《複合轉子結構高效變速恆頻風力發電機系統研究》是依託哈爾濱工業大學，由宋立偉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：複合轉子結構高效變速恆頻風力發電機系統研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：宋立偉
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目研究一種用於直驅式變速恆頻風力發電系統的複合轉子結構發電機。該電機通過行星齒輪將兩台電機的轉子的結合起來，行星架作為電機輸入軸與風力機直接連線，行星齒輪外框架作為輔助調速電機轉子，太陽輪作為永磁同步發電機轉子。該電機的特點是電氣傳動系統與機械傳動系統的有機結合，將增速齒輪箱嵌入電機內部，在電機輸入轉速變化時，通過行星齒輪的差速調節實現發電機輸出頻率的恆定，省略了傳統風電系統中獨立的增速齒輪箱和發電機與電網之間的交-直-交變頻環節，簡化了系統的構成；並通過輔助調速電機可以平衡外部輸入機械功率與發電機功輸出率之間的不平衡，提高風能轉換效率。本項目通過對電機的各種結構形式進行分析，對電磁系統與機械系統耦合的設計方法和匹配技術進行研究，最佳化電磁系統參數與機械系統的參數，充分發揮兩種系統的特點，探求該電機的最佳運行模式及控制策略，使該電機能夠與風力機及電網參數得到最佳匹配。
結題摘要
本課題屬於風電領域，研究了一種新型的風力發電系統，借鑑雙饋風力發電的變速恆頻思想與直驅風力發電系統的結構，採用行星齒輪將風力機功率在兩台永磁電機間進行合理分配並饋送電網。直驅風力發電系統與雙饋風力發電系統是現階段主要的兩種風力發電系統，雙饋風力發電系統連線在風力機與發電機之間的多級齒輪箱需要定期維護，雙饋電機的電刷、滑環需要定期更換，影響雙饋系統的成本及可靠性；直驅系統發電機直接與風力機相連，導致發電機的轉速低，體積大，成本高，另外直驅系統發電機與電網之間連有與發電機同樣功率等級的變流器，該全功率變流器成本高，體積大。本課題利用行星齒輪的功率分配特性，將風力機、發電機以及一台調速電機通過行星齒輪連線起來，省去了直驅系統中的全功率變流器，實現了將發電機直接併網，採用單級行星齒輪，系統的可靠性提高，具有研究開發價值。 主要工作包括根據風力機輸出特性，確定該系統參數匹配方法，給出功率流分配理論分析，提出兩台永磁電機的性能指標並完成電磁分析與樣機本體設計製造。分析了不同工況下兩台電機的工作模式與功率流的變化，提出全風況下轉速－轉矩模式控制策略，低於額定風速時調速電機轉速控制能夠實現發電機恆頻併網，高於額定風速時通過控制調速電機轉矩限制發電機輸出有功功率在額定值附近，對控制策略進行仿真研究，給出轉速－轉矩控制平滑切換規則。 兩台永磁電機功率分別為12kW和2kW，完成一輪樣機製造，搭建了系統小功率實驗平台，多次反覆進行併網操作驗證系統結構的可行性，併網後保持系統長時間運行驗證其穩定可靠性。當風力機輸入功率改變時，通過控制調速電機驗證行星齒輪進行功率分配的有效性。課題所研究的新型風力發電系統通過機電耦合的方式實現變速恆頻，亞風速以下時調速電機雖然從電網吸收能量，但這部分能量通過行星齒輪傳遞給發電機最後饋送電網。未來的工作可在系統電機本體設計上在一定風速範圍內探求發電機與調速電機最佳參數配皮做進一步最佳化，同時系統控制策略上可引進先進算法，改善動態性能。
