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年第期开关磁阻电机在风力发电中的应用郑家伟鲍延杰董萍林炯康张祝（香港理工大学电力电子研究中心）摘要介绍了当前风力发电机的技术，讨论了开关磁阻发电机的结构及其原理，给出了推荐的开关磁阻发电机的控制驱动部分，依据实验系统对开关磁阻电机进行了发电机模拟实验，并给出了部分实验结果。
结合现有的风力发电机的结构，提出了一种新型的并行操作式风力发电机结构，尤其适用于大型风力发电机系统。
关键词：风力发电；开关磁阻发电机；PWM 控制；迟滞控制；并行操作式风力发电机1引言随着新能源技术的发展，新型大容量电力电子设备及新型风力机叶片的出现，风能作为可再生能源中最重要的组成部分和相对经济的发电方式，由于其清洁无污染、施工周期短、投资灵活、占地少，具有良好的社会效益和经济效益，已受到世界各国政府的高度重视。
风力发电技术以其高可靠性，低成本性，成为目前新能源发电技术的研究热点。
为了扩大风力发电技术应用的范围，新型的发电机与电力电子技术相结合起来，并越来越多的被研究应用到风力发电技术当中。
本文主要介绍开关磁阻电机在风力发电系统中的应用及目前风力发电机技术的现状。
详细说明了开关磁阻发电机的结构及其原理；讨论了开关磁阻发电机的控制驱动部分，并依据实验系统对开关磁阻电机进行了发电机模拟实验，并给出了部分实验结果。
最后结合现有的风力发电机的结构，提出了一种新型的并行操作式风力发电机系统。
2风力发电机的现状分析发电机是风力发电机组中将机械能转化成电能的装置，是将原动力与输出电能连接的工具，它不仅直接影响到输出电能的质量和效率，也影响到整个风电转换系统的性能和结构。
因此，研制和选用适合于风电转换、运行可靠、效率高、控制性能良好的发电机系统是风力发电工作的重要组成部分[1]。
目前在风电市场，永磁同步电机和无刷双馈电机是应用的主流。
而开关磁阻电机主要作为电动机应用。
近年来，随着风力发电的快速发展，开关磁阻风力发电机的研究取得了一定的进展。
开关磁阻风⼒发电系统最⼤风能跟踪控制仿真研究开关磁阻风⼒发电系统最⼤风能跟踪控制仿真研究开关磁阻发电机/风⼒发电/最⼤风能追踪1引⾔由于能源和环境问题⽇益突出，作为⼀种新型的可再⽣能源，风⼒发电近年来发展很快。
应⽤于风⼒发电系统中的发电机也在不断改进。
⽬前，在投⼊使⽤的风⼒发电装置中，应⽤较多的发电机有异步感应发电机、双馈发电机和永磁同步发电机。
但这三种发电机在使⽤中也存在着不⾜。
普通异步感应发电机转速近似于恒定值，风速变化时转速不能随之变化，⽆法进⾏最⼤功率跟踪，对风能的利⽤率⽐较低。
双馈电机结构复杂，造价昂贵，运⾏不稳定，还需要在风轮机和发电机之间安装增速箱，带来了额外的功率损失。
永磁同步机可以省去增速齿轮箱，实现变速直驱运⾏，但永磁材料易退磁，且在输出有功功率的同时也要输出较⼤的⽆功功率，效率⽐较低[1]。
作为⼀种新型的电机，开关磁阻电机具有结构简单，可靠性⾼，电机损耗⼩，运⾏效率⾼；变速范围宽，适合于⾼、低速运⾏，转速可以随风速的变化⽽改变，能实现最⼤风能跟踪；可采⽤直驱式发电，省掉了齿轮箱，提⾼了风能利⽤效率；输出为直流电，易于并⽹等众多优点。
综上所述，开关磁阻电机可在⼀定程度上弥补以上三种发电机的缺点，适合运⽤于变速恒频风⼒发电系统，具有⼀定的发展前景。
本⽂即构建了开关磁阻风⼒发电系统模型，从风⼒机的转速—功率特性出发，采⽤了转速反馈控制⽅法对开关磁阻风⼒发电系统的最⼤风能跟踪进⾏了仿真研究[2]。
