永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一種同步發(fā)電機(jī)，與大電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)屬同一類(lèi)型，所不同的是，它用永磁體替代普通發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，省去電刷滑環(huán)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，同時(shí)也節(jié)約了勵(lì)磁功率，提高了發(fā)電機(jī)效率。隨著風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)所發(fā)電力的頻率也是不斷變化的，所以還必須用一臺(tái)全功率的變頻器，將這些電能改變?yōu)楹泐l恒壓的交流電，才能輸入電網(wǎng)。永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一般特點(diǎn)1.直驅(qū)永磁同步發(fā)電機(jī)2.稀土永磁電機(jī)3.復(fù)合勵(lì)磁稀土永磁電機(jī)4.同步異步二次發(fā)電風(fēng)電系統(tǒng)5.新型永磁無(wú)刷直流發(fā)電機(jī)6.濃縮風(fēng)能型風(fēng)力發(fā)電機(jī)第1頁(yè)/共30頁(yè)第一頁(yè)，共31頁(yè)。永磁發(fā)電機(jī)具有以下顯著特點(diǎn)：1.體積小，重量輕轉(zhuǎn)子部分采用高磁場(chǎng)的永磁體取代電磁線圈，永磁體的體積要小得多，因此該發(fā)電機(jī)的體積和重量要小于常規(guī)電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)。2.效率高，節(jié)能效果顯著由于永磁體能產(chǎn)生恒定不變的磁場(chǎng)，這樣就省去了勵(lì)磁耗能，因此PMG系列單相永磁同步發(fā)電機(jī)比常規(guī)電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)明顯節(jié)約能量。其效率能提高10—15%，燃油消耗率降低20%，是一種節(jié)能產(chǎn)品。3.電壓波形質(zhì)量好，適用于各種負(fù)載情況。由于采用機(jī)電一體化技術(shù)，發(fā)電機(jī)在各種不同負(fù)載（包括感性和容性負(fù)載）情況下都可使電壓波形畸變率保持在較小的范圍內(nèi)。4.電機(jī)過(guò)載能力強(qiáng)，適合于在惡劣環(huán)境下工作。電機(jī)的損耗小，溫升低，過(guò)載能力強(qiáng)，更適合于在各種惡劣環(huán)境下工作。5.無(wú)電刷，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，使用壽命長(zhǎng)。無(wú)電刷和滑環(huán)，同時(shí)轉(zhuǎn)子上既無(wú)線圈，也無(wú)電子元器件，轉(zhuǎn)子上的永磁磁體和鐵心固定成為一個(gè)剛性整體，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，其可靠性和使用壽命都遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)的電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)。6.電磁干擾小，電磁兼容性好。電機(jī)的電磁噪聲極小，對(duì)通訊設(shè)備和電子儀器的干擾非常微小，其影響幾乎可忽略不計(jì)。第2頁(yè)/共30頁(yè)第二頁(yè)，共31頁(yè)。直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)1.直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)取消了沉重的增速齒輪箱，發(fā)電機(jī)軸直接連接到風(fēng)機(jī)軸上，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而改變，其交流電的頻率也隨之變化，經(jīng)過(guò)置于地面的大功率電力電子變換器，將頻率不定的交流電整流成直流電，再逆變成與電網(wǎng)同頻率的交流電輸出。國(guó)際先進(jìn)的無(wú)齒輪箱直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，多沿用低速多極永磁發(fā)電機(jī)，并使用一臺(tái)全功率變頻器將頻率變化的風(fēng)電送入電網(wǎng).2.由于其被設(shè)計(jì)成在幾乎所有的風(fēng)況下都能獲得較大的空氣動(dòng)力效率，提高了捕捉風(fēng)能的效率。試驗(yàn)表明，在平均風(fēng)速6.7m/s時(shí)，變速風(fēng)電機(jī)要比恒速風(fēng)電機(jī)多捕獲15%的風(fēng)能。同時(shí)，由于機(jī)艙重量減輕和改善了傳動(dòng)系統(tǒng)各部件的受力狀況，可使風(fēng)機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)減輕，基礎(chǔ)等費(fèi)用也可降低，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用也較低，這是一種很有發(fā)展前途的技術(shù)，屬于國(guó)際前沿先進(jìn)項(xiàng)目。第3頁(yè)/共30頁(yè)第三頁(yè)，共31頁(yè)。直驅(qū)永磁同步發(fā)電機(jī)優(yōu)點(diǎn)永磁同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的總體設(shè)計(jì)方案，其優(yōu)點(diǎn)如下：（1）由于傳動(dòng)系統(tǒng)部件的減少，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可靠性和可利用率；（2）永磁發(fā)電技術(shù)及變速恒頻技術(shù)的采用提高了風(fēng)電機(jī)組的效率；（3）機(jī)械傳動(dòng)部件的減少降低了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的噪音；（4）可靠性的提高降低了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)成本；（5）機(jī)械傳動(dòng)部件的減少降低了機(jī)械損失，提高了整機(jī)效率；（6）利用變速恒頻技術(shù)，可以進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償；（7）由于減少了部件數(shù)量，使整機(jī)的生產(chǎn)周期大大縮短。

