双馈风力发电机转轴静强度及疲劳校核建模

双馈风力发电机组在进行低电压穿越时,电网电压突变以及变流器控制策略的突然变化,可能导致风力发电机转轴等部件机械寿命的缩短,甚至被严重损坏。对双馈风力发电机转轴进行静强度及疲劳校核前,需要进行电机转轴的三维建模,涉及模型网格的划分、初步结果分析及结果优化等重要内容。该建模是电机转轴静强度分析和疲劳校核的重要基础。     

双馈风力发电机转轴静强度及疲劳校核分析

对某型号双馈风力发电机转轴进行了静强度及疲劳校核分析。通过静应力分析,明确电机转轴的应力水平和分布状况,找出潜在的危险部位,分析转轴的疲劳强度;通过静强度校核,明确电机转轴在不同载荷工况下的设计裕量和安全系数,验证转轴是否满足发电机低电压穿越的要求;通过疲劳强度校核,给出转轴的疲劳安全系数;对转轴的不同结构工艺进行比较分析,找出最优的工艺结构;比较分析不同材料对转轴疲劳强度的影响,找出性价比最优的转轴材料。电机转轴静应力仿真分析流程和疲劳校核仿真分析方法为电机的科学合理设计提供理论依据。     

具有不同转子匝数的新型双馈风力发电机低电压穿越能力的瞬态性能分析

分析了转子绕组匝数可变的双馈风力发电机在电网电压跌落时的瞬态性能。该电机通过转子绕组的匝数变化,来抑制转子电流上升,实现低电压穿越。本文建立了基于Matlab/Simulink的仿真模型,分别对全电压跌落和部分电压跌落两种情况下的低电压穿越能力进行分析,并讨论匝数变化的参数n取值对于瞬态性能的影响。分析得出了不同电压跌落情况下,绕组匝数对电机性能影响均有所不同。最后,本文给出了7.5kW样机的测试结果,验证了该新型结构双馈风力发电机能够有效实现低电压穿越。     

电压暂降期间工业园区分布式风机转子电流动态响应及其灵敏度分析

工业园区配置分布式风机是优化园区电源结构、节能减排的重要措施。并网点电压暂降期间,工业园区的风机响应特性对园区电能质量呈负面影响。为提高风机低电压穿越能力,首先需定量揭示低电压过程中转子电流暂态特性及影响因素,找到影响低电压穿越能力的薄弱环节。在研究双馈感应发电机低电压过程中的暂态特性的基础上,建立双馈感应发电机暂态转子电流详细模型,将低电压穿越能力的影响因素按电机的结构参数和状态参数两类分别研究影响程度,通过轨迹灵敏度分析,定量揭示各因素的影响程度,为提高园区风力发电机低电压穿越能力提供理论支撑。     

双馈风力发电机低电压穿越转子动态过程分析

实现风力发电机组不间断运行的最关键问题是风电机组的低电压穿越能力,而双馈式风力发电机则为当今使用最广泛的变速恒频风力发电机之一,为了便于对双馈电机低电压穿越技术进行研究,根据双馈风力发电机的数学模型详细地分析了双馈发电机在电网电压跌落及电网电压在各种不同时刻恢复时的动态响应特性,计算出了电网电压跌落时转子侧电压的瞬时最大值与电压恢复时转子侧电压瞬间的最大值与最小值,并在此分析的基础上给出了相关的仿真波形,从而为低电压穿越保护电路的参数设计及控制策略提供了理论依据.     

电网对称故障时双馈感应发电机低电压穿越控制

分析电网对称故障时,双馈感应风力发电机定子磁链变化过程、导致定转子过电流的原因、电网故障发生具体时刻及故障程度对双馈感应发电机定转子的影响,提出一种双馈感应风力发电机转子侧变换器低电压穿越控制策略,改善了双馈感应发电机在电网故障时定、转子过电流的情况,实现了双馈感应发电机在电网对称故障时的低电压穿越.在理论分析基础上,建立双馈感应发电机转子侧变换器低电压穿越控制模型和3 kW双馈感应发电机励磁变换器低电压穿越控制实验系统.实验结果表明,所提出的双馈感应发电机低电压穿越控制策略动态响应快、方法行之有效.     

双馈风力发电机机端三相短路电流分析

为研究双馈风力发电机的低电压穿越问题以及风电场的继电保护问题,分析了双馈风力发电机在空载同步转速下机端发生三相短路时定、转子短路电流的近似表达式.在此基础上,从双馈风力发电机内部的电磁关系出发,分析了电压跌落程度、无功功率、转速等运行状态对双馈发电机短路电流的影响,并以0.85 MW双馈风力发电机直接接入电网为例进行仿真研究,其结果验证了双馈机机端发生三相短路时定、转子电流的暂态特性,由此也为研究双馈机低电压穿越能力及风电场继电保护问题提供了理论依据.     