2 SRG的⼯作原理及控制模式SRG可采⽤⾃励和他励两种发电模式。
⾃励模式在发电电压达到所需的稳定值后，由电机本⾝所发出的电压向励磁供电。
由于之后的电压由本⾝提供，致使此种模式下对电机的控制⽐较复杂。
他励模式是由外电源向励磁供电，励磁回路与发电回路彼此独⽴。
在SRG的发电运⾏中，励磁回路可以向系统提供稳定的励磁电压，⽽与发电电压⽆关，⼆者可以独⽴进⾏调节，对发电系统来说控制⽐较⽅便[3]。
课程设计报告题目:开关磁阻电机在风力发电系统中的应用学院：专业名称：学生姓名：班级：指导教师：时间：课程设计任务书开关磁阻电机在风力发电中的应用一、设计内容1、了解风力发电用电机的指标要求；2、掌握开关磁阻电机的结构特点和运行原理，并与双馈感应电机性能进行比较；3、建立开关磁阻电机风力发电系统的数学模型；4、通过仿真，得到开关磁阻电机风力发电系统的动态性能；二、主要技术指标1、开关磁阻电机风力发电系统数学模型．．．．；2、开关磁阻电机风力发电系统动态性能．．．．；三、进度要求2012.09.03—2012.09.05 查阅资料；2012.09.06—2012.09.07 对设计内容1、2进行总结；2012.09.08—2012.09.11 开关磁阻电机风力发电系统建模、仿真；2012.09.12—2012.09.14 撰写报告；学生指导教师摘要介绍了风力发电机的指标要求，开关磁阻电机（Switched Reluctance Generator，简称SRG）的结构特点和运行原理。
并和双馈感应电机进行了简单的比较。
建立了开关磁阻电机风力发电系统的数学模型，并通过仿真得到开关磁阻电机风力发电系统的动态性能。
本文基于Matlab/Simulink软件建立了SRG 发电系统仿真模型，SRG发电运行时的实际控制量包括开通角、关断角、励磁电压和励磁电流上限值，因此控制非常灵活。
控制方法主要有电流斩波控制（CCC）、角度位置控制（APC）和脉宽调制调压控制（PWM）三种。
为了能对SRG的控制策略进行优化设计，建立了SRG系统仿真模型，并通过改变参数对系统的特性进行了研究。
关键词：开关磁阻发电机；风力发电；仿真；数学模型；控制策略目录摘要 (3)一引言 (5)二风力发电机的现状分析 (5)三风力发电机的指标要求 (6)启动风速 (6)额定风速 (7)关于年发电量计算 (10)风轮叶片数与风力发电机的功率 (11)安全性和可控性 (12)可靠性和耐久性考核 (12)四开关磁阻电机的结构特点 (12)五开关磁阻发电机的运行原理 (13)1）运行原理 (13)2）SRG 等效电路 (15)六开关磁阻电机用于风力发电的优势 (17)七双馈感应电机与开关磁阻电机的比较 (18)八开关磁阻电机风力发电系统的数学模型 (19)通过建模得到仿真结果如下： (19)九结语 (21)参考文献 (21)一引言随着新能源技术的发展，新型大容量电力电子设备及新型风力机叶片的出现，风能作为可再生能源中最重要的组成部分和相对经济的发电方式，由于其清洁无污染、施工周期短、投资灵活、占地少，具有良好的社会效益和经济效益，已受到世界各国政府的高度重视。
浅谈变速恒频风力发电系统的运行和控制风力发电作为清洁能源发电，具有很大的发展潜力，能够在未来的电力行业中占据一席之地。
但是风力发电并入电网存在一定的技术难点，需要通过变速恒频实现风电系统和电网的高效互联，进一步提升风电系统的发展空间和能力。
