高溫超導海上風力發(fā)電機勵磁繞組設計.pdf

1、風力發(fā)電是緩解世界能源和環(huán)境危機的重要技術。其發(fā)展受到發(fā)電成本偏高和陸上風能資源有限的制約，研制大容量海上風力發(fā)電機成為解決這兩個問題的重要途徑。高溫超導發(fā)電機具有體積小、重量輕、效率高等突出優(yōu)勢，是大容量海上風力發(fā)電機的重點研究方向之一。本文在國家863計劃資助下，結合海上風力發(fā)電機的運行特性，從電磁設計、動態(tài)穩(wěn)定性分析、失超保護和制冷系統等方面對高溫超導風力發(fā)電機的超導勵磁繞組設計開展了系統的研究工作。電磁設計是高溫超導風力發(fā)電機勵

2、磁繞組設計的核心。本文在863項目組提出的超導風力發(fā)電機整體電磁設計方案的基礎上，以調研和實驗測試得到的高溫超導帶材基本特性分析數據為支撐，結合MATLAB和有限元軟件COMSOL，利用遺傳算法對超導勵磁繞組的電磁和結構參數進行優(yōu)化，得出了超導帶材用量最少并滿足磁通密度要求的電磁設計方案。根據電磁設計方案，以減少漏熱和保證超導勵磁繞組的可靠運行為原則，對電流引線進行了優(yōu)化設計，并計算出單根電流引線的漏熱參數。
　　本研究結合發(fā)電機

3、組的運行特點和超導風力發(fā)電機的各項設計參數，通過理論分析和模擬仿真，研究了超導勵磁繞組在三相短路故障和風速波動兩種狀態(tài)下的穩(wěn)定性。三相短路故障后超導勵磁繞組的峰值電流低于超導帶材的臨界電流，但是短路引起的勵磁電流變化速率很快，可能會導致超導勵磁繞組失超。分析結果表明，風速波動會增大超導勵磁繞組的交流損耗，影響超導風力發(fā)電機的穩(wěn)定運行。為保證超導發(fā)電機的可靠性，本文結合可調節(jié)輸出功率的制冷系統和高屏蔽率的屏蔽筒兩種措施來提高勵磁繞組的動態(tài)

4、穩(wěn)定性。在對比研究不同制冷方法的基礎上，結合超導風力發(fā)電機的結構特點，設計出符合勵磁繞組運行要求的制冷系統。并采取新型結構的力矩傳導筒、多層絕熱材料和半雙層輻射屏等多個措施降低制冷系統的熱負荷，從而提高超導發(fā)電機的整體效率。根據制冷系統設計方案和熱負荷計算結果，進行了制冷機選型和氦氣流量參數計算。研究了超導發(fā)電機的失超機理，然后對比不同失超檢測方法的優(yōu)缺點，最終選擇有源功率法和光纖測溫法相結合的方式進行失超檢測。根據高溫超導帶材的性能特