永磁直驱风力发电实验报告

开题报告机械设计制造及其自动化直驱式永磁风力发电控制系统设计一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义发展可再生能源已经是大势所趋。

主要发达国家、发展中国家，都已经将发展风能、太阳能等一些可以再生的能源作为对新世纪气候变化和能源双重的挑战的一个重要手段。

但是除了水能之外的其他可再生能园之中，风能毫无疑问是世界上所公认的最最接近商业化的技术之一———和其他可再生能源相比，风能的经济性最明显，而且产业化的基础最好，也不存在生物能的资源约束问题，另外也没有其他大的环境影响，在可预见的时间内（2030—2050年），都将是最有可能大规模发展的能源资源之一。

风是一种潜力很大的新能源，十八世纪初，横扫英法两国的一次狂暴大风，吹毁了四百座风力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多条帆船，并有数千人受到伤害，二十五万株大树连根拔起。

仅就拔树一事而论，风在数秒钟内就发出了一千万马力(即750万千瓦；一马力等于0．75千瓦)的功率!有人估计过，地球上可用来发电的风力资源约有100亿千瓦，几乎是现在全世界水力发电量的10倍。

目前全世界每年燃烧煤所获得的能量，只有风力在一年内所提供能量的三分之一。

因此，国内外都很重视利用风力来发电，开发新能源。

在过去的5年间，风电发展不断超越其预期的发展速度，而且一直保持着世界增长最快能源的地位。

2005年以来，全球风电累计装机容量年平均增长率为27.3%，新增装机容量年平均增长率为36.1。

根据丹麦BTM咨询公司报告，2009年全球有超过3810.3万kW的新增装机容量并入电网，营业总额达到500亿欧元。

截至2009年底，全世界风电累积装机总容量约为1.6亿kW，同比上年增长31%.目前，风电的年发电量约3400亿kWh，风力发电量已经占到世界总发电量的2%以上。

今年一季度，我国的风力发电量达到188亿千瓦时，增长60.4%。

这一数据表明，风电发展依然延续着“十一五”时期高速发展的态势。

风力发电实验报告1. 引言风力发电作为一种可再生能源，具有广泛的应用前景。

本实验旨在通过模拟风力发电的实际运行过程，探究风速对风力发电机发电效率的影响，并对实验结果进行分析和讨论。

2. 实验目的•了解风力发电原理及其在实际应用中的重要性；•掌握风力发电机的基本组成和工作原理；•研究风速对风力发电机发电效率的影响；•分析实验结果，评估风力发电的可行性。

3. 实验器材•风力发电机模型•风速测量仪器•模拟负载仪器•多功能电表•计时器•数据记录表格4. 实验步骤4.1 实验前准备1.搭建风力发电机模型，并确保其可正常工作；2.将风速测量仪器放置在风力发电机旁，并进行校准。

4.2 实验操作1.将风力发电机模型放置在有风的地方，确保风流能够顺利进入发电机；2.使用风速测量仪器测量风速，并记录风速数值；3.打开风力发电机的电源开关，观察并记录风力发电机的输出电压和电流数值；4.使用多功能电表测量并记录风力发电机的输出功率；5.记录实验数据，并进行分析。

4.3 实验数据记录风速(m/s) 输出电压(V) 输出电流(I) 输出功率(P)2 5.6 0.8 4.483 6.8 1.2 8.164 7.5 1.6 125 8.2 2 16.45. 实验结果分析根据实验数据，我们可以得到以下结论：1.随着风速的增加，风力发电机的输出电压、电流和功率都呈现增加的趋势。

这是因为较高的风速可以提供更大的风能给发电机，从而增加发电机的输出功率。

2.风力发电机的输出功率与风速之间存在一定的非线性关系。

在低风速下，风力发电机的输出功率增长较为缓慢；而在一定的风速范围内，风力发电机的输出功率增长较快；当风速超过一定阈值后，风力发电机的输出功率增长逐渐趋于平稳。

3.风力发电机的输出功率受到多种因素的影响，如风轮叶片的设计、发电机的效率等。

本次实验中所使用的风力发电机模型可能存在一定的工艺不足，导致了实际输出功率与理论值之间的差异。

6. 结论通过本实验的模拟操作，我们探究了风速对风力发电机发电效率的影响。

直驱式永磁同步风力发电机变速变桨距控制变桨距是最常见的控制风力发电机组吸收风能的方法。

变桨距控制会对所有由风轮产生的空气动力载荷产生影响。

直驱式永磁风力发电机组一旦达到额定转矩，载荷转矩就不能继续增加，但风速还在增加，所以转速也开始增加，应用变桨距控制调节转速，使转速不超过上限，并由变流器保证载荷转矩恒定不变。

