PWM脉冲波在风力发电机绕组内部过电压研究

发布时间：2023-04-16 07:59

　　当前,由于传统能源价格的高涨和全球环境污染的加剧,大力发展清洁能源已成为世界各国的战略发展目标。风电已成为目前最炙手可热的新能源,只有保证风力发电机组安全、可靠的正常运行,才能实现风力发电的可持续发展。其中,风力发电机内部绕组的过电压保护尤为重要。永磁同步发电机(PMSG)通常使用PWM变流器,由于其输出的脉冲波在其上升沿段内很陡。而经过电缆传输后的PWM高频脉冲波会先在电机的端口处产生过电压振荡,又因为绕组内分布参数的不可忽略的影响,致使高频脉冲电压在定子绕组内的分布非常不均衡。这样的情况会导致绕组前几匝所承受的电压最高,造成定子绕组绝缘的老化与提前损坏。针对以上问题,本文选取1.5MW永磁同步发电机作为研究机型。首先在考虑分布参数的情况下建立出定子绕组的等效电路模型,用无损传输线理论推导出需要计算的分布参数值即电容和电感。通过有限元Ansoft软件对永磁风机定子绕组内进行电磁场分析,计算出成型绕组的分布参数数值。其次通过研究PWM变流器驱动时电机端产生过电压的原因,再通过Matlab/Simulink软件建立永磁风机绕组内部的分布参数模型。通过以降低风力发电机机端过电压和绕组电压不...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 风力发电的现状和前景
    1.2 课题研究背景及意义
    1.3 风力发电机组的分类与应用
    1.4 永磁同步发电机的研究现状
    1.5 风力发电机的故障
    1.6 有限元研究现状
    1.7 课题的国内外研究状况
    1.8 本文研究内容
第二章 永磁风力发电机定子绕组分布参数模型
    2.1 风力发电机系统的要求
        2.1.1 绝缘系统的要求
        2.1.2 风力发电机输入电压特性
        2.1.3 传输线理论
    2.2 PWM高频脉冲输入系统的等效模型
        2.2.1 输入电源模型
        2.2.2 高频振荡的抑制
    2.3 风机端电压特性
        2.3.1 电缆分布参数模型
        2.3.2 高频脉冲上升时间对风机侧电压的影响
    2.4 永磁风机定子绕组结构
        2.4.1 定子槽模型的建立
        2.4.2 永磁风机高频等效电路模型
        2.4.3 无损传输线理论
    2.5 小结
第三章 永磁机定子绕组有限元模型及分析
    3.1 1.5MW永磁风力发电机的基本参数
    3.2 有限元模型的建立
        3.2.1 有限元模型
        3.2.2 有限元分析电磁场
    3.3 求解等效模型的分布参数
    3.4 定子绕组电压分布的时域分析
        3.4.1 定子内部单相绕组等效电路
        3.4.2 绕组电压分布的时域分析
    3.5 定子绕组电压分布仿真模型
    3.6 本章小结
第四章 绕组电压分布的仿真分析
    4.1 匝间电压分布
        4.1.1 上升沿时间对匝间电压分布的影响
        4.1.2 电容对匝间电压分布的影响
        4.1.3 自感对匝间电压分布的影响
    4.2 线圈间电压分布
        4.2.1 脉冲波上升沿时间对线圈间电压分布影响
        4.2.2 脉冲波上升沿时间对线圈间电流分布影响
        4.2.3 接长电缆对过电压的影响
    4.3 改善发电机定子绕组过电压分布的策略
        4.3.1 增强绝缘强度
        4.3.2 改良变流器的输出
        4.3.3 选择适合的电缆
        4.3.4 自感与对地电容的影响
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
硕士学位期间的成果及参与的科研项目
致谢



本文编号：3791172