一、风力发电系统变速恒频运行的技术基础探析风力发电系统在变速恒频运行模式下，随着外界风速的变化，风力机的转速也会随之对应出现变化，需要通过一定的控制手段，实现电能传输恒定，就是变速恒频的实质所在。
风力机功率的影响因素主要包括了三个，即叶尖转速比、桨叶节距角和风速。
根据相关资料可知，风力机功率的计算式为：；；；上述三个计算式中：为空气密度；R为风力机的风轮半径；为风轮的角速度；为风能利用系数。
可以看出，桨叶节距角以及叶尖转速比都可对风能利用系数产生较大的影响。
在桨叶节距角处于一个固定值时，就只有叶尖转速比对风能利用系数产生影响了。
对于风力机来说，其具有一个风能利用系数上限，也就是最大利用值，该值下对应的叶尖转速比是最佳值。
在变速恒频技术中，风力机在不同风速下具有不同的运转速度，可以有效切换运转速度追求风能最大转换。
风电系统变速恒频的运行方式非常适用，具有下面几个优点。
第一，变速恒频运行可以有效减少风力机受到阵风冲击的机械应力影响，可以在风速升高时把阵风余量转化为风力机的转动惯量；当外界风速出现下降的时候，又可以把转动惯量重新释放，通过一定的控制手段使其转为电能。
第二，电网和风电机组可以在变速恒频运行模式下进行柔性连接，有效削弱电网和风电系统之间存在的差异，切实降低并网后冲击电流引发的问题，保障电网运行安全。
除此之外，变速恒频的实现比较容易，是进行风电并网的不二选择。
第三，风力机在低风速条件下会产生噪音，但是变速恒频技术可以有效缓解这一问题。
在低风速情况下，风力机可以把存储的动能释放保证风力机的稳定运行，这就避免了风速较低情况下恒速运行产生的噪音。
总之，变速恒频运行已经得到国内外风电行业的一致认可，并且开始使用变速恒频取代恒速恒频，在提高发电效率和捕获风能等方面进行着深入研究。
开关磁阻电机风力发电平台搭建摘要:风力发电因其优越的技术性能被广泛应用于新能源的开发利用中，但在不具备风场环境的试验室条件下，研究风力发电的重点是如何实现对风力机工作特性的准确再现。
研究了不同电机的工作特性后，发现直流电动机工作特性与风能特行较为吻合，成为风力机特性模拟的首选原动机。
开关磁阻电机（SRG）是一种适于风力发电变速运行的同步发电机，具有启动风速低，转动管量小等特点。
结合风能与SRG的特点本研究设计了开关磁阻电机发电平台的搭建。
关键词:风力机特性模拟直流电机开关磁阻电机发电1 风力机特性在风力发电系统中，风力机捕获风能的能力好坏，直接影响SRG 风力发电机的发电效率。
根据贝兹理论,风力机单位时间风机最大输入功率为公式1，为空气密度，V为风速，A为风力机扫掠面积。
由于通过叶轮旋转面的风能不能全部被风轮所吸收，可定义风能利用系数：风能利用系数是表征风力机的重要参数，他与风速、叶片转速、叶片直径均有关系。
在风速稳定情况下，不同转速会使风力机输出不同的功率，因此要想捕获曲线，必须在风速变化时及时调整风力机转速，保持最佳叶尖速比。
可进一步导出不同风速下风力机的输出功率和转速的关系，如公式（3）所示，风力机运行在最佳曲线上将会在各种风速下均输出最大功率。
最大风能捕捉过程（1）当风速达到风力机的切入风速时，即在低风速段，风力机实行变速运行，在不同的风速下均跟踪曲线，最理想的情况是该为贝兹极限值。
随着风速的增大，转速达到极限，此时风力机功率未达到最大值，此时亦称为最大功率捕获运行区。
（2）在风速持续增加时，由于受到风电机组设计特性决定的了转速受到限制，机组达到最大转速后保持恒定转速直到风力机输出额定功率。
此时风能利用系数，不一定是最大值，可能会略微降低，而功率在持续增加，称为恒转速运行区。
