电励磁双凸极风力发电系统

1、电励磁双凸极风力发电机电励磁双凸极风力发电机2011年年10月月30日日风力发电特性风力发电特性321电励磁双凸极风力发电机电励磁双凸极风力发电机风力发电机现状风力发电机现状CONTENTS一般风力发电装置主要由风力机、传动系统、发电机、储能设备、控制保护系统和塔架等组成。 风力机是风力发电系统中将风能转化为机械能的装置，贝茨理论(Betz theory)表明：一个理想风轮的最大风能利用系数 。当风速和风机的各个参数确定后，风机的输出功率与转速的关系曲线为：max=0.593pC所以风力发电机能否调节转速，达到风能的最大功率追踪是提高风力发电系统效率的重要因素。 风力机特性风力机特性风力发电机

2、现状风力发电机现状 发电机是风力发电机组中将机械能转化为电能的装置，是将原动力与输出电能相连接的工具，它不仅直接影响到输出电能的质量和效率，也影响到整个风电转换系统的性能和装置的结构。因此，研制和选用适合于风电转换、运行可靠、效率高、可控制性好且供电质量优良的发电机系统是风力发电工作的一个重要组成部分。目前，风力发电机有以下几种类型：恒速风力发电机系统 风力发电机现状风力发电机现状采用了笼型异步发电机，发电机通过变压器直接接入电网因为笼型异步发电机只能工作在额定转速之上很窄的范围内，所以通常称为恒速风力发电机 有限变速风力发电机系统 风力发电机现状风力发电机现状也称高转差率异步发电机系统，发电

3、机采用绕线式异步发电机。绕线式异步发电机转子外接可变电阻，其工作原理是通过电力电子装置调整转子回路的电阻，从而调节发电机的转差率，使发电机的转差率可增大至10，实现有限变速运行，提高输出功率。然而，由于外接电阻消耗了大量能量，电机效率降低了有刷双馈异步发电机变速恒频风力发电系统 风力发电机现状风力发电机现状发电机采用绕线式异步发电机，采用变速恒频控制方案。流过转子回路的功率是双馈发电机的转速运行范围所决定的转差功率。电励磁同步发电机变速恒频直驱风力发电系统 风力发电机现状风力发电机现状发电机为电励磁同步发电机。电压源型逆变器的直流侧提供电机转子绕组的励磁电流，发电机发出的是电压和频率都在变化的

4、交流电，经整流逆变后变成恒压恒频的电能输入电网 永磁同步发电机变速恒频直驱风力发电系统风力发电机现状风力发电机现状电机采用永磁同步发电机。永磁体代替电励磁同步发电机的励磁绕组，发出也的是电压和频率都在变化的交流电，经整流逆变后变成恒压恒频的电能输入电网 一级齿轮箱驱动永磁同步发电系统风力发电机现状风力发电机现状 随着风机单机容量的增大，齿轮箱的高速传动部件故障问题日益突出，于是没有齿轮箱而将主轴与低速多极同步发电机直接相接的直驱式布局应运而生但是，低速多极发电机重量和体积均大幅增加为此，采用折中理念的半直驱布局在大型风力发电系统中得到了应用。双凸极电机电励磁双凸极风力发电机电励磁双凸极风力发电

5、机 由于稀土永磁材料的价格上涨，给风力发电机组生产带来很大影响。拿湘电风能来讲（湘电风能是湘电集团旗下专业从事大型风力发电装备制造的企业），其直驱永磁风力发电机成本占湘电风机成本30%左右，而磁钢成本占直驱永磁风力发电机的成本20-30%（未涨价之前）左右 ，稀土材料的价格上涨，使直驱永磁风力发电机的磁钢价格上升7倍，直接制约该公司直驱永磁风力发电机的批量生产 。用电励磁发电机替代永磁发电机是很必要的。 双凸极电机在上世纪50年代就已提出，90年代，美国学者T.A.Lipo在开关磁阻电机的基础上提出双凸极永磁电机（doubly salient permanent magnet motor，简称

6、DSPM电机 ）。电励磁双凸极电机（Double Salient Electro-Magnetic Motor，简称DSEM电机）是在双凸极永磁电机的基础上提出的。电励磁双凸极发电机的结构 电励磁双凸极风力发电机电励磁双凸极风力发电机传统的双凸极电机的定转子极数关系为：式中 为定子极数， 为转子极数， 为相数， 为正整数。下图为12/8极电励磁双凸极电机截面图。ssN2NN2rmkksNNrmk电励磁双凸极风力发电机电励磁双凸极风力发电机电励磁双凸极发电机的工作原理电励磁双凸极发电机的工作原理电励磁双凸极风力发电机电励磁双凸极风力发电机电励磁双凸极风力发电机电励磁双凸极风力发电机电励磁双凸极发

7、电机的工作原理电励磁双凸极风力发电机电励磁双凸极风力发电机电励磁双凸极发电机的工作原理电励磁双凸极风力发电机电励磁双凸极风力发电机电励磁双凸极发电机的工作原理电励磁双凸极风力发电机电励磁双凸极风力发电机电励磁双凸极风力发电系统 当前，常将电励磁或混合励磁双凸极电机的电枢绕组和静止整流器直接串联构成高精度的高动态响应的无刷直流调压系统，将这种无刷直流发电机和并网逆变器组合，就可以构成发电系统向电网输送电能。 DSEM应用于风力发电，可非直驱和直驱式双凸极风力发电系统两种。直驱式非直驱式电励磁双凸极风力发电机电励磁双凸极风力发电机 电励磁双凸极风力发电系统与直驱式永磁同步风力发电系统对比 直驱式双

8、凸极发电机与永磁直驱风力发电机比较： 电励磁双凸极风力发电系统与直驱式永磁同步风力发电系统对比 电励磁双凸极风力发电机电励磁双凸极风力发电机经济角度进行比较：1、从电机本体来看：电励磁双凸极电机不用稀土永磁，则材料成本低，同时加工制造方便可以节省加工成本。2、从发电系统来看：由于可以通过调节励磁电流保持双凸极无刷直流发电机输出电压为额定值，可省去脉宽调制型整流器，只需使用三相不控整流桥。逆变器相同。电励磁双凸极风力发电机电励磁双凸极风力发电机从发电系统性能上分析：双凸极电机的优势：1、首先，电机转子没有永磁体，结构简单、控制灵活、动态响应快 ；还克服了永磁体由于环境影响退磁和电机短路无法灭磁的

9、缺点，更加安全。2、而且电励磁双凸极发电机系统也可以实现最大功率追踪。永磁同步电机优势：1、在能量密度方面，DSEM比永磁电机小。 电励磁双凸极风力发电系统与直驱式永磁同步风力发电系统对比 电励磁双凸极风力发电机改进 电励磁双凸极风力发电机电励磁双凸极风力发电机可以通过不断改进电机结构，搭配定转子的极数，可以提高电机的能量密度 、效率。1、把原来的传统的6N/4N结构改为3N/4N结构，即定子极数减小一半，可以增大槽面积、减小漏磁，减小损耗。从而增大电机的能量密度、提高效率。2、另一种定转子极数关系为：直驱式多转子极电励磁双凸 极风力发电机 sN6=N4Nl1=l2NrtpsNNrltlp式中 为定子极数