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小型风力发电并网系统的高电感电机的设计和控制

黄荣赓  
【摘要】: 在全球风力发电高速发展的同时,小型风力发电的市场份额正在以每年大约35%的速度增长。在现有的小型风力发电市场中,由于小型离网风力发电需采用蓄电池,导致成本和维护费用高,因此其推广应用面临着很大挑战,尤其是在电网覆盖的广大地区;而低成本高效节能的小型并网风力发电却逐渐受到重视,其需求量在日益增加。 新型的基于高电感永磁同步发电机和电流源型变换器的小型并网风力发电系统拓扑结构简单,将直流侧电感集成到电机侧,从而省去了体积庞大的直流侧电感,并且消除了电压型逆变器中所需要的可靠性不高的直流侧电容。本文根据此新型系统的要求,提出了通过采用分数槽集中绕组和改变槽形的实现高电感永磁同步风力电机方法,并对基于上述方法的电机的设计理论、主要参数以及齿槽转矩进行了深入的分析。结合10KW风力发电系统实例,采用所提出的设计方法并运用RMxprt软件对电机进行了设计,并采用基于有限元分析的场路结合法,计算了电机在不同负载情况下工作特性和电机的电感,计算结果表明电机的齿槽转矩较小,电机绕组的感应电动势接近正弦波,电机电感符合系统的要求。此外,本文还将所设计的高电感电机参数用于新型的基于电流源型变换器的小型并网风力发电系统,运用matlab/simulink对其进行建模和仿真,详细地分析、验证了此系统的运行性能,得到不同风速下并网电流波形质量,电机效率和系统的效率,验证了此系统能够在不同的风速下实现最大风能捕获。


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