（3）在超过额定风速时，输出功率达到极限。
此时由于受电力电子、容量的限制，为保证风电机组的安全稳定及额定输出功率不受影响，须依靠风力机的变桨距机构来改变桨距角的大小，转速降低，最大风能利用系数减小，以降低风能的捕获，维持风力机跟踪曲线，亦称为恒功率运行区2 直流电机风能特性模拟机理若要在实验室条件下进行风力发电运行研究，就必须构造能模拟风力特性的原动机装置。
开关磁阻电机开关磁阻电机是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。
它的结构简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。
主要由开关磁阻电机、功率变换器、控制器与位置检测器四部分组成。
控制器内包含控制电路与功率变换器，而转子位置检测器则安装在电机的一端。
其电机部分由于是运用了磁阻最小原理，故称为磁阻电动机，又由于线圈电流通断、磁通状态直接受开关控制，故称为开关磁阻电动机。
特征开关磁阻电机结构简单，性能优越，可靠性高，覆盖功率范围10W~5MW的各种高低速驱动调速系统。
使的开关磁阻电机存在许多潜在的领域，在各种需要调速和高效率的场合均能得到广泛使用（电动车驱动、通用工业、家用电器、纺织机械、电力传动系统等各个领域）。
优点◆其结构简单，价格便宜，电机的转子没有绕组和磁铁。
◆电机转子无永磁体，允许较高的温升。
由于绕组均在定子上，电机容易冷却。
效率高，损耗小。
◆转矩方向与电流方向无关，只需单方相绕组电流，每相一个功率开关，功率电路简单可靠。
◆转子上没有电刷结构坚固，适用于高速驱动。
◆转子的转动惯量小，有较高转矩惯量比。
◆调速范围宽，控制灵活，易于实现各种再生制动能力。
◆并具频繁启动（1000次/小时），正向反向运转的特殊场合使用。
◆且启动电流小，启动转矩大，低速时更为突出。
◆电机的绕组电流方向为单方向，电力控制电路简单，具有较高的经济性和可靠性。
◆可通过机和电的统一协调设计满足各种特殊使用要求。
缺点其工作原理决定了，如果需要开关磁阻电机运行稳定可靠，必须使电机与控制配合的很好。
因其要使用位置传感器，增加了结构复杂性，降低了可靠性。
对于电机本身而言，转矩脉动大是其固有的缺点；在电机远离设计点的时候，转矩脉动大会体现的更加明显。
如果单纯使用电流斩波或最优导通角控制方法，对其转矩脉动的改善不是很大，需要加入更加复杂的算法。
文章编号:025420096(2005)20620787205开关磁阻风电系统最大风能追踪控制收稿日期:2004205213胡海燕,潘再平(浙江大学电气工程学院,杭州310027)摘 要:根据风力机的特性,探讨了追踪、捕获最大风能的方法;针对开关磁阻电机的特点,提出了开关磁阻电机变速恒频风力发电系统最大风能追踪的控制方案;详细的仿真研究验证了该控制策略的正确性和可行性。
关键词:变速恒频风力发电系统;最大风能捕获;开关磁阻发电机中图分类号:T M303 文献标识码:A0 引 言变速恒频发电是20世纪末发展起来的一种新型发电方式,它将电力电子技术、矢量变换控制技术和微机信息处理技术引入发电机控制之中,改变了以往恒速才能恒频的传统发电概念,在风力发电应用中,变速恒频发电技术更表现出了其独特的优越性[1]。
风力是一种具有随机性、爆发性、不稳定性特征的能源,用于风能捕获的风力机在不同风速下有一个最佳运行转速,此时对风能的捕获效率最高,而且风施加给风力机的应力最小,所以应使风力发电机组运行在这个优化的转速下。
