1、主要內(nèi)容主要內(nèi)容n 永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機的特點n 電機設(shè)計技術(shù)n 永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)分析技術(shù)n 無傳感器運行技術(shù)n 總結(jié)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的組成風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的組成n 鼠籠式異步發(fā)電機n 繞線式異步發(fā)電機n 電勵磁式同步發(fā)電機n 永磁同步發(fā)電機永磁直驅(qū)發(fā)電系統(tǒng)的特點永磁直驅(qū)發(fā)電系統(tǒng)的特點n 優(yōu)點優(yōu)點n 缺點缺點整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單安裝和維護費用低變速運行范圍寬電機體積大，制造成本高全功率變流器，投資大永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計n 風(fēng)力發(fā)電機設(shè)計規(guī)律不同于普通低速永磁電機 電機結(jié)構(gòu) 飽和 齒槽效應(yīng) 端部效應(yīng) 磁極形狀永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計 n 必須考慮全功率變流器的設(shè)計環(huán)境

2、 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 控制原理 控制算法n 永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的性能預(yù)測永磁發(fā)電機的結(jié)構(gòu)永磁發(fā)電機的結(jié)構(gòu)n 徑向式內(nèi)轉(zhuǎn)子外轉(zhuǎn)子永磁發(fā)電機的結(jié)構(gòu)永磁發(fā)電機的結(jié)構(gòu)n 軸向式雙定子單定子全功率變流器的結(jié)構(gòu)全功率變流器的結(jié)構(gòu)n 對發(fā)電機輸出電壓無要求，風(fēng)機工作范圍寬n 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低n 電機功率因數(shù)較低，損耗大。全功率變流器的結(jié)構(gòu)全功率變流器的結(jié)構(gòu)n 電機電流正弦，損耗小n 電機功率因數(shù)高n 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)n 電路仿真法可實現(xiàn)控制原理和控制算法的精確建模，但對由于電機本身固有特性如飽和、齒槽效應(yīng)、端部效應(yīng)等難以準(zhǔn)確模擬。 n 磁場分析法可實現(xiàn)電機本體

3、性能的精確分析，但無法實現(xiàn)永磁同步電機在不同控制策略下的系統(tǒng)性能分析。 永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)n 場路耦合法通過將永磁電機電磁場分析方程和驅(qū)動系統(tǒng)所滿足的控制算法聯(lián)立并采用時步法求解對電機及其控制系統(tǒng)進行模擬分析，為深入研究電機系統(tǒng)的相互耦合以及優(yōu)化運行提供有利的工具。 電機電磁場模型系統(tǒng)電路模型電壓信號轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速信號永磁同步電機矢量控制永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁同步電機矢量控制永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁同步電機矢量控制永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)n 半實物仿真半實物仿真 半實物仿真技術(shù)是將實際系

4、統(tǒng)的一部分用數(shù)學(xué)模型加以描述，并轉(zhuǎn)變?yōu)榉抡婺Ｐ驮谟嬎銠C上運行，將系統(tǒng)的另一部分以實物形式引入仿真回路。 快速控制原型（Rapid Control Prototype，簡稱RCP） 硬件在環(huán)仿真（Hardware In Loop，簡稱HIL） 永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)n 電機設(shè)計目標(biāo)額定功率：1500kW額定電壓：660V極數(shù)：160額定頻率：30Hz額定電流：1394.25A效率：95.9轉(zhuǎn)速：22.5rpm額定扭矩：636667Nm永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)n 電機結(jié)構(gòu)電機結(jié)構(gòu) 永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計

5、技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)n 電機結(jié)構(gòu)電機結(jié)構(gòu) 永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)n 靜態(tài)磁場分析靜態(tài)磁場分析 磁力線分布 永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)n 靜態(tài)磁場分析靜態(tài)磁場分析 磁密分布 永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)n 靜態(tài)磁場分析靜態(tài)磁場分析 氣隙磁密分布 永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)n 瞬態(tài)磁場分析瞬態(tài)磁場分析 反電勢波形永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)n 瞬態(tài)磁場分析瞬態(tài)磁場分析 齒槽轉(zhuǎn)矩波形永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)n 三維磁場分析三維磁場分析 永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)

