永磁同步發(fā)電機及仿真介紹1)一般性介紹（性能、結構、特點）2)數學模型及仿真模塊3)仿真分析永磁風力發(fā)電機是一種同步發(fā)電機，與大電網中的發(fā)電機屬同一類型，所不同的是，它用永磁體替代普通發(fā)電機的勵磁，省去電刷滑環(huán)，結構簡單可靠，同時也節(jié)約了勵磁功率，提高了發(fā)電機效率。隨著風電機轉速的變化，永磁風力發(fā)電機所發(fā)電力的頻率也是不斷變化的，所以還必須用一臺全功率的變頻器，將這些電能改變?yōu)楹泐l恒壓的交流電，才能輸入電網。永磁風力發(fā)電機的一般特點1.直驅永磁同步發(fā)電機2.稀土永磁電機3.復合勵磁稀土永磁電機4.同步異步二次發(fā)電風電系統(tǒng)5.新型永磁無刷直流發(fā)電機6.濃縮風能型風力發(fā)電機永磁發(fā)電機具有以下顯著特點：1.體積小，重量輕轉子部分采用高磁場的永磁體取代電磁線圈，永磁體的體積要小得多，因此該發(fā)電機的體積和重量要小于常規(guī)電勵磁發(fā)電機。2.效率高，節(jié)能效果顯著由于永磁體能產生恒定不變的磁場，這樣就省去了勵磁耗能，因此PMG系列單相永磁同步發(fā)電機比常規(guī)電勵磁發(fā)電機明顯節(jié)約能量。其效率能提高10—15%，燃油消耗率降低20%，是一種節(jié)能產品。3.電壓波形質量好，適用于各種負載情況。由于采用機電一體化技術，發(fā)電機在各種不同負載（包括感性和容性負載）情況下都可使電壓波形畸變率保持在較小的范圍內。4.電機過載能力強，適合于在惡劣環(huán)境下工作。電機的損耗小，溫升低，過載能力強，更適合于在各種惡劣環(huán)境下工作。5.無電刷，結構簡單，可靠性高，使用壽命長。無電刷和滑環(huán)，同時轉子上既無線圈，也無電子元器件，轉子上的永磁磁體和鐵心固定成為一個剛性整體，結構非常簡單，其可靠性和使用壽命都遠優(yōu)于常規(guī)的電勵磁發(fā)電機。6.電磁干擾小，電磁兼容性好。電機的電磁噪聲極小，對通訊設備和電子儀器的干擾非常微小，其影響幾乎可忽略不計。直驅永磁同步發(fā)電機優(yōu)點永磁同步發(fā)電機并網的總體設計方案，其優(yōu)點如下：（1）由于傳動系統(tǒng)部件的減少，提高了風力發(fā)電機組的可靠性和可利用率；（2）永磁發(fā)電技術及變速恒頻技術的采用提高了風電機組的效率；（3）機械傳動部件的減少降低了風力發(fā)電機組的噪音；（4）可靠性的提高降低了風力發(fā)電機組的運行維護成本；（5）機械傳動部件的減少降低了機械損失，提高了整機效率；（6）利用變速恒頻技術，可以進行無功補償；（7）由于減少了部件數量，使整機的生產周期大大縮短。該機型采用了多種創(chuàng)新設計技術，與目前國際市場上現(xiàn)有的直接驅動機型相比，具有以下優(yōu)點：（1）發(fā)電機效率高，變速范圍寬（11rpm－20rpm）；（2）無勵磁損失；（3）無碳刷和滑環(huán)，減少了維護量，提高了可利用率；（4）發(fā)電機結構緊湊，尺寸小；（5）變槳系統(tǒng)采用帶傳動，無需潤滑，免維護；（6）變槳系統(tǒng)采用無刷交流電機，電容作為后備電源，壽命長，免維護；（7）變頻裝置采用經過驗證的成熟技術，諧波分量低。（8）機艙結構設計采用了人性化設計方案，盡可能地方便運行人員檢查維修，在設計中加入爬升助力機構，使運行人員在維護過程中攀登梯子時變得格外輕松。直驅機組配置(1)Rotorblade(2)Castedhub(3)Bladepitchsystem(4)Generatorrotor(5)Generatorstator(6)Yawingsystem(7)Windmeasurementsystem(8)Machinebase(9)Tower(10)Auxillarywinch(2)輪轂2(3)變槳系統(tǒng)3(1)葉輪葉片1(7)風速風向采集系統(tǒng)7(6)偏航系統(tǒng)6(5)發(fā)電機定子5(4)發(fā)電機轉子（外轉子）4(8)底板8(9)塔架9(10)提升機10AllaWECneeds…AllaWECneeds…失效－安全、自調節(jié)、空氣冷卻磁鋼Magnets外轉子發(fā)電機:

