電氣無(wú)線變速雙功率流風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵基礎(chǔ)研究.pdf

1、電氣無(wú)級(jí)變速雙功率流風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，以電氣無(wú)級(jí)變速器(ElectricalVariableTransmission，簡(jiǎn)稱EVT)取代傳統(tǒng)的機(jī)械增速齒輪箱，結(jié)合了永磁直驅(qū)和雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，可拓寬風(fēng)電機(jī)組的適宜工作風(fēng)速范圍，當(dāng)風(fēng)速在適宜范圍內(nèi)變化時(shí)，通過(guò)電氣無(wú)級(jí)變速的方式，使發(fā)電機(jī)工作在恒定的同步速度，因此該風(fēng)電系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)的要求大大降低，可采用常規(guī)的同步發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)輸出恒頻正弦波電能，完全沒(méi)有諧波污染問(wèn)題。本文以電氣無(wú)級(jí)變速雙

2、功率流風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為研究對(duì)象，內(nèi)容涉及系統(tǒng)原理分析、EVT電機(jī)設(shè)計(jì)、雙功率流風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制策略和基于滑模觀測(cè)器(SlidingModeObserver，簡(jiǎn)稱SMO)的內(nèi)轉(zhuǎn)子無(wú)位置傳感器控制等。針對(duì)EVT電機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)，提出了電磁-熱一機(jī)械多物理場(chǎng)耦合分析模型對(duì)EVT電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，制作了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，構(gòu)建了雙功率流風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的測(cè)試平臺(tái)和數(shù)字化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，開(kāi)展了基于單電流環(huán)壓頻控制(v/f)、雙閉環(huán)矢量控制和SMO無(wú)位置傳感器控制的內(nèi)轉(zhuǎn)

3、子調(diào)速實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了系統(tǒng)的工作原理和控制策略，為EVT電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電和無(wú)級(jí)變速領(lǐng)域中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　論文主要研究成果包括以下幾個(gè)方面：
　　1.分析了電氣無(wú)級(jí)變速雙功率流風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理，系統(tǒng)工作流程和EVT工作模式，推導(dǎo)了應(yīng)用于該系統(tǒng)的最多風(fēng)能吸收原理；
　　2.提出了電磁-熱-機(jī)械的多物理場(chǎng)耦合分析算法，建立了電路-磁場(chǎng)的聯(lián)合仿真模型，研究了EVT電機(jī)的設(shè)計(jì)方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提出的多

4、物理場(chǎng)耦合分析算法的有效性；
　　3.采用二維(2-dimensional，簡(jiǎn)稱2D)有限元法研究了雙層表貼外轉(zhuǎn)子式EVT電機(jī)的電磁性能，對(duì)樣機(jī)的過(guò)載能力、抗去磁能力、極弧系數(shù)以及溫度效應(yīng)等進(jìn)行了分析；
　　4.采用2D有限元法，提出了簡(jiǎn)化的熱接觸模型并考慮了兩處典型的熱接觸效應(yīng)，分析了EVT樣機(jī)的溫度分布，推導(dǎo)了電機(jī)散熱系統(tǒng)中的流體分布與對(duì)流散熱系數(shù)，設(shè)計(jì)了一種在內(nèi)轉(zhuǎn)子齒部安裝通風(fēng)孔的強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱系統(tǒng)；
　　5.采用

5、解析法和2D有限元法，根據(jù)電磁分析中的電磁參數(shù)和熱分析中的溫度參數(shù)，對(duì)外轉(zhuǎn)子的機(jī)械性能進(jìn)行了分析，對(duì)無(wú)緯玻璃絲帶的厚度進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)；
　　6.推導(dǎo)了應(yīng)用于該系統(tǒng)的改進(jìn)風(fēng)能利用系數(shù)，提出了EVT電機(jī)外轉(zhuǎn)子最大風(fēng)能跟蹤(MaximumPowerPointTracking，簡(jiǎn)稱MPPT)和內(nèi)轉(zhuǎn)子調(diào)速控制策略，基于Matlab/Simulink建立了EVT電機(jī)和雙功率流風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型，通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)研究深入分析了系統(tǒng)不同工作流程