分布式永磁直驱风力发电机组(永磁直驱风力发电系统)

永磁直驱风力发电系统

利用风力带动风力机叶片旋转，拖动直驱风力永磁电机的转子旋转，实现发电。

永磁直驱风力发电系统中不需要

永磁直驱发电机顾名思义是在传动链中不含有增速齿轮箱，仅仅依靠增加磁极对数使得电机的额定转速下降达到转速调节的目的，由于不需齿轮箱，所以称之为直驱。

　　永磁直驱风力发电机由于机械损耗小、运行效率高、维护成本低等优点成为继双馈感应风电机组之后的有一重要风力发电机型受到广泛关注，并逐渐开始投入使用。

永磁直驱风力发电系统中不需要()部件

风力发电用永磁电机马达好

采用永磁同步发电机的风力发电系统具有以下特点：

1）永磁同步发电机系统不需要励磁装置，具有重量轻、效率高、功率因数高、可靠性好等优点；

2）变速运行范围宽，即可超同步运行也可以亚同步运行；

3）转子无励磁绕组，磁极结构简单、变频器容量小，可以做成多极电机；

4）同步转速降低，使风轮机和永磁发电机可直接耦合，省去了风力发电系统中的齿轮增速箱，减小了发电机的维护工作并降低噪声，使直驱永磁风力发电机系统。

永磁直驱风力发电系统原理图

直驱技术目前并不成熟，主要问题集中在变桨和变流上，机械问题主要在发电机轴承。直驱坐的越大 发电机也越大 不方便运输和吊装

永磁直驱风力发电系统设计的仿真怎么做

半直驱概念是在直驱与双馈风电机组在向大型化发展过程中遇到的问题而产生的，兼顾有二者的特点。

半直驱风力发电机与直驱风力发电机的区别：

一、二者的原理不同，

1、直驱式风力发电机是一种由风力直接驱动发电机，亦称无齿轮风力发动机，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。

2、半直驱风力发电机采用一级或两级增速齿轮箱，多极同步发电机，全容量变流。此外，为了减轻机舱的重量，半直驱风力发电机组多为紧凑型机型，也就是取消低速轴或将低速轴的长度减小，增速箱输出轴与发电机主轴直联。

二、二者的优势不同

1、直驱式风力发电机组没有齿轮箱，减少了传动损耗，提高了发电效率，尤其是在低风速环境下，效果更加显著。

2、半直驱的发电机转速高。这个特点决定了半直驱一方面能够提高齿轮箱的可靠性与使用寿命，同时相对直驱发电机而言，能够兼顾对应的发电机设计，改善大功率直驱发电机设计与制造条件。

三、二者的结构不同，

1、直驱式风力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。由于齿轮箱是在兆瓦级风力发电机中属易过载和过早损坏率较高的部件，因此，没有齿轮箱的直驱式风力发动机。

2、半直驱概念是在直驱与双馈风电机组在向大型化发展过程中遇到的问题而产生的，兼顾有二者的特点。从结构上说半直驱可与双馈是类似的，具有布局形式多样的特点，同时目前研究中的无主轴结构还具有与直驱相似的外形。

永磁直驱风力发电系统并网控制策略为题的开题报告

风力发电正在世界上形成一股热潮，风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行，我国也在西部地区大力提倡。因为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染，是一种特别好的发电方式。 风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。

风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。

风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；我国近几年风电产业突飞猛进。小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：风力发电机+充电器+数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。

风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。

机械连接与功率传递水平轴风机桨叶通过齿轮箱及其高速轴与万能弹性联轴节相连,将转矩传递到发电机的传动轴,此联轴节应按具有很好的吸收阻尼和震动的特性，表现为吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移，并且联轴器可阻止机械装置的过载。另一种为直驱型风机桨叶不通过齿轮箱直接与电机相连风机电机类型。 风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。广义地说，它是一以大气为工作介质的能量利用机械。

机舱：机舱包容着风力发电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风力发电机塔进入机舱。机舱左端是风力发电机转子，即转子叶片及轴。

转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风力发电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20米，而且被设计得很像飞机的机翼。

轴心：转子轴心附着在风力发电机的低速轴上。

低速轴：风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风力发电机上，转子转速相当慢，大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。

齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。　高速轴及其机械闸：高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风力发电机被维修时。

发电机：通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风力发电机上，最大电力输出通常为500至1500千瓦。　偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来感觉风向。图中显示了风力发电机偏航。通常，在风改变其方向时，风力发电机一次只会偏转几度。

电子控制器：包含一台不断监控风力发电机状态的计算机，并控制偏航装置。为防止任何故障（即齿轮箱或发电机的过热），该控制器可以自动停止风力发电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作员。

液压系统：用于重置风力发电机的空气动力闸。

冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机。此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油。一些风力发电机具有水冷发电机。