該機(jī)型采用了多種創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)，與目前國(guó)際市場(chǎng)上現(xiàn)有的直接驅(qū)動(dòng)機(jī)型相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）發(fā)電機(jī)效率高，變速范圍寬（11rpm－20rpm）；（2）無(wú)勵(lì)磁損失；（3）無(wú)碳刷和滑環(huán)，減少了維護(hù)量，提高了可利用率；（4）發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小；（5）變槳系統(tǒng)采用帶傳動(dòng)，無(wú)需潤(rùn)滑，免維護(hù)；（6）變槳系統(tǒng)采用無(wú)刷交流電機(jī)，電容作為后備電源，壽命長(zhǎng)，免維護(hù)；（7）變頻裝置采用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的成熟技術(shù)，諧波分量低。（8）機(jī)艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了人性化設(shè)計(jì)方案，盡可能地方便運(yùn)行人員檢查維修，在設(shè)計(jì)中加入爬升助力機(jī)構(gòu)，使運(yùn)行人員在維護(hù)過(guò)程中攀登梯子時(shí)變得格外輕松。第4頁(yè)/共30頁(yè)第四頁(yè)，共31頁(yè)。直驅(qū)機(jī)組配置(1)Rotorblade(2)Castedhub(3)Bladepitchsystem(4)Generatorrotor(5)Generatorstator(6)Yawingsystem(7)Windmeasurementsystem(8)Machinebase(9)Tower(10)Auxillarywinch(2)輪轂2(3)變槳系統(tǒng)3(1)葉輪葉片1(7)風(fēng)速風(fēng)向采集系統(tǒng)7(6)偏航系統(tǒng)6(5)發(fā)電機(jī)定子5(4)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子（外轉(zhuǎn)子）4(8)底板8(9)塔架9(10)提升機(jī)10AllaWECneeds…第5頁(yè)/共30頁(yè)第五頁(yè)，共31頁(yè)。AllaWECneeds…失效－安全、自調(diào)節(jié)、空氣冷卻磁鋼Magnets外轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī):