6、永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)n 三維磁場分析三維磁場分析 氣隙磁密分布 n 齒槽轉(zhuǎn)矩分析齒槽轉(zhuǎn)矩分析 振動和噪聲 影響控制精度 影響切入轉(zhuǎn)速消除方法 斜槽 斜極 增大氣隙 極弧系數(shù)優(yōu)化永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)n 齒槽轉(zhuǎn)矩分析齒槽轉(zhuǎn)矩分析 永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)n 齒槽轉(zhuǎn)矩分析齒槽轉(zhuǎn)矩分析 永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)n 齒槽轉(zhuǎn)矩分析齒槽轉(zhuǎn)矩分析 優(yōu)化前 優(yōu)化后 n 永磁體去磁分析永磁體去磁分析 永磁同步發(fā)電機工作時最應(yīng)避免的是電樞電流磁場的不可逆去磁效應(yīng)，額定負(fù)載時有磁鋼有一定的去

7、磁，但該去磁是可逆的，當(dāng)電樞磁場反向時，仍可回復(fù)到原來的工作點。 但是當(dāng)電樞電流過大時，例如三相短路時，能產(chǎn)生很強的去磁效應(yīng)，這時要考慮磁鋼是否產(chǎn)生不可逆去磁。永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)分析目標(biāo)：分析永磁體在額定負(fù)載和6相短路時去磁情況，此工況下繞組磁場全部用于退磁，即這是最惡劣的運行條件下電機去磁性能分析。 n 永磁體去磁分析永磁體去磁分析 電機線電流(最大電流倍數(shù)2.7) 永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)n 永磁體去磁分析永磁體去磁分析 永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)永磁直驅(qū)發(fā)電機的設(shè)計技術(shù)n 永磁體去磁分析永

8、磁體去磁分析 電機在額定負(fù)載時永磁體沿徑向磁密分布 電機在6相短路（2.7倍過載）時永磁體沿徑向磁密分布 n 場路耦合法分析場路耦合法分析發(fā)電機系統(tǒng)的分析技術(shù)發(fā)電機系統(tǒng)的分析技術(shù)n 場路耦合法分析場路耦合法分析發(fā)電機系統(tǒng)的分析技術(shù)發(fā)電機系統(tǒng)的分析技術(shù)電機反電勢電機反電勢母線電壓母線電壓n 場路耦合法分析場路耦合法分析發(fā)電機系統(tǒng)的分析技術(shù)發(fā)電機系統(tǒng)的分析技術(shù)電機線電流電機線電流系統(tǒng)發(fā)電電壓系統(tǒng)發(fā)電電壓發(fā)電機系統(tǒng)的分析技術(shù)發(fā)電機系統(tǒng)的分析技術(shù)發(fā)電機系統(tǒng)的分析技術(shù)發(fā)電機系統(tǒng)的分析技術(shù)發(fā)電機系統(tǒng)的分析技術(shù)發(fā)電機系統(tǒng)的分析技術(shù)n 雙PWM變流器分析發(fā)電機系統(tǒng)的分析技術(shù)發(fā)電機系統(tǒng)的分析技術(shù)n 雙PWM變流

9、器分析電機電流 轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)矩 發(fā)電機系統(tǒng)的分析技術(shù)發(fā)電機系統(tǒng)的分析技術(shù)n 雙PWM變流器分析電機線電壓 輸出功率 母線電壓無傳感器運行技術(shù)無傳感器運行技術(shù)n 必要性 增加了增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性系統(tǒng)的復(fù)雜性 降低了系統(tǒng)的可靠性。降低了系統(tǒng)的可靠性。 在高溫、高濕的惡劣環(huán)境下無法工作，而且碼盤工在高溫、高濕的惡劣環(huán)境下無法工作，而且碼盤工作精度易受環(huán)境條件的影響。作精度易受環(huán)境條件的影響。 多極數(shù)、高精度碼盤的技術(shù)難度多極數(shù)、高精度碼盤的技術(shù)難度無位置傳感器控制技術(shù)無位置傳感器控制技術(shù) 無傳感器運行技術(shù)無傳感器運行技術(shù)推廣卡爾曼濾波器推廣卡爾曼濾波器 (EKF)PMSM無無傳傳感感器器控控制制基于定子

10、端電壓和電流估算基于定子端電壓和電流估算基于觀測器估算基于觀測器估算模型參考自適應(yīng)模型參考自適應(yīng) (MRAS) 辨識辨識基于人工智能估算基于人工智能估算 (神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))高頻注入法高頻注入法全階全階/降階狀態(tài)觀測器降階狀態(tài)觀測器滑模觀測器滑模觀測器低速時轉(zhuǎn)子位置估算不準(zhǔn)確，無法應(yīng)用低速時轉(zhuǎn)子位置估算不準(zhǔn)確，無法應(yīng)用對電機參數(shù)變化敏感，魯棒性較差對電機參數(shù)變化敏感，魯棒性較差多適用于中、高速運行多適用于中、高速運行實現(xiàn)簡單，動態(tài)性能較好實現(xiàn)簡單，動態(tài)性能較好無傳感器運行技術(shù)無傳感器運行技術(shù)動態(tài)性能較差，影響高速時電機的運行性能動態(tài)性能較差，影響高速時電機的運行性能注入高頻激勵信號注入高頻激勵