塔：风力发电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。

风速计及风向标：用于测量风速及风向 前言　　第1章绪论1　　1 1风能利用及风力发电历史2　　1 2中国风能资源与开发前景4　　1 2 1风能特点4　　1 2 2我国风能资源分布特点及　　开发前景5　　1 2 3风电发展概况7　　1 3风力发电技术现状与发展8　　1 3 1风力发电机组的类型8　　1 3 2大型水平轴并网风电机组的　　基本结构10　　1 3 3风力发电技术的发展状况11　　1 4风电机组相关设计标准14　　1 4 1国际电工委员会标准14　　1 4 2国外主要风电标准15　　1 4 3中国主要风电标准16　　思考题17　　第2章风能及其转换原理18　　2 1风的种类及其特性18　　2 1 1风的形成及其基本特性18　　2 1 2全球性的风21　　2 1 3地方性的风22　　2 1 4平均风23　　2 1 5脉动风27　　2 1 6极端风29　　2 1 7地形地貌对风的影响31　　2 2风的测量与估计32　　2 2 1风向的测量33　　2 2 2风速的测量33　　2 2 3风能估计34　　2 3风能资源评估及风电场选址概述37　　2 3 1风能资源评估38　　2 3 2风电场选址38　　2 4风能转换基本原理40　　2 4 1叶片上的气动力40　　2 4 2风能转换基础理论42　　2 5风力机的特性46　　2 5 1风轮空气动力特性46　　2 5 2风力机的运行特性47　　2 5 3实度对风力机特性的影响48　　思考题50　　第3章风力发电机组的结构51　　3 1水平轴风电机组概述51　　3 1 1风电机组的基本结构、性能　　和类型51　　3 1 2风电机组主要参数56　　3 1 3风电机组设计级别60　　3 2风轮61　　3 2 1叶片61　　3 2 2轮毂66　　3 2 3变桨机构67　　3 3风电机组传动系统69　　3 3 1风轮主轴69　　3 3 2增速齿轮箱71　　3 3 3轴的连接与制动79　　3 4机舱、主机架与偏航系统80　　3 4 1机舱80　　3 4 2主机架80　　3 4 3偏航系统81　　3 5塔架与基础84　　3 5 1塔架84　　3 5 2陆上风电机组的基础88　　3 5 3海上风电机组的基础90　　3 6风电机组其他部件91　　思考题91　　第4章风力发电机92　　4 1发电机的工作原理92　　4 1 1发电机的基本类型92　　4 1 2直流发电机的基本工作原理94　　4 1 3同步交流发电机的基本工作　　原理95　　4 1 4异步交流发电机的基本工作　　原理97　　4 2风力发电系统中的发电机98　　4 2 1并网风电机组使用的发电机99　　4 2 2离网风电机组使用的发电机100　　4 3并网风力发电机101　　4 3 1同步发电机101　　4 3 2异步发电机103　　4 3 3双馈异步发电机104　　4 3 4直驱型发电机107　　思考题110　　第5章风力发电机组的控制及安全　　保护111　　5 1风力发电机组的控制技术111　　5 1 1风力发电机组的基本控制　　要求111　　5 1 2风力发电机组的控制系统　　结构114　　5 1 3风力发电机组的运行控制　　过程115　　5 2风力机控制117　　5 2 1风力机控制的空气动力学　　原理117　　5 2 2定桨距风力机控制118　　5 2 3变桨距风力机控制119　　5 2 4功率控制121　　5 3发电机控制123　　5 3 1风力发电机控制要求123　　5 3 2异步风力发电机控制124　　5 3 3双馈式发电机控制129　　5 3 4直驱式发电机控制132　　5 4风力发电机组信号检测135　　5 4 1风速及风向信号检测135　　5 4 2转速信号检测135　　5 5控制系统的执行机构136　　5 5 1制动保护系统137　　5 5 2变桨距执行系统137　　5 5 3偏航系统139　　5 6风电机组的安全保护140　　5 6 1风电机组安全保护系统设计140　　5 6 2风电机组安全链系统141　　5 6 3风力发电机组防雷保护142　　思考题143　　第6章垂直轴风力发电机组145　　6 1垂直轴风力发电机组及其发展　　概况145　　6 1 1垂直轴风力发电机组的发展　　概况145　　6 1 2垂直轴风力机的类型146　　6 1 3垂直轴风力机的主要特点148　　6 2垂直轴风力机基本原理149　　6 2 1阻力型垂直轴风力机149　　6 2 2升力型垂直轴风力机151　　6 3水平轴与垂直轴风力机的对比152　　思考题153　　第7章离网风力发电系统154　　7 1离网风力发电机组的应用154　　7 1 1向大用户直接供电154　　7 1 2向农户、村落、农牧场供电155　　7 2微、小型风力发电机组结构156　　7 2 1叶片与风轮157　　7 2 2调速装置157　　7 2 3调向装置158　　7 2 4发电机159　　7 2 5塔架160　　7 2 6蓄电池160　　7 2 7控制器和逆变器160　　7 3互补发电系统160　　7 3 1风 光互补发电系统160　　7 3 2风力发电机与蓄电池系统162　　7 3 3风力 柴油互补发电系统164　　7 4储能装置166　　7 4 1蓄电池166　　7 4 2抽水蓄能170　　7 4 3飞轮储能170　　7 4 4超导储能171　　7 4 5其他储能方式171　　思考题171　　附录风力发电名词术语汉英对照172　　参考文献178