通常PI或PID调节器调节桨距角就可以满足要求，在有些情况下要用滤波器对转速误差进行处理，以防止过度的桨距动作。

一、变速变桨距控制概述1.基本控制要求在额定风速以下时，风力发电机组应该尽可能捕捉较多风能，所以这时没有必要改变桨距角，此时的空气动力载荷通常比在额定风速以上时的动力载荷小，也没有必要通过变桨距来调节载荷。

在额定风速以上时，变桨距控制可以有效调节风力发电机组的吸收功率及风轮产生的载荷，使其不超出设计的限定值。

而且为了达到良好的调节效果，变桨距应该对变化的情况作出迅速的反应。

这种主动控制器需要仔细设计，因为它会与风力发电机组的动态特性相互影响。

随着叶片攻角的变化，气流对风轮的作用力也会随之发生改变，这就会导致风力发电机组塔架的振动。

随着风速的增加，为了保持功率恒定，转矩桨距角也随着增加，风轮所受到的力将会减小。

这就使塔架的弯曲减小，塔架的顶端就会向前移动引起以风轮为参照物的相对风速的增加。

空气动力产生的转矩进一步增加，引起更大的调桨动作。

显然，如果变桨距控制器的增益太高会导致正反馈不稳定。

2.主动失速变桨距在额定风速以下时，桨距角设定值应该设置在能够吸收最大功率的最优值。

按照这个原则，当风速超过额定风速时，增大或减小桨距角都会减小机组转矩。

减小桨距角，即将叶片前缘转向背风侧，通过增大失速角来调节转矩，使升力减小，阻力增加，称为主动失速变桨距。

尽管顺桨是更常见的控制策略，但是有些风力发电机组采用主动失速变桨距的方法，通常称为主动失速。

向顺桨方向变桨距比主动失速需要更多的动态主动性，一旦大部分叶片失速，就没有足够的变桨距调节来控制转矩。

永磁直驱风力发电机背靠背对拖试验系统及其应用风能是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用形式。

风力发电是一种可再生的清洁能源，符合能源技术发展趋势，得到世界上绝大多数国家的扶持，发展迅猛。

风力发电机组是将风能转换为机械能驱动发电机发电，最终输出交流电的电力设备，可单机直接供给用电设备，也可并网输送到用电集中地区。

1 前言风力发电机组的最新型技术是变桨调速，有双馈型和直驱型两种机型，直驱机组因其优势明显，在海上大功率风力发电中占据主导地位。

永磁直驱风力发电机因其转速低、体积大、造价高等特点，在制造厂的试验测试与常规发电机不同，本文详细介绍其试验原理、试验系统及其应用。

2 直驱型风力发电机组工作原理及优势直驱型风力发电机组由叶轮直接驱动永磁直驱风力发电机（系统图见图1），具有以下独特优势：（1）直接驱动，系统组成设备少，可靠性高，运行维护成本低;（3）无齿轮箱，提高了效率，降低了噪音;（4）无稀油润滑，无漏油隐患，清洁环保;（5）全功率变流器完全将机组和电网隔离，可实现对电网有功、无功的灵活控制，并且易实现低电压穿越，保障电力安全。

3 试验原理永磁直驱风力发电机试验按照机电设备和GB/T25389.1、GB/T25389.1、NB/T31012等永磁风力发电机标准中型式试验、出厂试验的试验项目和试验方法进行。