传统的恒速恒频发电方式由于只能运行在某一转速上,当风速改变时风力机就会偏离最佳运行转速,导致运行效率下降,不但浪费风力资源,而且增大了风力机的磨损。
采用变速恒频发电方式,就可按照捕获最大风能的要求,在风速变化的情况下实时地调节风力机转速,使之始终运行在最佳转速上,从而提高了机组发电效率,优化了风力机的运行条件。
由于开关磁阻发电机SRG具有可控参数多、控制灵活等特点,能够满足变速恒频风力发电的要求,因此在风力发电领域有很大的发展潜力和研究价值[2]。
目前国内对这方面的研究尚在起步阶段,大多是从某单一学科角度开展讨论,对整个系统进行综合分析的比较少。
针对这些现状,本文将从分析风力机特性出发,研究实现最大风能捕获的开关磁阻风电系统控制方法。
完整的仿真研究验证了本文提出的控制策略的正确性和有效性。
1 风力机最大风能捕获控制机理根据贝兹证明,风力机从风能中吸收的功率P 为[3]:P=(1/2)C p Aρυ3(1)式中,ρ———空气密度;υ———风速;A———风力机扫掠面积;C p———风力机的功率系数,是叶尖速比λ和桨叶节距角α的函数,其中λ=ωm R/υ;ωm———风力机机械角速度;R———风轮半径。
开关磁阻电动机的应用及其发展一、应用领域：1.汽车领域：SRM具有功率密度高、噪音低的特点，因此被广泛应用于汽车领域。
特别是在新能源汽车中，SRM由于其高效率、高可靠性和适应性强的特点，成为电动汽车驱动系统的理想选择。
2.工业自动化：SRM具有响应速度快、结构简单、适应性强等特点，因此在一些工业自动化设备中得到广泛应用，如风机、泵、压缩机等。
SRM的工作台阶化特性也使其在一些需要快速启停的装置中具有优势。
3.家电领域：由于SRM具有结构简单、节能环保的特点，因此被逐渐应用于家电领域。
如洗衣机、空调等家电产品中，SRM可以提供更高效、更稳定的运行效果。
4.风力发电：SRM的快速启停特性使其在风力发电系统中得到广泛应用。
风力发电系统中，SRM可以快速启动并保持高效运行，有效提高发电效率。
5.其他领域：SRM还在其他领域得到应用，如电动自行车、轨道交通、农业机械、船舶、机器人等。
二、技术发展：1.磁路设计优化：SRM的性能主要由磁路设计决定。
随着磁路设计优化的不断深入，SRM的效率和输出特性得到了大幅提升。
尤其是新材料的应用和磁路优化算法的改进，使SRM的磁路设计更加高效、节能。
2.功率电子器件的发展：SRM的工作需要使用功率电子器件进行控制，因此功率电子器件的进步也推动了SRM的发展。
随着功率半导体技术的不断提升，如IGBT、SiC等新型功率器件的应用，使SRM的控制更加精确、可靠。
3.控制算法的改进：SRM的控制算法的改进也促进了其应用的拓展。
传统的控制算法中存在容易产生振荡和共振的问题，而新的控制算法如矢量控制、预测控制等能够更好地解决SRM的控制问题，提供更好的工作性能。
4.系统集成优化：随着电动机和控制系统技术的发展，SRM的系统集成优化也在不断进行。
如加入智能化控制、网络通信等技术，提高SRM的控制精度和稳定性，实现SRM系统的更高级应用。
总之，开关磁阻电动机具有广泛的应用领域和快速的技术发展。
