提高年循环效率的永磁同步发电机-齿轮传动系统机电协同设计

为实现永磁同步风力发电机组轻量化、高年循环效率的设计目标，提出了一种永磁同步发电机-齿轮传动系统机电协同参数优化设计方法。首先建立风轮计算模型，以风电场实测的年风速工况作为风力发电机组的运行工况。接着建立齿轮传动系统的损耗模型，并基于有限元建立永磁同步发电机饱和磁链模型、转矩模型和损耗模型。在此基础上，为最大限度地发挥各参数下发电机组的效率潜力，采用非线性效率最优电流分配策略对发电机的控制电流进行优化。最后在发电机电磁约束、齿轮几何和强度约束、连续传动约束条件下，以发电机和齿轮的参数作为优化变量，以永磁同步发电机-齿轮传动系统的总质量和年循环风速工况下的总损耗作为目标函数，利用NSGA-Ⅱ算法对目标函数进行优化。该过程优化中嵌套优化，整个过程通过脚本自动化运行，最大程度地降低了系统的损耗和质量，减少了时间成本。基于上述方法对8 MW永磁同步发电机-齿轮传动系统进行优化，优化后系统总质量降低了40.2%，系统年循环损耗减少了461 562.53 kW·h，表明该方法有效地降低了系统的质量且提高了年循环效率。