大的外表面，利于散熱自然冷卻,不必使用強(qiáng)迫風(fēng)冷鐵芯疊片Laminatedcore繞組Winding風(fēng)Wind通風(fēng)道Coolingchannel定子Stator轉(zhuǎn)子Rotor機(jī)組配置電機(jī)理論：p=60f/n0發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)：D=2P?電機(jī)設(shè)計(jì)：PN=1/C*ND2l第6頁(yè)/共30頁(yè)第六頁(yè)，共31頁(yè)。長(zhǎng)壽命變槳裝置采用齒形同步帶雙層電容的后備電源，免維護(hù)電容和控制系統(tǒng)Capacitorandcontrolsystem變槳驅(qū)動(dòng)Pitchdrive葉片Rotorblade皮帶輪Beltpulley齒形帶Toothedbelt對(duì)沖擊載荷的低敏感性無(wú)需潤(rùn)滑三個(gè)獨(dú)立的交流變槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)組配置第7頁(yè)/共30頁(yè)第七頁(yè)，共31頁(yè)。AllaWECneeds…高效的變流裝置（變頻）EfficientfrequencyconverterNoaudiofrequencysuppressorrequired智能的電網(wǎng)及設(shè)備保護(hù)低的電網(wǎng)載荷–內(nèi)置電網(wǎng)濾波符合EON-準(zhǔn)則能夠抵御電網(wǎng)故障發(fā)電機(jī)、塔架沒(méi)有高頻載荷無(wú)需音頻抑制器Intelligentelectronicsprotectgridanddevice:Lowgrid-load–integratedgridfilterComplieswithnewEON-directiveInsensitivetogridfailureNoHFloadofgeneratorandtower機(jī)組配置第8頁(yè)/共30頁(yè)第八頁(yè)，共31頁(yè)。AllaWECneeds…Efficientfrequencyconverter高效的變流裝置（變頻）電網(wǎng)掉電不會(huì)產(chǎn)生峰值扭矩50Hz或60Hz電網(wǎng)頻率的不同將不需要更改硬件設(shè)備高變速范圍（11～20RPM)并網(wǎng)時(shí)無(wú)沖擊電流高效的二極管整流Notorquepeaksincaseofgridfailure50or60HzlinefrequencywithouthardwaremodificationHighvariablespeedrange(10–201/min)GridconnectionnocurrentpeakHighefficiencywithdioderectifiers機(jī)組配置第9頁(yè)/共30頁(yè)第九頁(yè)，共31頁(yè)。稀土永磁電機(jī)：(1)1967年美國(guó)發(fā)明了第一代稀土永磁釤鈷，其矯頑力比鐵氧體永磁大三倍，用這種永磁體制造的電機(jī)，功率密度大，還可以制成大功率的電機(jī)，我們將這類(lèi)電機(jī)跟鐵氧體或鋁鎳鈷制造的電機(jī)區(qū)別開(kāi)來(lái)，稱(chēng)為稀土永磁電機(jī)。(2)稀土永磁同步發(fā)電機(jī)，采用稀土永磁材料制造，在運(yùn)行過(guò)程中,由于取消了全套轉(zhuǎn)子繞線,使其能有效地消除在運(yùn)行過(guò)程中由勵(lì)磁繞組引起的銅耗,降低發(fā)電機(jī)工作升溫,提高發(fā)電機(jī)工作效率，發(fā)電效率高出普通磁材5倍以上，而且長(zhǎng)期使用不退磁。(3)目前第三代稀土永磁釹鐵硼，其磁性能比釤鈷更好，其磁能積相當(dāng)于鐵氧體的十倍，而價(jià)格卻低于釤鈷的一半以下稀土永磁電機(jī)（4）稀土永磁同步發(fā)電機(jī)具有高效、節(jié)能、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便的特點(diǎn)。與同重量的勵(lì)磁發(fā)電機(jī)相比,其單位重量發(fā)電機(jī)輸出功率可增加40%以上。而其良好的負(fù)載性能,不論是“電感性、電容性負(fù)載,還是電阻性負(fù)載”,其電壓波形與空載基本一致,幾乎無(wú)失真,克服了電勵(lì)磁發(fā)電機(jī)帶負(fù)載后波形會(huì)產(chǎn)生畸變的不足第10頁(yè)/共30頁(yè)第十頁(yè)，共31頁(yè)。復(fù)合勵(lì)磁稀土永磁電機(jī)

考慮到電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)在電壓調(diào)節(jié)方面的優(yōu)越性，采用稀土永磁體和電勵(lì)磁繞組組合勵(lì)磁的方法，發(fā)電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的主要部分由稀永磁體建立，而電壓調(diào)節(jié)所需的磁場(chǎng)變化部分由輔助的電勵(lì)磁繞組來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種發(fā)電機(jī)既具有永磁同步發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，而且很方便的解決了永磁發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)問(wèn)題，具有以下優(yōu)點(diǎn)：①.實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：②電勵(lì)磁部分損耗小，具有永磁發(fā)電機(jī)高效率的特點(diǎn)；⑧通過(guò)調(diào)節(jié)電勵(lì)磁部分來(lái)調(diào)節(jié)磁通，達(dá)到了調(diào)壓的目的；

成果應(yīng)用情況：

復(fù)合勵(lì)磁結(jié)構(gòu)的稀土永磁同步發(fā)電機(jī)在俄羅斯和日本已經(jīng)得到了開(kāi)發(fā)應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)也有一些研究機(jī)構(gòu)在對(duì)其進(jìn)行研究。我國(guó)的稀土資源豐富，號(hào)稱(chēng)“稀土王國(guó)”，近年來(lái)，稀土永磁材料和稀土永磁電機(jī)的科研水平都達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，隨著稀土永磁材料價(jià)格的下降，稀土永磁同步發(fā)電機(jī)不但在國(guó)防和航空航天上得到了廣泛的應(yīng)用，