11、信號不受低速時信噪比的影響不受低速時信噪比的影響適用于全速范圍運行，特別適用于低速適用于全速范圍運行，特別適用于低速利用電機的凸極效應(yīng)利用電機的凸極效應(yīng)對參數(shù)和干擾具有較強的魯棒性對參數(shù)和干擾具有較強的魯棒性無傳感器運行技術(shù)無傳感器運行技術(shù)不含未知參數(shù)的方程含待估計參數(shù)的方程 保證參數(shù)估計的漸進收斂，具有良好的動態(tài)性能保證參數(shù)估計的漸進收斂，具有良好的動態(tài)性能 對電機參數(shù)的變化比較敏感；低速時轉(zhuǎn)子速度和位置無法精確估計對電機參數(shù)的變化比較敏感；低速時轉(zhuǎn)子速度和位置無法精確估計 無傳感器運行技術(shù)無傳感器運行技術(shù)rrqrrdssdsdsr qsdddrrqsfmqsrrsdqsr dsrqqqqL

12、dirviidtLLLdivrLiidtLLLL 定子電流的數(shù)學(xué)模型定子電流的數(shù)學(xué)模型電機本體作為參考模型電流模型作為可調(diào)模型采用并聯(lián)型結(jié)構(gòu)辨識轉(zhuǎn)速 10 (3-2)10qsfmfmsfmrrrrdsdsdsdddddddrrrrqsqsqsqqqLrriivLLLdLLLLRdtiivLLL無傳感器運行技術(shù)無傳感器運行技術(shù)令 fmsfmrrrrrrrrdsdsqsqsdsdsqsqsddriiiivvvvLL；1010qsrrrrddsdsdsddrrrdsqsqsqsrqqqLrLiivLLdLrdtiivLLL1010qsrrrrddsdsdsddrrrdsqsqsqsrqqqLrLii

13、vLLdLrdtiivLLLddtiAiBvddtiAiBv無傳感器運行技術(shù)無傳感器運行技術(shù)eii狀態(tài)變量誤差狀態(tài)變量誤差并聯(lián)模型狀態(tài)方程并聯(lián)模型狀態(tài)方程,ddteAeIw yDe采用比例積分自適應(yīng)律采用比例積分自適應(yīng)律 ipd0()()(0)tfmfmrrrrrrrrrrrrrdsqsqsdsqsqsdsqsqsdsqsqsrddk iiiiiidk iiiiiiLL無傳感器運行技術(shù)無傳感器運行技術(shù)無傳感器運行技術(shù)無傳感器運行技術(shù) 速度速度位置位置 位置誤差位置誤差無傳感器運行技術(shù)無傳感器運行技術(shù) 速度速度位置位置 位置誤差位置誤差 無傳感器運行技術(shù)無傳感器運行技術(shù) 1500r/min時，0

14、.5秒突加額定負(fù)載和1.3突卸額定負(fù)載的仿真波形 60r/min時，1.0秒突加額定負(fù)載和2.0突卸額定負(fù)載的仿真波形 無傳感器運行技術(shù)無傳感器運行技術(shù) 0.5秒時轉(zhuǎn)速指令從60r/min躍升到1500r/min和2.5秒時從1500r/min躍降到60r/min時的仿真波形 無傳感器運行技術(shù)無傳感器運行技術(shù) 1500r/min轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速的估計誤差轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速的估計誤差0.5ssrr2ssrr60r/min轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速的估計誤差轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速的估計誤差1.6ssrr0.5ssrr無傳感器運行技術(shù)無傳感器運行技術(shù) 速度速度位置位置 位置誤差位置誤差 o2.5電角度無傳感器運行技術(shù)無傳感器運行技術(shù) 速度速度位置位置 位置誤差位置誤差 o9電角度無傳感器運行技術(shù)無傳感器運行技術(shù) 轉(zhuǎn)速和位置誤差轉(zhuǎn)速和位置誤差 轉(zhuǎn)速和定子電流轉(zhuǎn)速和定子電流rdsi轉(zhuǎn)速和