课程设计报告题目:开关磁阻电机在风力发电系统中的应用学院：专业名称：学生姓名：班级：指导教师：时间：课程设计任务书开关磁阻电机在风力发电中的应用一、设计内容1、了解风力发电用电机的指标要求；2、掌握开关磁阻电机的结构特点和运行原理，并与双馈感应电机性能进行比较；3、建立开关磁阻电机风力发电系统的数学模型；4、通过仿真，得到开关磁阻电机风力发电系统的动态性能；二、主要技术指标1、开关磁阻电机风力发电系统数学模型．．．．；2、开关磁阻电机风力发电系统动态性能．．．．；三、进度要求2012.09.03—2012.09.05 查阅资料；2012.09.06—2012.09.07 对设计内容1、2进行总结；2012.09.08—2012.09.11 开关磁阻电机风力发电系统建模、仿真；2012.09.12—2012.09.14 撰写报告；学生指导教师摘要介绍了风力发电机的指标要求，开关磁阻电机（Switched Reluctance Generator，简称SRG）的结构特点和运行原理。
并和双馈感应电机进行了简单的比较。
建立了开关磁阻电机风力发电系统的数学模型，并通过仿真得到开关磁阻电机风力发电系统的动态性能。
本文基于Matlab/Simulink软件建立了SRG 发电系统仿真模型，SRG发电运行时的实际控制量包括开通角、关断角、励磁电压和励磁电流上限值，因此控制非常灵活。
控制方法主要有电流斩波控制（CCC）、角度位置控制（APC）和脉宽调制调压控制（PWM）三种。
为了能对SRG的控制策略进行优化设计，建立了SRG系统仿真模型，并通过改变参数对系统的特性进行了研究。
关键词：开关磁阻发电机；风力发电；仿真；数学模型；控制策略目录摘要 (3)一引言 (5)二风力发电机的现状分析 (5)三风力发电机的指标要求 (6)启动风速 (6)额定风速 (7)关于年发电量计算 (10)风轮叶片数与风力发电机的功率 (11)安全性和可控性 (12)可靠性和耐久性考核 (12)四开关磁阻电机的结构特点 (12)五开关磁阻发电机的运行原理 (13)1）运行原理 (13)2）SRG 等效电路 (15)六开关磁阻电机用于风力发电的优势 (17)七双馈感应电机与开关磁阻电机的比较 (18)八开关磁阻电机风力发电系统的数学模型 (19)通过建模得到仿真结果如下： (19)九结语 (21)参考文献 (21)一引言随着新能源技术的发展，新型大容量电力电子设备及新型风力机叶片的出现，风能作为可再生能源中最重要的组成部分和相对经济的发电方式，由于其清洁无污染、施工周期短、投资灵活、占地少，具有良好的社会效益和经济效益，已受到世界各国政府的高度重视。
我国政府制定了发展新能源产业的国家战略，预计到2020年我国风电装机容量将达到1.5 亿kW。
因此，风电设备的自主研发制造已关系到国家的重大利益和能源安全，必须立足我国风电产业的自主创新，前瞻性地开展风力发电领域相关理论和技术的研究。
本文主要介绍开关磁阻电机在风力发电系统中的应用及目前风力发电机技术的现状。
详细说明了开关磁阻发电机的结构及其原理；讨论了开关磁阻发电机的控制驱动部分，并依据实验系统对开关磁阻电机进行了发电机模拟实验，并给出了部分实验结果。
二风力发电机的现状分析发电机是风力发电机组中将机械能转化成电能的装置，是将原动力与输出电能连接的工具，它不仅直接影响到输出电能的质量和效率，也影响到整个风电转换系统的性能和结构。
因此，研制和选用适合于风电转换、运行可靠、效率高、控制性能良好的发电机系统是风力发电工作的重要组成部分。
目前在风电市场，永磁同步电机和无刷双馈电机是应用的主流。
而开关磁阻电机主要作为电动机应用。
近年来，随着风力发电的快速发展，开关磁阻风力发电机的研究取得了一定的进展。
三风力发电机的指标要求[1]风力发电机的性能要从以下几个方面考虑[1]：启动风速1.启动风速：风力机风轮由静止开始转动并能连续运转的最小风速。
