10MW超导风机的并网分析

发布时间：2017-09-08 18:01

  本文关键词：10MW超导风机的并网分析

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【摘要】：随着风机市场的快速发展,风机的单机额定功率在不断加大;加上近些年来高温超导材料的生产工艺不断成熟,性能日益完善,促使超导风力发电机成为风电技术发展的主要方向之一。首先,本文在分析高温超导发电机结构特点及总结各个国家对高温超导电机设计经验的基础上,对10MW容量的高温超导风力发电机进行了结构的设计,包括定子转子尺寸设计和结构参数整定等。其次,为了分析超导发电机的核心运行规律,包括超导发电机暂态过程中的故障电流、故障转矩等的特点及其和传统发电机的区别等,本文建立了超导同步发电机的数学模型和仿真模型,基于Matlab/Simulink中的SimpowerSystem库搭建了10MW超导风力发电机的简单并网系统模型,其中包括了全功率变流器及其控制方案的设计,并对该发电机并网系统中发生三相短路故障的暂态过程进行了仿真。最后,针对系统发生故障后的故障定子电流、故障励磁电流、故障转矩及电机的故障转速和系统的最大故障切除时间进行了分析,并把这些变化量与传统同步发电机发生三相短路故障后的对应量进行了对比。分析结果表明:超导发电机的最大故障切除时间要比传统发电机的最大故障切除时间长;励磁电流的变化表明只要在系统发生三相短路故障后,保护系统能及时动作把故障切除,就不会对超导励磁线圈产生损坏;但是在发生三相对称短路故障后超导发电机的最大定子故障电流、最大故障转矩都要比传统发电机的对应量大。从仿真结果上可以看出,超导电机在拥有诸多优点的同时也存在缺点。针对上述缺点,本文提出一种通过减小超导发电机阻尼屏的厚度来改善故障震荡问题的实用技术方案。这一措施在改善超导电机故障转矩的震荡幅度上起到了明显的效果。此外,本文还分析了超导风力发电机的结构对其性能的影响,得出长轴结构的超导风力发电机和短轴结构的相比,故障的恢复时间会延长,并且得出超导风力发电机的有效重量会随着定子半径的增加而减小。
【关键词】：超导风机 超导绕组 并网分析 三相短路故障
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 风力发电背景与研究意义10
• 1.2 超导技术的发展及高温超导风机的优势10-11
• 1.3 超导电机技术的国内外研究现状11-13
• 1.4 风力发电机的运行方式13-16
• 1.4.1 异步风力发电机组并网方式13-14
• 1.4.2 同步风力发电机组并网方式14-15
• 1.4.3 超导直驱式风力发电机的并网15-16
• 1.5 本文主要工作16-18
• 第二章 10MW高温超导直驱式风力发电机的参数设计18-35
• 2.1 超导发电机的结构18
• 2.2 励磁线圈的设计18-25
• 2.3 定、转子尺寸的设计25-29
• 2.3.1 定子槽数的设计25-27
• 2.3.2 气隙实际高度的确定27
• 2.3.3 定、转子半径的设计27-29
• 2.4 定子参数的设计29-32
• 2.4.1 电枢绕组的基本参数设计29-31
• 2.4.2 定子几何结构的设计31-32
• 2.5 仿真分析及验证32-33
• 2.6 本章小结33-35
• 第三章 超导同步发电机数学模型的建立35-45
• 3.1 超导同步发电机在相坐标系中的分析模型35-40
• 3.1.1 电压方程和磁链方程35-36
• 3.1.2 电感参数36-39
• 3.1.3 电磁转矩和转子运动方程39-40
• 3.2 超导同步发电机在正交坐标系中的分析模型40-42
• 3.3 超导同步发电机的标幺制分析模型42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 基于MATLAB的 10MW超导风机并网系统的建模45-58
• 4.1 10MW超导风力发电机的仿真模型45-46
• 4.2 功率变流器模块46-52
• 4.2.1 网侧逆变器的数学模型48-49
• 4.2.2 网侧逆变器的控制49
• 4.2.3 空间矢量调制的原理49-51
• 4.2.4 直流环节的控制51-52
• 4.3 变流器仿真结果52-54
• 4.4 10MW超导风力发电机并网系统模型的整体设计54-57
• 4.4.1 输电线路模块55-56
• 4.4.2 负荷模块56
• 4.4.3 Powergui模块56
• 4.4.4 断路器模块56-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第五章 仿真结果及其分析58-68
• 5.1 定子三相故障电流的仿真结果和分析59-62
• 5.2 超导故障励磁电流的仿真结果和分析62-63
• 5.3 最大故障切除时间的仿真和分析63-64
• 5.4 故障转矩和故障速度的仿真结果和分析64-65
• 5.5 减小系统故障转矩的措施65-66
• 5.6 超导风力发电机的结构对其性能的影响66-67
• 5.7 本章小结67-68
• 第六章 全文总结及工作展望68-71
• 6.1 全文总结68-70
• 6.2 工作展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士期间取得的研究成果76-77

【共引文献】

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本文编号：815479