永磁直驱发电机转速低、体积大、造价高，无法像常规发电机那样，用已试验合格的专门测试机和变流器固定在试验台上，对新制造的待测试发电机进行全功率试验。

基于此，提出了背靠背对拖试验方法，其原理是使用两台新制造的待测试发电机产品，配套产品变流器，互相作为测试机和被试机，完成试验项目。

根据这一试验原理，试验站只需配备：（1）试验平台、监测仪器和分析系统;（2）必要的模拟风场条件的设备;（3）具有并网功能的电控设备;（4）连接电缆。

4 背靠背对拖试验系统背靠背对拖试验一次电气系统图如图2，本试验系统适用于1.5MW～6MW、输入电压为690V、永磁直驱风力发电机的出厂试验和型式试验。

风力发电实验风能是一种清洁的可再生能源，蕴量巨大。

全球的风能约为2.7×10 8万千瓦，其中可利用的风能为2×10 6万千瓦，比地球上可开发利用的水能总量要大10倍。

随着全球经济的发展，对能源的需求日益增加，对环境的保护更加重视，风力发电越来越受到世界各国的青睐。

大力发展风电等新能源是我国的重大战略决策，也是我国经济社会可持续发展的客观要求。

发展风电不但具有巨大的经济效益，而且与自然环境和谐共生，不对环境产生有害影响。

近几年，随着我国的风电设备制造技术取得突破，风力发电取得飞速发展。

据2011年4月《国家电网公司促进风电发展白皮书》。

截至2010年底，全国风电并网容量2956万千瓦，“十一五”期间年均增速接近100%。

2010年，全国风电机组平均利用小时数2097小时。

蒙东、蒙西、吉林、黑龙江风电发电量占全社会用电量的比例分别达到21.1%、8.7%、5.6%、4.6%，风电利用已达到较高水平。

预计到2015年，我国风电规模将超过9000万千瓦，2020年将达到1.5亿千瓦以上。

与其它能源相比，风力，风向随时都在变动中。

为适应这种变动，最大限度地利用风能，近年来在风叶翼型设计，风力发电机的选型研制，风力发电机组的控制方式，并网发电的安全性等方面，都进行了大量的研究，取得重大进展，为风力发电的飞速发展奠定了基础。

风电的飞速发展提供大量的就业与个人发展机会，普及风电知识，在高等院校培养相关专门人才已成当务之急。

实验内容实验1 风速，螺旋桨转速（也是发电机转速），发电机感应电动势之间关系测量 实验2 测量扭曲型可变浆距3叶螺旋桨风轮叶尖速比λ与功率系数C P 关系 实验3 切入风速到额定风速区间功率调节实验实验4 额定风速到切出风速区间功率调节实验 － 变浆距调节 实验5 风帆型3叶螺旋桨风轮叶尖速比λ与功率系数C P 关系的测量 实验6 平板型4叶螺旋桨风轮叶尖速比λ与功率系数C P 关系的测量实验原理1、风能与风速测量风是风力发电的源动力，风况资料是风力发电场设计的第一要素。

基于PSCAD的永磁直驱风力发电系统最大风能追踪研究的开题报告排版和字体的不合格，建议修改题目：基于PSCAD的永磁直驱风力发电系统最大风能追踪研究一、研究背景随着近年来环保意识的增强和能源紧缺的现状，风能作为一种清洁、可再生的能源日益受到关注。

永磁直驱风力发电系统是常见的一种方案，其在发电效率、寿命和噪声等方面具有优势。

在实际的风能利用过程中，针对不同的风速条件，如何实现最大风能的追踪是永磁直驱风力发电技术研究中的热点和难点。

二、研究内容本研究旨在针对永磁直驱风力发电系统，在PSCAD软件环境下，开展最大风能追踪算法的研究，主要包括以下几个方面的内容：1. 基于永磁直驱风力发电系统的仿真建模和参数配置。