双馈风力发电机三相短路电流分析

为了研究双馈风力发电机组的低电压穿越控制问题,分析了双馈风力发电机定子端三相短路时短路电流的产生机理,给出了双馈风力发电机在空载同步转速条件下的定转子短路电流的近似解析表达式.在此基础上,根据双馈风力发电机内部的电磁关系,分析了发电机故障前不同转速、输出有功功率及无功功率等运行状态对双馈发电机短路电流的影响.在理论分析的基础上,建立了3 MW双馈风力发电机的模型,对发电机定子端三相短路故障状态进行了仿真研究.仿真结果表明:通过定转子短路电流的近似解析表达式和发电机故障前的初始状态可以有效对双馈发电机短路电流进行定性分析,为进一步研究双馈风力发电机的低电压穿越能力提供了理论依据.     

转子导磁导电槽楔材料对汽轮发电机参数和转子表面损耗影响的研究

在电机定子或转子的槽楔上采用磁性槽楔材料,可以提高电机的效率。该文以150MW空冷汽轮发电机为例,提出了在发电机转子开口槽内嵌入一种高强度的导磁导电的Fe-Cu合金槽楔替代通常的铝合金或硬铝槽楔,通过建立该发电机二维电磁场数学模型,基于时步有限元法计算了发电机转子采用铝合金槽楔和导磁导电槽楔时转子表面损耗,研究了采用两种不同材料时转子表面附加损耗分布和定子铁心铁耗数值的变化,对比了两种不同槽楔时发电机的饱和电抗值。转子采用导磁导电的Fe-Cu合金槽楔,发电机的饱和同步电抗相对于铝合金槽楔对应的饱和同步电抗减小、短路比增加,发电机气隙内谐波含量降低。此外,采用Fe-Cu合金槽楔材料的强度要好于铝合金槽楔强度。     

电网对称故障下基于active crowbar双馈发电机控制

随着风力发电规模和风电机组单机容量不断增大,要求大型风电机组具有低电压穿越能力,因此需要研究三相对称故障下双馈风力发电机控制方法.在电网电压突然跌落时,由于双馈发电机中的电磁耦合关系,在定转子中感应出过电压过电流,为保护转子侧变换器,需要通过crowbar来短路双馈发电机的转子.针对传统的passive crowbar的不足,采用active crowbar电路的控制方法.当电网故障造成双馈发电机转子过流时,开启active crowbar电路来旁路转子侧变换器.当转子电流下降到一定程度时断开crowbar,转子侧变换器恢复工作,此时双馈电机可以向电网同时提供有功无功支持.理论分析的基础上进行了仿真研究.仿真结果证实了采用active crowbar可以有效地实现双馈风力发电机的低电压穿越.     

双馈风力发电低电压故障穿越控制策略研究

研究了一种双馈风力发电低电压故障穿越控制策略。分析了电网故障时风力发电机的暂态电磁关系和转子的过电流原因。在不改变系统硬件结构情况下,通过对双馈电机转子的励磁控制策略来实现低电压故障穿越控制。建立了双馈风力发电低电压故障穿越控制的数学模型,在电网对称故障和非对称故障条件下,对双馈风力发电低电压故障穿越进行了仿真研究,介绍了仿真结果。     

基于磁链追踪的双馈风力发电系统低电压穿越控制

根据当今世界对风能转换系统提出的必须具有低电压穿越能力的要求,研究了电网跌落对双馈风力发电机的影响。在电网跌落时双馈风力发电机运行特点的基础上,分析并提出了一种基于磁链追踪的双馈风力发电系统低电压穿越控制策略,有效地抑制了双馈风力发电机定、转子过电流,保证了变流器的安全运行,实现了双馈风力发电机在电网跌落时的低电压穿越。依据理论分析,建立了双馈风力发电机磁链追踪控制模型,并通过MATLAB/SIMULINK平台进行仿真研究,仿真结果证实了所提控制策略的可行性和有效性。     

基于ANSYS的永磁风力发电机转子强度分析与结构优化

以2.75 MW永磁风力发电机转子结构为例,介绍了基于ANSYS有限元参数化建模和接触非线性分析技术的转子强度分析方法,得出了转子冲片的应力分布情况,并对结构进行了优化.最终使转子的机械强度能够满足许用应力的要求,确保了电机的能安全稳定运行.此分析求解过程也为类似的接触有限元分析和结构优化提供了参考.     

