兆瓦级高温超导风力发电机电磁设计与故障仿真的研究

发布时间：2020-12-01 20:52

　　随着化石能源短缺和环境污染问题越发严重,海上风能资源作为一种储量丰富、可再生的清洁能源,正逐渐受到重视。为了降低海上风力发电成本,大容量风力发电机将成为未来发展的趋势。但随着单机容量的提高,传统风机体积和重量的快速增长成为限制其继续发展的主要因素。相比于传统风机,高温超导(HTS)风力发电机具有体积小、重量轻、功率密度高等优点,将是解决这一问题的有效途径。本文的研究对象为2.5 MW高温超导风力发电机,主要完成其中的电磁设计与故障仿真工作。首先,根据各部分几何结构的设计参数,本文使用电机有限元仿真软件JMAG对发电机进行建模和仿真,得到发电机运行过程中的各项性能和参数,从而验证设计的合理性。其次,超导风力发电机的励磁线圈由第二代高温超导带材绕制,额定工作电流根据超导励磁线圈的临界电流设定。对大型超导线圈临界电流的快速计算方法进行研究,通过使用有限元仿真软件Comsol的稳态模型与数学软件Matlab联合仿真计算,超导励磁线圈的临界电流为960 A,预留20%~30%的安全裕量,超导线圈的额定工作电流设定为706 A。再次,基于超导风力发电机的特殊结构,研究定子齿部材料对发电机性能的影响... 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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全球风电历年累计装机容量（1997~2016年）

- 2 -图 1-2 全球风电历年新增装机容量（1997 ~ 2016 年）Fig.1-2 Annual installed wind capacity ( Year 1997 ~ 2016 )为了顺应利用海上风能进行发电的趋势，降低海上风电系统的发电成本和故障率成了最迫切的需求。研究结果发现，随着风机容量的提升，发电成本将会下降[10]，因此，单机容量更大的大型风力发电机将是未来海上风力发电机的主流。同时，为了降低维护成本，直驱式风力发电技术得到关注和发展。由于直驱式风力发电机系统将传动轴直接与发电机相连，省略了故障率较高的齿轮箱变速结构，在简化传动链、提高传动效率的同时，系统可靠性得到提高，是一种非常适合应用于海上风力发电的技术[10]-[12]。然而，发电机的体积在很大程度上受转矩的影响，

上海交通大学硕士学位论文体内部仍会保持磁通为零，这与外加磁场的先后顺序无关。也完全抗磁性是一种热力学状态，在确定的条件下，它的状态也与达到该状态的方式和途径无关。这一现象由 Walter Meissneld 在 1933 年发现，因此也被称为 Meissner 效应[17]。零电阻效应验上判定材料是否是超导体的两大要素，要确定某种材料为超备以上两种效应。

【参考文献】：
期刊论文
[1]2016年全球风电发展展望报告[J].   电器工业. 2016(11)
[2]千匝量级高温超导YBCO磁体交流损耗的仿真分析[J]. 王壮,唐跃进,任丽,李敬东,徐颖,王作帅.  低温与超导. 2016(03)
[3]13.2 MW海上超导直驱风力发电机设计[J]. 方海洋,曲荣海,唐跃进,王晋,刘迎珍,张斌,何杰,祝喆,苏路顺.  南方电网技术. 2015(12)
[4]5MW直驱永磁风力发电机的电磁设计与计算[J]. 李春林.  湖南工程学院学报(自然科学版). 2013(01)
[5]直驱高温超导风力发电机[J]. 姜茜.  东方电机. 2012(06)
[6]永磁电机齿槽转矩综合抑制方法研究现状及展望[J]. 汪旭东,许孝卓,封海潮,上官璇峰.  微电机. 2009(12)
[7]高温超导发电机在风力发电技术中的应用前景[J]. 张宏杰,孙建峰.  新材料产业. 2008(05)
[8]任意频率正弦波条件下铁磁材料损耗计算[J]. 崔杨,胡虔生,黄允凯.  微电机. 2007(08)
[9]高温超导材料与技术的发展及应用[J]. 金建勋,郑陆海.  电子科技大学学报. 2006(S1)



本文编号：2895045