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永磁直驱风力发电系统变流器控制

开环pwm调速的基本原理是脉冲宽度调制脉冲宽度调制（ PWM）是英文“Pulse Width Modulation” 的缩写，简称脉宽调制。它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用于测量，通信，功率控制与变换等许多领域。

一种模拟控制方式，根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定。

脉冲宽度调制（PWM ）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。

PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有（ON），要么完全无（OFF）。

电压或电流源是以一种通（ON）或断（OFF）的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。

永磁直驱风力发电系统组成

　　直驱风力永磁电机的基本原理，就是利用风力带动风力机叶片旋转，拖动直驱风力永磁电机的转子旋转，实现发电。永磁直驱风力发电系统和笼型变速恒频风力发电系统类似，只是所采用的发电机为永磁式发电机，转子为永磁式结构，不需外部提供励磁电源，提高了效率。它的变频恒速控制是在定子回路中实现的，把永磁直驱发电机的变频的交流电通过变频器转变为电网同频的交流电，实现风力发电的并网，因此变频器的容量与系统的额定容量相同。

永磁直驱风力发电系统特点

永磁同步直驱电机的优点:

1.效率高：

在转子上嵌入永磁材料后，在正常工作时转子与定子磁场同步运行，转子绕组无感生电流，不存在转子电阻和磁滞损耗，提高了电机效率。

2.功率因数高：

永磁同步电机转子中无感应电流励磁，定子绕组呈现阻性负载，电机的功率因数近于 1，减小了定子电流，提高了电机的效率。

同时功率因数的提高，提高了电网品质因数，减小了输变电线路的损耗，输变电容量也可降低，节省了电网投资。

3.起动转矩大：

在需要大起动转矩的设备中，可以用较小容量的永磁电机替代较大容量的Y系列电机。

如果37kw永磁同步电机代替45kW～55kW的Y系列电机，较好地解决了“大马拉小车”的现象，节省了设备投入费用，提高了系统的运行效能。

4.力能指标好 ：

Y系列电机在60％的负荷下工作时，效率下降15％，功率因数下降30％，力能指标下降40％；

而永磁同步电机的效率和功率因数下降甚微，当电机只有20％负荷时，其力能指标仍为满负荷的80％以上。

5.温升低：

转子绕组中不存在电阻损耗，定子绕组中几乎不存在无功电流，因而电机温升低。

6 .体积小，重量轻 ，耗材少：

同容量的永磁同步电机体积、重量、所用材料可以减小30％左右。

7.可大气隙化，便于构成新型磁路。

8 .电枢反应小 ，抗过载能力强。

永磁同步直驱电机的缺点:

1.不可逆退磁问题:

如果设计或使用不当，永磁同步电机在过高或过低温度时，在冲击电流产生的电枢反应作用下，或在剧烈的机械振动时有可能产生不可逆退磁，或叫失磁，使电机性能下降，甚至无法使用。

因此，既要研究开发适用于电机制造厂使用的检查永磁材料热稳定性的方法和装置，又要分析各种不同结构型式的抗去磁能力，以便设计和制造时，采用相应措施保证永磁同步电机不失磁。

2.成本问题:

铁氧体永磁同步电机由于结构工艺简单、质量减轻，总成本一般比电励磁电机低 ，因而得到了广泛应用。

由于稀土永磁目前的价格还比较贵，稀土永磁电机的成本一般比电励磁电机高，这需要用它的高性能和运行费用的节省来补偿。

在设计时既需要根据具体使用场合和要求进行性能、价格的比较后取舍，又要进行结构工艺的创新和设计优化，以降低成本。

3 .控制问题:

永磁同步电机不需外界能量 即可维持其磁场，但这也造成从外部调节、控制其磁场极为困难。

但是随着MOSFET、IGBT等电力电子器件和控制技术的发展，大多数永磁同步电机在应用中，可以不进行磁场控制而只进行电枢控制。

设计时需把永磁材料、电力电子器件和微机控制三项新技术结合起来，使永磁同步电机在崭新的工况下运行。