2. 建立最大风能追踪控制算法，探究元件的最佳工作点。

3. 进行模拟实验，验证最大风能追踪控制算法的有效性。

4. 分析探讨不同特性的风能源对于最大风能追踪的影响。

三、研究意义本研究的重点在于研究最大风能追踪控制算法，并对不同特性的风能对其影响进行分析探讨，为永磁直驱风力发电技术的应用和发展提供一定的参考和指导。

通过本研究的结果，也能够为风能开发利用提供一定的技术支持，为人们更好地利用清洁能源、保护环境做出贡献。

四、研究方法本研究将主要采用仿真实验方法，以永磁直驱风力发电系统为基础，使用PSCAD软件进行仿真建模和参数配置。

针对系统的特性和追踪控制算法，设计不同的仿真实验，验证算法的有效性和稳定性。

采用分析对比的方法，对不同实验结果进行评估和分析。

五、预期目标和成果本研究的预期目标是实现永磁直驱风力发电系统的最大风能追踪控制算法，在仿真实验中得出合理的实验数据并进行分析，为实际应用提供一定的参考和指导。

预期成果包括：基于PSCAD的永磁直驱风力发电系统最大风能追踪控制算法研究论文一篇，并有望推广应用相关技术。

六、研究计划1. 第一阶段（4周）：文献调研，了解永磁直驱风力发电系统的基本特性和最大风能追踪的相关算法。

《永磁直驱风力发电系统故障穿越技术研究》篇一一、引言随着能源需求的增长和环境保护意识的提升，风力发电作为一种清洁可再生能源，已成为当今电力产业发展的关键领域。

而其中，永磁直驱风力发电系统因效率高、维护成本低等优点备受关注。

然而，系统故障可能会影响风电系统的稳定性和运行效率。

因此，研究永磁直驱风力发电系统的故障穿越技术，对于提高系统的可靠性和稳定性具有重要意义。

本文将探讨该领域的技术发展及研究方向。

二、永磁直驱风力发电系统概述永磁直驱风力发电系统是一种直接将风能转换为电能的发电系统，其核心是永磁发电机。

该系统通过风力驱动发电机转子旋转，进而产生电能。

相较于其他风力发电系统，永磁直驱系统具有更高的转换效率和更低的维护成本。

此外，其结构简单、可靠性高，使得它在风力发电领域具有广泛应用。

三、故障穿越技术研究在风力发电系统中，故障穿越技术是指在发生故障时，系统能够快速恢复稳定运行的能力。

对于永磁直驱风力发电系统而言，故障穿越技术的研究主要集中在以下几个方面：1. 传感器故障检测与处理：传感器是风力发电系统的重要部分，其准确性直接影响到系统的运行。

当传感器出现故障时，系统应能快速检测并采取相应措施，如切换备用传感器或进行传感器校准等。

2. 功率变换器控制策略：功率变换器是连接发电机和电网的关键设备。

当电网发生故障时，功率变换器应能快速响应，通过调整控制策略来维持系统的稳定运行。

3. 储能系统的应用：储能系统能够在电网故障时提供紧急能量支持，帮助系统快速恢复稳定。

研究如何将储能系统与永磁直驱风力发电系统相结合，提高系统的故障穿越能力是一个重要方向。

4. 保护策略与控制算法：针对不同类型的故障，制定相应的保护策略和控制算法是提高系统故障穿越能力的关键。

这包括对过压、过流、短路等故障的快速响应和处理。

四、技术发展及研究方向目前，永磁直驱风力发电系统的故障穿越技术已取得一定成果，但仍存在诸多挑战和机遇。

未来研究将主要集中在以下几个方面：1. 智能化技术：利用人工智能、大数据等技术手段，提高系统的自诊断、自修复能力，降低故障发生率。

直驱式永磁同步风力发电机性能研究摘要：现代风力发电技术的发展趋势为一是无刷化，二是采用取消增速机构的风力机直接驱动低速发电机，其中最典型的是直接驱动永磁风力发电机。

本文以输出功率1.5 MW，转速为20 r/min，120 极378槽的内置式直驱永磁风力发电机为例，通过场路结合法分析了发电机在空载、额定负载、短路情况下的运行性能。

最后比较和分析了极弧系数、负载变化以及每极每相槽数对永磁同步发电机性能的影响，为今后电机参数优化提供理论依据。

关键词：直驱式；永磁同步风力发电机；性能前言永磁直驱同步风力发电机是由风力直接驱动发电机进行发电，亦称无齿轮风力发电机。

这种发电机采用多极电机与叶轮直接连接进行驱动的方式，免去齿轮箱这一传统部件。

由于齿轮箱是目前在兆瓦级风力发电机中属易过载和易过早损坏的部件，因此没有齿轮箱的直驱式风力发电机，具备高效率、低噪声、高寿命、体积小、维护成本低等诸多优点。

一、永磁同步风力发电机运行性能分析采用RMxprt软件对功率为1.5 MW的直驱式永磁风力发电机进行设计，确定电机尺寸为：定子外径3 620 mm，定子内径3 324 mm，转子外径3 182 mm，铁心长度1 140 mm，永磁体材料为Nd-FeB，永磁体厚度25 mm，气隙长度6 mm。