2.切入风速：风力机对额定负载开始有功率输出时的最小风速。
3.切入风速与输出电压的关系。
4.发电机负载电压与发电机转速的关系额定风速1.额定风速：使机组达到规定输出功率的最低风速。
2.相同额定功率时，额定风速越大风轮直径越小，开始调速的风速3.也越大，有利于控制风力发电机的运转。
4.额定风速的确定要根据风资源的情况来定，额定风速要针对某个具体的风频分布；但这样风力发电机组成本太高。
另一方面，风的分布随机性很大，在同一个地方不同位置都有很大差异；即使同一位置风频分布也会发生变化，因此一般为了适应类似地区的差别，在同一容量的机型中配备几种不同尺寸的风轮,并给出不同的额定风速。
国外一般定在风能频率最大点对应的风速点。
5.建议：把原有标准中的有关规定与国际接轨。
国外小型风力发电机的额定风速一般定在10-12米/秒的范围内。
关于年发电量计算年发电量是衡量一个风力发电机的重要参数：为了比较建议用一个统一的计算方法来计算。
有些国家把年平均风速5m/s 条件下，按照瑞利分布的风频分布，依据功率曲线来源于IEC61400-121（海平面处的环境下）计算风力发电机的年发电量。
()nAEP i i i=1W =8760F V P ⨯⨯⎡⎤⎣⎦∑()2m v 4v 2m v f v =e 2v ππ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎛⎫ ⎪⎝⎭—V ——计算段风速m V ——年平均风速风轮叶片数与风力发电机的功率1. 一个能满足风力发电机使用年限的风轮的成本占风机总成本的2. 20-30%，增加叶片数必然增大风机的成本。
3. 多叶片和三叶片相比：扭矩系数增大，最大扭矩系数对应的尖速比将减小；风轮效率增大，但增幅很小，效率最大点对应的尖速比减小。
4. 风轮功率主要取决于风速和风轮扫略面积和风轮效率。
32p 1P=V R C p 2π安全性和可控性随着小型风力发电机应用范围的扩大，它的安全问题也就越来越突出了，风力发电机的可控性是安全性的保证。
1.风轮最高转速时的安全运行，在正常风况下，风力发电机组的电气负载突然丧失时，最大可能运行的风轮转速Nmax的承受能力或过速控制能力。
2.停机功能，在正常风况下，风力发电机调向机构处于故障状态时，能够停机的功能。
3.在大于额定风速的情况下，风力发电机的控制能力大于切出风速后的大风的承受能力可靠性和耐久性考核耐久性：最低要求：在正常条件下运行六个月；必须发电满2500小时；其中：在平均电压1.2倍的条件下发电250小时；在风速15m/s（所有等级）条件下运行25小时；在风速18m/s（等级1）条件下运行25小时；说明:所有数据点的平均间隔为10分钟。
四开关磁阻电机的结构特点开关磁阻电机(Switched Reluctance Machine，简称SRM)技术是集微电子技术、电力电子技术、红外光电技术、现代电磁理论设计和制作技术为一体的高新技术，其优点是[3]：1.电机结构简单、成本低廉、调速范围宽。
SRM 为双凸极定转子结构，定子上只有几个集成绕组，转子上无绕组，转子机械弹性好。
2.各相独立工作，系统可靠性高。
SRM 可做到磁路上及电路上各相相互独立，当某相发生故障时，通过切除故障相可以保证系统继续运转。
3.功率电路可靠简单。
SRM 转矩方向只与各相通电顺序有关，而与绕组电流的方向无关，功率电路可以做到每相一个功率开关。
同时，SRM 系统中每个功率元件均与电机绕组相串联，根本上避免了直通短路的现象。