专利快讯

正专利名称:一种具有低电压穿越性能的永磁直驱同步风力发电机专利申请号:CN201520978798.7公开号:CN205377308U申请日:2015.12.01公开日:2016.07.06申请人:广西电网有限责任公司电力科学研究院本实用新型提供一种具有低电压穿越性能的永磁直驱同步风力发电机,其特征在于,永磁直驱同步风力发电机包括风力机、永磁发电机、电机侧变流器、直流电容、电网侧变流器、变压器及控制系统,所述风力机与所述永磁直驱同步发电机的转子相连,所述永磁直驱同步发电机的     

电压跌落至不同程度时双馈风力发电机内部电磁场分析

随着风电规模的日趋庞大和低电压穿越技术的日趋成熟,人们迫切需要知道电机内部在低电压穿越工况下的电磁场变化,为电机的故障诊断提供依据。求出了双馈风力发电机在电网电压跌落至不同程度时的电机内部的电磁场,并在此基础上分析了电机内部电磁场的不同和变化趋势,为分析风机的早期故障诊断及其演化趋势做基础工作。     

发电机变更对双馈风电机组低电压穿越能力的影响研究

为了研究相同容量不同型号的发电机对双馈风力发电机组低电压穿越能力的影响,文章以实际运行的1.5 MW某型号风力发电机组为基础,通过对低电压穿越前后的稳态和暂态运行过程进行理论分析,论证了更换发电机的可行性,并对发电机更换导致的参数变化对机组低电压穿越能力的影响展开了定量研究。建立经过第三方认证的机组Matlab/Simulink数学模型后,将两种型号的发电机等效电路参数送入模型进行仿真,取得反映机组运行状态的主要技术指标。通过对比分析,明确了发电机变更对机组低电压穿越能力影响的定性结论,为工程实际提供了理论指导,也为目前风力发电机组低电压穿越能力检测方法的改进工作提供了思路。     

2.1MW高速永磁风力发电机的研究

常规的风力发电机主要包含双馈异步风力发电机、永磁半直驱风力发电机和永磁直驱风力发电机,上述机型分别具有噪声较大、机械磨损程度高、发电系统复杂、有齿轮箱故障率较高,低电压穿越能力较低,转速较低导致极对数多、体积大、磁钢用量大、价格昂贵等缺点,为了解决上述电机的问题,设计出采用冲片结构的2.1 MW高速永磁风力发电机,通过电磁分析和机械应力分析,该电机各方面符合工业生产要求,最后通过样机的实验结果,验证该样机符合设计的要求。     

具有磁性和非磁性槽楔的汽轮发电机转子槽分度的计算与分析

为了研究汽轮发电机转子不同槽分度对电机电磁场的影响,以150 WM空冷汽轮发电机为例,建立了汽轮发电机的二维数学模型和物理模型。采用二维有限元方法,计算了转子带有非磁性槽楔和磁性槽楔时不同槽分度下的电磁场及发电机的饱和电抗值,并在此基础上研究了不同槽分度情况下非磁性和磁性材料的3种转子槽楔对发电机定、转子损耗的影响。计算结果表明,转子采用弱磁性槽楔和导磁导电的Fe-Cu合金槽楔后,发电机的饱和同步电抗相对于铝合金槽楔对应的饱和同步电抗减小,同时可以有效减小气隙磁密中的谐波含量,降低表面损耗。计算结果为发电机转子磁性槽楔和槽分度的选择设计提供了理论依据。     

采用新型动态撬棒的DFIG低高电压连锁故障穿越技术研究

针对传统撬棒电路(采用固定电阻)在解决双馈风力发电机(DFIG)低高电压连锁故障穿越时,难以兼顾发电机转子侧电流和直流母线电压的抑制问题,采用电机电磁暂态分析的方法,找出了双馈风力发电机转子电流、电压与撬棒电阻的关系,提出一种撬棒电阻动态自适应的控制方法。该方法适用于低电压、高电压及低高电压连锁故障,解决了电网故障穿越时无法同时抑制转子电流和母线电压的波动问题。采用理论分析和仿真实验,证明该方法在电压跌落故障、电压骤升故障以及低高压连锁故障下能够有效地抑制转子电流和直流母线电压的波动,提高了系统的故障穿越能力。     

电网电压跌落下双馈风力发电系统强励控制

为增强电网故障下双馈风力发电系统(DFIG)的低电压穿越(LVRT)运行能力,提出一种DFIG转子侧变换器(RSC)强励控制策略。在基于定子磁链定向的矢量控制策略中增加多频比例谐振控制器(MFPR),当电网故障造成发电机定子电压跌落时,多频比例谐振控制器能够对转子侧变换器(RSC)的输出励磁电压进行补偿,抑制转子故障电流,实现DFIG的低电压穿越运行。分析了转子电压等级与DFIG的低电压穿越运行区间的关系,为DFIG转子侧变换器的电压等级设计标准提供了参考依据。控制系统结构简单,保证了系统的响应速度,可同时对电网对称跌落和不对称跌落产生的故障电流进行抑制。通过对1.5 MW双馈风力发电机组进行仿真研究,验证了理论分析的正确性和所提控制策略的可行性。