RMxprt软件得到的永磁风力发电机的性能指标列于表1。

1、空载特性图1 给出用Maxwell2D软件得到的转速为20 r/min时的空载相电压波形，其空载线电压为1 194.9 V，而用RMxprt软件计算的空载基波感应电压为1 021.9 V，两者差值是由于其它次谐波所造成的。

图2所示为空载电压的谐波分量分布情况，3次谐波为其谐波中最大，总谐波畸变THD为11.91%，可以采取优化永磁体形状等一些设计方案来降低THD。

空载齿槽转矩如图3所示，表明120极378槽设计方案的齿槽转矩脉动小，风机叶片的转速脉动也随之减小。

图4给出了空载时的磁力线分布情况，可以看到磁力线合理地分布于定子齿部和转子轭部内，永磁体间漏磁很小，定子齿部磁密较大。

风力发电实验报告风力发电实验报告一、引言近年来，随着环境保护意识的增强和对可再生能源的需求不断增加，风力发电作为一种清洁、可持续的能源形式备受关注。

本实验旨在通过模拟风力发电装置，探究风力对发电效率的影响，以及优化设计的可能性。

二、实验设计与方法本实验采用简易的风力发电装置，包括风车、发电机和电池。

风车由三片叶片组成，叶片材料为轻质塑料，可以旋转。

发电机通过风车的旋转产生电能，将电能储存到电池中。

在实验过程中，我们将风力发电装置放置在风速相对较大的地区，以确保风力的充分利用。

同时，我们还测量了不同风速下的转速、电压和电流，以评估风力发电的效率和稳定性。

三、实验结果与分析通过实验测量，我们得到了不同风速下的转速、电压和电流数据。

根据这些数据，我们可以计算出风力发电装置的输出功率和效率。

在低风速下，风力发电装置的转速较低，电压和电流也相对较小。

这是因为风力不足以充分推动风车旋转，从而无法产生足够的电能。

然而，随着风速的增加，风力对风车的作用力也增大，转速、电压和电流逐渐增加。

在适当的风速范围内，风力发电装置可以实现较高的输出功率和效率。

此外，我们还注意到，当风速过大时，风力发电装置的输出功率并不随之增加，甚至会出现下降的趋势。

这是因为在过大的风速下，风车受到的风力过于强大，导致风车转速过快，超过了发电机的额定转速。

这时，发电机无法正常工作，无法将风能转化为电能，从而导致输出功率下降。

基于以上实验结果和分析，我们可以得出结论：风力发电装置的输出功率和效率与风速密切相关，但存在一个最佳风速范围。

在此范围内，风力发电装置可以实现较高的发电效率和稳定的输出功率。

因此，在实际应用中，我们应该根据当地的风速情况，合理设计和调整风力发电装置，以获得最佳的发电效果。

四、优化设计与展望在实验过程中，我们发现风力发电装置的效率和稳定性受到风速的影响。

因此，我们可以通过优化设计来提高风力发电的效率。

首先，我们可以改进风车的叶片设计，以增加叶片的承受风力面积，提高风车的推力。

永磁直驱风力发电系统及变流器控制措施摘要：随着我国经济水平以及工业化、机械化水平的不断提高，社会公众的日常生活与工厂生产对于能源的需求越来越大。

但我国的能源消费与能源储备却逐渐呈现不匹配的趋势，传统能源不仅存在着环境污染等问题，也在消耗中逐渐面临紧缺的危机。

因此，我国社会对于新能源的开发十分重视，在众多新能源之中，风力发电作为高效方便且有一定操作性的能源得到了广泛关注，本文也将结合金风科技生产的发电系统对于永磁直驱风力发电系统以及相关的变流器进行深入研究。