大的外表面，利于散熱自然冷卻,不必使用強迫風冷鐵芯疊片Laminatedcore繞組Winding風Wind通風道Coolingchannel定子Stator轉子Rotor機組配置電機理論：p=60f/n0發(fā)電機結構：D=2P?電機設計：PN=1/C*ND2lAllaWECneeds…高效的變流裝置（變頻）EfficientfrequencyconverterNoaudiofrequencysuppressorrequired智能的電網及設備保護低的電網載荷–內置電網濾波符合EON-準則能夠抵御電網故障發(fā)電機、塔架沒有高頻載荷無需音頻抑制器Intelligentelectronicsprotectgridanddevice:Lowgrid-load–integratedgridfilterComplieswithnewEON-directiveInsensitivetogridfailureNoHFloadofgeneratorandtower機組配置AllaWECneeds…Efficientfrequencyconverter高效的變流裝置（變頻）電網掉電不會產生峰值扭矩50Hz或60Hz電網頻率的不同將不需要更改硬件設備高變速范圍（11～20RPM)并網時無沖擊電流高效的二極管整流Notorquepeaksincaseofgridfailure50or60HzlinefrequencywithouthardwaremodificationHighvariablespeedrange(10–201/min)GridconnectionnocurrentpeakHighefficiencywithdioderectifiers機組配置稀土永磁電機：(1)1967年美國發(fā)明了第一代稀土永磁釤鈷，其矯頑力比鐵氧體永磁大三倍，用這種永磁體制造的電機，功率密度大，還可以制成大功率的電機，我們將這類電機跟鐵氧體或鋁鎳鈷制造的電機區(qū)別開來，稱為稀土永磁電機。(2)稀土永磁同步發(fā)電機，采用稀土永磁材料制造，在運行過程中,由于取消了全套轉子繞線,使其能有效地消除在運行過程中由勵磁繞組引起的銅耗,降低發(fā)電機工作升溫,提高發(fā)電機工作效率，發(fā)電效率高出普通磁材5倍以上，而且長期使用不退磁。(3)目前第三代稀土永磁釹鐵硼，其磁性能比釤鈷更好，其磁能積相當于鐵氧體的十倍，而價格卻低于釤鈷的一半以下稀土永磁電機（4）稀土永磁同步發(fā)電機具有高效、節(jié)能、結構簡單、維修方便的特點。與同重量的勵磁發(fā)電機相比,其單位重量發(fā)電機輸出功率可增加40%以上。而其良好的負載性能,不論是“電感性、電容性負載,還是電阻性負載”,其電壓波形與空載基本一致,幾乎無失真,克服了電勵磁發(fā)電機帶負載后波形會產生畸變的不足同步異步二次風力發(fā)電機同步異步二次風力發(fā)電機有二次發(fā)電過程，第一次是同步發(fā)電，第二次是異步發(fā)電。其原理是，首先用無齒輪化永磁同步發(fā)電機實現(xiàn)一次發(fā)電，與無齒輪箱變速永磁風力發(fā)電機的技術方案基本相同；第二步，則用PCT異步發(fā)電機系統(tǒng)代替永磁風力發(fā)電機的全功率變頻器，不需要整流成直流然后變頻，大部分電能直接通過升頻、穩(wěn)頻的二次發(fā)電，得到恒頻恒壓電能，輸送到電網。