基于有限元計算的雙饋風力發(fā)電機低電壓穿越運行研究.pdf

1、隨著世界經濟的迅速發(fā)展，全球對能源也有著越來越強烈的需求，風能憑借著其取之不盡，清潔可再生的優(yōu)勢成目前人們研究的熱點方向。風電裝機容量的擴大使得風電在電能供應中的地位逐漸提高，而雙饋風力發(fā)電機組脫網(wǎng)事件頻發(fā)會給電網(wǎng)的供電可靠性帶來極壞的影響。所以現(xiàn)代社會對風力發(fā)電機組的工作性能提出了高要求，特別是在電壓跌落故障下要求風電機組具備持續(xù)供電能力。本文根據(jù)電機設計理論，設計了一臺1.5MW雙饋發(fā)電機，建立了其有限元模型，并針對不同的故障和工況

2、，進行了低電壓穿越運行的仿真研究。
　　本文首先對雙饋風力發(fā)電系統(tǒng)的特點、工作狀態(tài)與原理進行了分析，給出了其數(shù)學模型，并對其工作狀態(tài)與變速恒頻發(fā)電能力進行了研究，給出了其各工況下的能量流動關系。
　　然后，結合電機設計理論與傳統(tǒng)電機設計方法，并針對雙饋發(fā)電機特點，初步設計了一臺1.5MW雙饋風力發(fā)電機，給出了該電機主要尺寸、結構與電磁參數(shù)。在Ansoft Rmxprt中建立了發(fā)電機基礎模型，進行等效電路與磁路分析，給出優(yōu)化后

3、的發(fā)電機參數(shù)。文中利用Ansoft Maxwell有限元計算軟件建立其有限元模型，給出其空載狀態(tài)與額定狀態(tài)下的各參數(shù)與電磁場分布情況，并結合 Matlab進一步分析其氣隙磁密中諧波含量。仿真結果表明，雙饋發(fā)電機設計方法的合理性和準確性，能夠作為研究其短路故障下暫態(tài)特性的基礎模型。
　　之后，根據(jù)雙饋發(fā)電機的數(shù)學模型，對其電壓跌落故障下的暫態(tài)響應進行了分析，利用已有的有限元模型為基礎，設計外電路，并導入有限元模型，進行聯(lián)合仿真分析。

4、分別對其三相短路故障時、兩相相間短路故障時的暫態(tài)特性進行了研究，對比分析了兩種故障對發(fā)電機產生沖擊的影響程度。基于Crowbar電路的保護原理及其對實現(xiàn)低電壓穿越的重要性，完成了具有不同阻值Crowbar電路的發(fā)電機三相短路故障暫態(tài)響應情況的分析。對比分析了不同投切時間對Crowbar電路保護效果的影響程度，驗證了投入Crowbar電路保護可以作為實現(xiàn)低電壓穿越的手段。
　　本文所建立雙饋發(fā)電機有限元仿真模型，其仿真計算結果較為準