关键词：风力发电；永磁直驱风力发电系统；变流器引言：在众多新能源开发中，风能作为清洁有效且又具有操作性的能源在我国的部分地区得到了深入的研发，而在风力发电系统中，永磁直驱风力发电系统是我国目前研发的风力的最新科研成果之一，它具有稳定且安全的发电系统、对于风能资源的利用率和发电效率也十分高，除此之外，永磁直驱风力发电系统还具有简单方便的操作方式等特点，因此成为了我国风力发电系统的首选，甚至出口海外。

一、永磁直驱风力发电系统在我国的能源分布中，传统能源分布十分不均，且资源日益稀缺。

因此，各式的新能源作为传统能源的替代品，在我国的能源消费中逐步占据有利地位。

而在我国的新能源种类中，研究人员对于风能的开发取得了一定的进展，本文也将进行主要探讨。

在风力发电中，主要包含风力机和发电机两大部分，而我国的风力发电系统正是在这两部分的基础上进行的相关研究。

在传统的风力发电系统中，大多采用异步式发电机，这种发电机在进行风力发电时耗费的风能大，资源转换利用率低，在使用方面并不方便[1]。

而永磁直驱风力发电系统相较于传统的风能发电系统，减去了累赘繁重的部件，扩大了系统容量，不仅提高了资源的转换率，更有助于减少在整个转换过程中的能耗，也因此成为了我国目前风力发电的首选。

二、永磁直驱风力发电系统的优点在我国工业现代化转型的过程中，我国的风力发电系统也经历着转型，和传统的风力发电系统相比，永磁直驱风力发电系统在许多方面都有着独特的优势。

直驱式永磁风力双馈式发电机项目可行性研究报告目录第一章总论…………………………………………………………错误！未定义书签。

一、项目概况.............................................................. 错误！未定义书签。

二、编制依据和范围 ................................................. 错误！未定义书签。

三、研究结论.............................................................. 错误！未定义书签。

第二章项目背景及建设必要性………………………………………错误！未定义书签。

一、####县城市概况 ................................................. 错误！未定义书签。

二、项目建设背景 ..................................................... 错误！未定义书签。

三、项目建设的必要性 ............................................. 错误！未定义书签。

第三章技术方案……………………………………………………错误！未定义书签。

一、室内采暖供热系统分户计量和分室调控改造 . 错误！未定义书签。

二、围护结构节能改造............................................ 错误！未定义书签。

三、热源及管网平衡改造 ......................................... 错误！未定义书签。

第四章建设规模和内容……………………………………………错误！未定义书签。

一、既有建筑用户规模 ............................................. 错误！未定义书签。

电励磁直驱与永磁直驱发电机的研究随着社会经济的快速发展，能源问题得到了广泛的关注，风能属于再生能源，它具有清洁、无污染与高效等特点，因此，风力发电系统的发展具有较大的规模，风力发电实现了风能的有效利用。

电励磁与永磁直驱发电机作为主要发电机，二者的结构较为简单，效果较高，同时其故障率偏低。

本文主要研究了电励磁直驱与永磁直驱发电机，旨在促进风力发电技术的进一步发展，推动风力发电机型的不断创新与改革。

标签：风力发电系统；电励磁直驱发电机；永磁直驱发电机0 引言直驱型风力发电机具有一系列的优点，如：低故障率、高可靠性与高传动效率等，在风电领域其发展具有较快的速度。

但永磁发直驱型发电机的发展受成本与储量的影响，使电励磁直驱型发电机成为了风力发电的主要趋势。

本文对两种机型均进行了研究，旨在促进直驱型发电机的长久与持续发展。

1 风力发电系统的概况在世界范围内，能源问题直接关系着社会的稳定与经济的发展，在此背景下，可再生能源得到了快速的发展，风能作为清洁能源，其发展得到了广泛的关注。

我国对能源的需求与消耗较大，风力发电系统及技术保持着稳定的发展，目前，风力发电机组主要分为两类，以机组的转速是否恒定为依据，分为定速风力发电熊与变速风力发电系统，前者的构成主要包括风力机、变速箱、发电机与并网变压器，该结构具有一定的典型性与简洁性，但其缺点为较低的功率因数，机组的容量扩展较为困难；后者的类型有直驱型、半直驱型与多级增速型，还可以分为全功率变流型与部分功率变流型[1]。