為什么不簡單化地采用現(xiàn)有的永磁同步方式發(fā)電，要搞二次發(fā)電呢？其目的是為了盡量減少風力機機艙重量和制造成本，二次發(fā)電系統(tǒng)中的永磁發(fā)電機比現(xiàn)有永磁發(fā)電機更輕巧更便宜；且它所發(fā)的是低頻三相交流電，然后將該低頻三相交流電引入PCT異步發(fā)電機進行二次發(fā)電，升頻、穩(wěn)頻成為恒頻恒壓的工頻電流輸入電網。本系統(tǒng)的二次發(fā)電起先是源于無齒輪箱永磁同步發(fā)電，所以永磁同步發(fā)電的無齒輪箱優(yōu)點也保留了下來，同時，可以合理估算出，PCT異步發(fā)電機及其配置的變頻器，二者加起來的成本，還沒有原來永磁發(fā)電機組中的一臺全功率的變頻器高，所以同步異步二次風力發(fā)電機的發(fā)電機和變頻器成本都有所下降，總的性價比還優(yōu)于無齒輪箱永磁同步發(fā)電機。新型永磁無刷直流發(fā)電機(2)新型發(fā)電機的電壓波形象直流發(fā)電機一樣平滑,卻沒有易磨損的換向裝置,它也采用了永磁體勵磁,但其電壓調整率比同步發(fā)電機低.(1)新型無刷直流發(fā)電機采用轉子永磁體勵磁（外電樞結構）二極管組成電子換向器以進行換向.(3)新型無刷直流發(fā)電機不但具有了直流發(fā)電機的電壓波形平穩(wěn)的優(yōu)點而且也具有了永磁同步發(fā)電機壽命長、效率高的優(yōu)點，從而更加適合在風力發(fā)電系統(tǒng)中應用。(4)新型風力發(fā)電機和同步發(fā)電機相比具有電壓調整率低、電壓波形平穩(wěn)的優(yōu)點；和直流發(fā)電機相比，具有無機械換向裝置、換向容易、使用壽命長等優(yōu)點。濃縮風能型風力發(fā)電機1.導入濃縮風能理論與技術,使呈湍流運動的自然風得到加速、整流，品質提高后驅動葉輪發(fā)電!使機組切入風速降低；發(fā)電機輸出功率增加，自然風的利用率提高，機組噪音降低，機組安全性提高，尾流效應變小，機組壽命延長。2.濃縮風能型風力發(fā)電機可使自然風增速為原來的1.367倍以上；發(fā)電機輸出功率增加為2.554倍.數學仿真部分風力發(fā)電機仿真模塊隨機風速輸入隨機風速時的滑差s動態(tài)波形同步發(fā)電機數學模型電壓平衡方程式電磁暫態(tài)數學模型

發(fā)電機電磁轉矩勵磁調節(jié)系統(tǒng)數學模型

勵磁調節(jié)系統(tǒng)框圖可控硅調節(jié)系統(tǒng)方程式

②放大環(huán)節(jié)③勵磁環(huán)節(jié)④軟反饋環(huán)節(jié)①測量環(huán)節(jié)仿真分析風力發(fā)電機的處理

當風機并網運行時，所發(fā)有功功率的大小只與風速有關，而與負荷變化無關。當電網電壓、有功功率和無功功率變化時，只能由電網的同步發(fā)電機所配勵磁系統(tǒng)和調速系統(tǒng)調節(jié)。異步發(fā)電機所配的氣動設備和能量傳遞裝置是不參與調節(jié)的。因此風力發(fā)電機整體是一