行控制策略可有效实现永磁同步发电机的单位功率因数运行,有助于减小电机侧变换器的运行容量,同时该发电系统可实现最大风能跟踪控制、并网有功和无功功率独立控制以及变速恒频发电运行.     

六相永磁同步发电机整流系统的数学模型

建立了六相整流永磁同步发电机系统的多回路—有限元结合的数学模型。该模型不仅可以考虑磁路饱和及永磁体工作点的变化的影响,也可准确反映整流桥的各种工作状态及换流过程。利用该数学模型对一台六相永磁样机系统的定子绕组和直流负载侧电压、电流等电气量进行仿真计算,可分析六相可控整流永磁同步发电机系统的运行性能。     

永磁直驱机组的模拟风力机系统设计的几个关键问题

为了保证被测的永磁直驱型风电系统实现最大风能跟踪和全功率发电,指出了背靠背变流器、永磁同步发电机、感应电机、变频器、以及风力机机械特性模拟器等各环节的设计要点。通过理论与实例分析指出,背靠背变流器直流母线电压以及永磁同步发电机定子电流约束使永磁同步电机在一定转速下输出功率存在上限。模拟风力机械特性模拟器的参数设计应保证风力机在整个运行范围内,始终位于永磁同步电机最大出力曲线的下方。为此,给出了风力机机械特性模拟器参数的设计方法并最后通过设计实例验证了设计的可行性。     

小型并网运行的单相永磁同步发电机的设计

单相永磁同步发电机在民用发电系统中有一定的应用,然而单相电机的理论和工程应用主要集中在单相异步电动机。本文设计了并网运行的10KW单相永磁同步发电机,首先根据电磁负荷确定基本尺寸,应用磁路法对转子永磁体进行了设计,根据电机的相量图分析了移相电容的选取,对电机的两相绕组和谐波抑制进行分析设计,分析了斜槽对减小电压波形畸变率和负载转矩脉动的作用,最后通过场路耦合有限元方法计算了样机的运行特性。     

不同工况下永磁同步风力发电机饱和同步电抗的计算与分析

以一台400W永磁同步风力系统所用发电机为例,给出了不同工况下电机内电磁场的求解方法,计算了永磁体嵌入转子表面结构的永磁同步发电机的饱和同步电抗值,在此基础上进一步分析了不同运行工况下永磁同步风力发电机同步电抗参数的变化规律,并进行了相应的实验验证,可为控制系统的设计及风力发电机运行性能的进一步研究提供参考。     

电机参数对永磁同步发电机电流谐波的影响

永磁同步发电机(PMSG)以其结构简单,体积小,效率高,功率密度大和运行可靠等诸多显著优点在新能源发电和电力驱动领域得到了快速地推广和应用。永磁同步发电机输出电流的谐波含量受到定转子间的有效气隙长度,定子槽口宽度及永磁体磁化方向厚度等电机设计参数的影响。本文首先建立了上述参数与电感的数学关系式,然后利用Ansys软件建立了表贴式和内置式两种转子类型的电机有限元模型,并在上述基础上分析了电机不同转子结构、气隙长度、定子槽口宽度和永磁体厚度对电感参数的影响进而结合仿真分析了上述电机参数对永磁同步电机电流谐波的影响。     

基于Halbach阵列的永磁风力发电机的设计与优化

为提高电机气隙磁密的正弦度以提升电机的性能,将Halbach阵列应用于直驱式外转子永磁同步风力发电机。设计了一台1.2MW直驱式永磁同步风力发电机,通过有限元法对比分析了不同Halbach充磁阵列和传统径向充磁阵列电机的气隙磁密及感应电势波形,仿真结果显示45度Halbach永磁阵列永磁电机的气隙磁密波形和感应电势波形的正弦度最高且谐波含量最低,发电效果最佳。针对45度Halbach阵列永磁同步风力发电机进行了温度场仿真,结果表明,电机不存在局部过热情况,设计的Halbach阵列永磁同步风力发电机能够稳定运行。     

航空高压直流电源系统多相电机的容错控制

根据航空高压直流供电系统中270V的供电要求以及飞机对安全性要求的特殊性,研究了当多相发电机出现故障时整流系统的容错控制策略,以双Y移30°永磁同步发电机的一相开路为例,采用一种基于定子幅值最小的容错控制方法对电机进行电流优化,并利用滞环PWM电流控制技术对整流系统进行控制,保证一相开路后的双Y移30°永磁同步发电机整流系统在负载变化和电机的转速发生突变的情况下保证输出的直流电压迅速恢复到270 V并保持恒定。通过在Simulink上建立发电整流系统的仿真模型,得出的仿真结果证明了方法的可行性。     

双电压航空永磁同步发电机设计研究

利用磁路计算法设计了一台双电压航空永磁同步发电机,电机指标达到设计要求。并利用有限元法分析了发电机在稳态、动态输入及动态输出等不同工况下电机电压及电流的变化情况。研究对于提高双电压航空永磁同步发电机设计水平,掌握双电压航空永磁同步发电机的运行特性有着重要的意义。     