直驱型风力发电系统具有较高的可靠性与较高的效率，但機组的运行转速偏低，机体较大。

直驱型主要包括电励磁风力发电系统与永磁型风力发电系统，其中前者与后者相比，前者具备一组励磁装置。

2 电励磁直驱发电机的概况电励磁直驱风力发电系统的构成主要有风轮机、变流器、风机主控系统、制动器、电励磁同步电机与偏航系统等。

该系统的能量流向为：风能向机械能的转化，再由机械能转化为电能，最后电能在变压器的作用下接入电网。

直驱永磁同步风力发电机的设计研究的开题报告一、选题背景随着清洁能源的日益推广，风能发电已成为一个重要的发展方向。

直驱永磁同步风力发电机具有结构简单、转速高、效率高、可靠性强等优点，已经成为风力发电机组的主流。

另一方面，永磁材料的发展以及数值模拟的成熟，为直驱永磁同步风力发电机的设计和优化提供了更多的可能。

因此，本课题拟对直驱永磁同步风力发电机的设计及其优化研究展开深入探讨。

二、选题意义1. 国家能源政策的支持和推动。

2. 直驱永磁同步风力发电机的技术优势突出，设计和优化的研究具有广泛应用前景。

3. 通过研究设计和优化，提高机组的性能和稳定性，降低风电发电成本。

三、研究内容1. 直驱永磁同步风力发电机的基本原理和结构特点的介绍。

2. 研究并建立直驱永磁同步风力发电机的电磁模型和机械模型。

3. 分析直驱永磁同步风力发电机的工作机理，寻找优化机组性能的方法。

4. 研究永磁材料在直驱永磁同步风力发电机中的应用，探究优化永磁材料性能的方法。

5. 基于数值模拟技术，优化直驱永磁同步风力发电机的结构参数和运行策略。

四、研究方法1. 理论分析法：分析直驱永磁同步风力发电机的电磁模型和机械模型，探寻优化方向，为设计提供理论基础。

2. 数值模拟法：利用有限元分析软件ANSYS等，对直驱永磁同步风力发电机的结构进行仿真分析，优化设计方案。

3. 实验研究法：通过实验测试，验证理论分析和数值仿真的结果，进一步完善和优化设计方案。

五、预期目标1. 建立直驱永磁同步风力发电机的电磁模型和机械模型。

2. 分析永磁材料在直驱永磁同步风力发电机中的应用，优化永磁材料的性能。

3. 通过数值模拟优化直驱永磁同步风力发电机的结构参数和运行策略。

4. 验证优化方案的有效性，提高机组的性能和稳定性，降低风电发电成本。

六、研究方案及进度安排1. 第一阶段（1-4月）：收集资料、建立电磁模型和机械模型。

2. 第二阶段（5-8月）：分析优化方向、永磁材料应用的研究。

永磁直驱风力发电机定子绕组电压分布仿真计算与测试何明鹏1，张跃1，刘学忠2，范琦睿2，胡波1，梁智明1，袁鹏飞2，刘枰2（1.东方电气集团东方电机有限公司，四川德阳618000；2.西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，陕西西安710000）摘要：变频器产生的高频重复激励脉冲会在电机定子绕组上产生不均匀且高幅值的过电压，从而加速电机绝缘系统老化甚至产生故障。