目前在高度发展的电力电子和微机控制技术支持下，SRM 已经在许多领域得到了成功应用。
开关磁阻发电机(Switched Reluctance Generator，简称SRG)作为SRM的一种，具有良好的特性，并且在风电场合可以省去齿轮箱、降低风电设备成本、提高风能利用率，所以将S R G 应用在风力发电领域具有重要的理论研究意义和实用价值。
五开关磁阻发电机的运行原理1）运行原理SRG 采用凸极定子和凸极转子的双凸极结构，定、转子铁心均由冲成一定形状齿槽的普通硅钢片叠压而成，并且定、转子极数不同。
在电机的转子上既无绕组也无永磁体，定子上设有集中绕组，径向正对两齿极上的线圈串联成一相绕组。
因此该电机可以设计成多种不同的相数结构，且定、转子数也有多种不同的搭配，如四相8/6极、三相6/4极、三相12/8极等。
图1给出了四相8/6级（左）和三相12/8级（右）的SRG的定，转子截面图。
图1SRG 定、转子截面图SRG 的运行遵循磁阻最小原理，即磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合。
当转子凸极和定子凸极中心线对准时，相绕组电感最大，磁阻最小；当转子凹槽和定子凸极中心线对准时，相绕组电感最小，磁阻最大。
转子和励磁定子的相对运动，使相绕组电感值周期性地进行变化，从而产生了电磁转矩和功率输出。
为进一步阐述SRG的工作原理，下面以三相12/8极SRG 为例进行说明。
图2 是该电机的一相电路的原理示意图，其中T1、T2 是电力电子开关，D1、D2 是二极管，E是直流电源。
假设SRG 在外力的驱动下顺时针转动，在转动到图示位置时，开关T1、T2合上，A相绕组通电，该相通过直流电源E 进行励磁。
电机内建立起以O A 为轴线的径向磁场，磁通通过定子轭、定子极、气隙、转子极、转子轭等处闭合。
通过气隙的磁力线是弯曲的，此时磁路的磁阻大于定、转子磁极轴线重合时的磁阻。
因此，转子将受到气隙中弯曲磁力线的切向磁拉力产生的转矩作用，使得转子磁极的轴线O A 有向定子A 相磁极轴线OA 运动的趋势，并受到该方向（即逆时针方向）的力矩作用，与驱动力矩方向相反，同时转子上的机械能将转化为磁能存储在磁场中。
如果此时打开A 相开关T1、T2，则A 相绕组的电流通过二极管D1、D2 进行续流，绕组内的电流方向不变，电源极性与原来相反，此时储存在磁场中的磁能将释放出来，并转化为电能，回馈至电源，从而完成了机械能与电能之间的能量转化过程。
此后如果连续不断地按A —C —B —A 的顺序分别给定子各相绕组轮流通电进行励磁，则作用在转子上的机械能将源源不断地转化为电能，实现发电运行。
图2 SRG 工作原理如要改变作用在SRG 转子上的外力方向，只需改变电机各相的励磁顺序，即沿着A —B —C — A 的方向进行通电励磁，即可维持其发电状态。
另外，从图2也可看出，SRG 转子的受力方向与相绕组的电流方向无关，而仅取决于各相绕组通电的次序。
2） SRG 等效电路首先假设：相与相间不存在电磁耦合；忽略铁心的磁滞和涡流效应；穿过气隙的极间所有磁通沿半径方向分布。
则SRG 的单相电压方程为：（1）式中：v ——定子相电压；R ——相电阻； ——相绕组的磁链（相电流i 和转子位置角的函数）因此，式（1 ）也可以写成如下形式：（2）电机的磁链可以用电感和电流的乘积表示，即：=Li ϕ （3）对式（3 ）的两端取微分，可得出：（4） 又，故式（2）可进一步写成：（5）式中：ω————转子角速度。