微燃机用高速永磁同步起动发电机驱动控制策略研究

针对单轴微型燃气轮机发电系统的启动、发电和停机过程,对微燃机用高速永磁同步起动发电机的驱动控制策略进行了研究.在整个运行过程中,高速永磁同步起动发电机控制系统由转速外环和电流内环构成,采用基于转子磁场定向的矢量控制来控制电机的转速和电磁转矩.在电动运行时,起动发电机拖动微型燃气轮机完成启动和冷却停机;在发电运行时,通过控制起动发电机的电磁转矩调节微型燃气轮机的转速,使之在最佳功率-转速点运行.利用建立的系统试验平台,对提出的控制策略进行了试验验证,结果表明:高速永磁同步起动发电机在整个运行过程中转速控制平稳,响应快速,能够满足微型燃气轮机发电系统的需求,且保证了微型燃气轮机发电系统变工况调节的灵活性.     

兆瓦级直驱永磁风力发电机设计与动态仿真

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。     

永磁发电机五相半波可控整流稳压器的研制

永磁发电机五相半波可控整流稳压器集稳压、整流于一体,电能消耗少,发电效率高,输出电压稳定的直流电,解决了汽车用永磁发电机在宽转速、宽负载范围内输出电压不稳定的问题.     

兆瓦级永磁直驱风力发电机组变流技术

当前主流的风力发电系统采用"双馈电机 双PWM变流器"的变流技术,但存在效率低、控制复杂的问题。采用六相低速永磁同步发电机代替双馈发电机,变流器采用"不控整流 升压斩波 SPWM逆变"变流技术。六相不可控的二极管整流器对低速永磁发电机发出的交流电进行12脉波整流,这种不可控的整流方式增加了系统可靠性,简化了控制系统;采用升压斩波电路进行升压,以降低系统对电机输出电压的限制,拓宽风机的工作范围,同时将2个升压斩波电路并联,以降低单个电抗器和IGBT器件通过的电流;逆变器采用2个三相桥式PWM逆变器并联方式,在最佳风能捕获(MPPT)算法和逆变器数学模型的基础上,采用直接电流控制对逆变器进行输出控制。用PSIM软件进行了建模和仿真,仿真结果证实设计的正确性。     

并列转子混合励磁同步发电机的运行模态分析

为了解决永磁同步发电机气隙磁场调节困难的问题,研究一种新型混合励磁同步电机,描述它的结构及工作原理。借助电枢反应理论,分析不同励磁电流情况下并列转子混合励磁同步发电机中永磁同步发电机和电励磁同步发电机各自的工作情况,对电机运行过程中存在的3种运行模态(双发电模态、单发电模态和发电–电动模态)进行分析,并探讨了电机3种工作模态的边界线,实验验证了理论分析的正确性。     

单相双半波可控整流稳压器的研制

与永磁发电机配套使用的单相双半波可控整流稳压器集稳压、整流于一体,电能消耗少,发电效率高,输出电压稳定的直流电,解决了车辆用永磁发电机在宽转速、宽负载范围内输出电压保持稳定的问题。     

单相双半波可控整流稳压发电装置的研究

采用高磁性永磁材料和对发电装置的优化设计，研发出单相双半波可控整流稳压式电子稳压器，提高了低转速时的输出电压。主电路利用两只可控硅实现稳压直流输出，取代了硅整流发电机的6只整流管组成的整流桥和电子调节器，集稳压、整流于一体，电能消耗少，发电效率高，解决了汽车用永磁发电机在变转速变负载工况下输出电压保持稳定的问题。     

高速永磁同步发电机设计与分析

介绍了高转速、高功率密度永磁同步发电机的关键技术及设计特点,采用场路耦合法设计了一台额定转速100 000 r/min、额定功率1 k W、功率密度3.73 k W/kg的永磁同步发电机,建立了二维电磁场仿真模型,仿真计算了电机的空载反电动势及整流后的直流电压、负载工况下的输出电流和电压等电磁性能,计算了电机定子铁耗、铜耗,转子的涡流损耗。计算结果表明,高速永磁发电机设计合理,输出功率、电压、电流达到了设计要求。     

永磁同步发电系统非线性内模控制

为了进一步增强永磁同步发电系统发电运行的稳定性,要求控制策略对发电机参数变化及各种不确定干扰具有较强的鲁棒抑制能力。结合非线性反馈线性化技术和内模控制技术,提出一种新型永磁同步发电机(permanent magnetsynchronous generator,PMSG)控制策略。该控制策略以PMSG定子静止坐标系中数学模型为内模,采用一阶低通滤波器将实际电机与内模二输出之差动态系统扩张成一个新型非线性误差系统。基于该扩张系统,根据输入–输出反馈线性化理论推导出定子电压矢量给定。实验结果表明,采用所提控制策略的发电系统具有理想的电磁转矩和定子磁链幅值跟踪性能;对发电机参数变化及负载扰动具有强的鲁棒抑制能力;直流输出电压控制迅速而平稳,系统运行噪音小。