本文基于暂态分析软件PSCAD/EMTDC，建立了2.5MW永磁直驱发电机的三相定子绕组等效电路模型，并应用有限元方法计算了对应等效电路的分布参数。

同时为了验证仿真计算结果的有效性，搭建了实验测试平台。

结果表明：在三相脉宽调制脉冲电压的作用下，该永磁直驱风力发电机的定子绕组对地、线圈间以及匝间的过电压幅值沿电机接线端子到绕组中性点均呈现减小的趋势。

实验测试结果进一步验证了三相定子绕组等效电路模型的准确性。

关键词：永磁直驱风力发电机；PWM变频器；定子绕组；电压分布中图分类号：TM303.4文献标志码：A文章编号：1009-9239（2022）06-0095-06DOI:10.16790/ki.1009-9239.im.2022.06.017Simulation Calculation and Measurement ofVoltage Distribution on Stator Winding of PermanentMagnet Direct-drive Wind GeneratorHE Mingpeng1,ZHANG Yue1,LIU Xuezhong2,FAN Qirui2,HU Bo1,LIANG Zhiming1,YUAN Pengfei2,LIU Ping2(1.Dongfang Electric Machinery Co.,Ltd.,Deyang618000,China;2.State Key Laboratory of ElectricalInsulation and Power Equipment,Xi'an Jiaotong University,Xi'an710000,China)Abstract:The high frequency repetitive impulse generated by the inverter can lead to uneven overvoltage with high amplitude along the stator windings,which will accelerate the ageing of insulation system and even cause faults.On the basis of the transient analysis software PSCAD/EMTDC,the equivalent circuit model for three-phase stator windings of2.5MW permanent magnet direct-drive generator was established,and the parameters of corresponding equivalent circuit were calculated by finite element method.Moreover,the experimental platform was built for verifying the validity of the calculation results.The results show that under the effect of three-phase pulse width modulation(PWM)pulse voltage,the amplitudes of the overvoltage to ground,coil to coil overvoltage,and turn to turn overvoltage of the stator winding for permanent magnet direct-drive wind generator show a decreasing trend from the connecting terminal of motor to the neutral point of winding.The experimental results further verify the accuracy of the equivalent circuit model of three-phase stator winding.Key words:permanent magnet direct-drive wind generator;PWM converter;stator winding;voltage distribution0引言随着电力电子行业的不断发展，快速开关器件（如IGBT）和逆变器（或变流器）被广泛应用于交流旋转电机的调速。

基于PSCAD仿真软件的永磁直驱风力发电系统的控制研究一、风力机特性分析图1-1风力机模型实际风速和转速，产生风力机的机械转矩和功率，可以测定风力机的转速功率特性，理解最大风能捕获原理。

Tm—w曲线图1-2Tm—w特性取风速为12m/s，风力机转速Wr为0—5rad/s，得出此风速下的Tm—w曲线，如上图所示。

从图中可以看出，Tm随着风力机转速的增大而先增大后减小。

Pm—w曲线图1-3Pm —w 特性取风速为12m/s ，风力机转速Wr 为0—5rad/s ，得出此风速下的Pm —w 曲线，如上图所示。

从图中可以看出，Pm 随着风力机转速的增大而先增大后减小。

风力机捕获的最大功率的标幺值为0.89，基值为1.75MW （仿真中电压的基值是电机端额定电压的幅值，为0.69 1.4141KV KV ⨯=，电流的基值是电机端额定电流的幅值，为1.25KA 1.414 1.75KA ⨯=，功率的基值是1.75KA 1KV 1.75MW ⨯=），实际值为0.89 1.75=1.56MW MW ⨯。

最大功率对应的电机机械转速为 2.35/R W rad s =，所以最佳叶尖速比为opt / 6.07W Wr R V λ=⨯=。

当风速为11.85/m s 时，调整风力机转速，风力机捕获的最大功率的标幺值为0.856，实际值为0.856 1.75 1.5MW MW ⨯=，达到额定功率。

对比相同风速下的风力机Tm —w 曲线和Pm —w 曲线，可以发现Pm —w 曲线要比Tm —w 曲线更向右一些，即风力机捕获的Pm 最大值所对应的风力机转速大于机械转矩Tm 最大值所对应的风力机转速。

图1-4转子承受动力方程风力机的机械转矩拖动转子产生转速，定子磁场和转子磁场相互作用产生电磁转矩。

二、永磁同步发电机的控制策略同步旋转坐标系下永磁同步发电机的数学模型为d d sde q sqq sq e d sd e U pL i -w L i pL i +w L i +w s sd q s sq fR i U R i ψ=+=+（2-1）根据同步旋转坐标系下永磁同步发电机的数学模型，可以采用电流内环、转速外环双闭环控制策略s 33()()22e p sd q sq sd p q q d sdf T N i i N i L L i ψψψ⎡⎤=-=-+⎣⎦（2-2） J r m e dwT T dt-=（2-3）由式（2-2）可知，发电机的电磁转矩e T 是一个关于d i 、q i 的函数，如果控制0d i =,使定子电流的合成矢量全部位于q 轴，则式（2-2）变为：s 32e pf q T n i ψ=（2-4） 则电磁转矩e T 只与s q i 有关。