而且在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個(gè)方面都得到了大量的應(yīng)用，例如風(fēng)力發(fā)電、余熱發(fā)電、小型水力發(fā)電、小型內(nèi)燃機(jī)發(fā)電以及汽車(chē)用發(fā)電機(jī)等方面都有應(yīng)用。

第11頁(yè)/共30頁(yè)第十一頁(yè)，共31頁(yè)。同步異步二次風(fēng)力發(fā)電機(jī)同步異步二次風(fēng)力發(fā)電機(jī)有二次發(fā)電過(guò)程，第一次是同步發(fā)電，第二次是異步發(fā)電。其原理是，首先用無(wú)齒輪化永磁同步發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)一次發(fā)電，與無(wú)齒輪箱變速永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)方案基本相同；第二步，則用PCT異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)代替永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的全功率變頻器，不需要整流成直流然后變頻，大部分電能直接通過(guò)升頻、穩(wěn)頻的二次發(fā)電，得到恒頻恒壓電能，輸送到電網(wǎng)。為什么不簡(jiǎn)單化地采用現(xiàn)有的永磁同步方式發(fā)電，要搞二次發(fā)電呢？其目的是為了盡量減少風(fēng)力機(jī)機(jī)艙重量和制造成本，二次發(fā)電系統(tǒng)中的永磁發(fā)電機(jī)比現(xiàn)有永磁發(fā)電機(jī)更輕巧更便宜；且它所發(fā)的是低頻三相交流電，然后將該低頻三相交流電引入PCT異步發(fā)電機(jī)進(jìn)行二次發(fā)電，升頻、穩(wěn)頻成為恒頻恒壓的工頻電流輸入電網(wǎng)。本系統(tǒng)的二次發(fā)電起先是源于無(wú)齒輪箱永磁同步發(fā)電，所以永磁同步發(fā)電的無(wú)齒輪箱優(yōu)點(diǎn)也保留了下來(lái)，同時(shí)，可以合理估算出，PCT異步發(fā)電機(jī)及其配置的變頻器，二者加起來(lái)的成本，還沒(méi)有原來(lái)永磁發(fā)電機(jī)組中的一臺(tái)全功率的變頻器高，所以同步異步二次風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)和變頻器成本都有所下降，總的性價(jià)比還優(yōu)于無(wú)齒輪箱永磁同步發(fā)電機(jī)。第12頁(yè)/共30頁(yè)第十二頁(yè)，共31頁(yè)。新型永磁無(wú)刷直流發(fā)電機(jī)(2)新型發(fā)電機(jī)的電壓波形象直流發(fā)電機(jī)一樣平滑,卻沒(méi)有易磨損的換向裝置,它也采用了永磁體勵(lì)磁,但其電壓調(diào)整率比同步發(fā)電機(jī)低.(1)新型無(wú)刷直流發(fā)電機(jī)采用轉(zhuǎn)子永磁體勵(lì)磁（外電樞結(jié)構(gòu)）二極管組成電子換向器以進(jìn)行換向.(3)新型無(wú)刷直流發(fā)電機(jī)不但具有了直流發(fā)電機(jī)的電壓波形平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)而且也具有了永磁同步發(fā)電機(jī)壽命長(zhǎng)、效率高的優(yōu)點(diǎn)，從而更加適合在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用。(4)新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)和同步發(fā)電機(jī)相比具有電壓調(diào)整率低、電壓波形平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)；和直流發(fā)電機(jī)相比，具有無(wú)機(jī)械換向裝置、換向容易、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。第13頁(yè)/共30頁(yè)第十三頁(yè)，共31頁(yè)。濃縮風(fēng)能型風(fēng)力發(fā)電機(jī)1.導(dǎo)入濃縮風(fēng)能理論與技術(shù),使呈湍流運(yùn)動(dòng)的自然風(fēng)得到加速、整流，品質(zhì)提高后驅(qū)動(dòng)葉輪發(fā)電!使機(jī)組切入風(fēng)速降低；發(fā)電機(jī)輸出功率增加，自然風(fēng)的利用率提高，機(jī)組噪音降低，機(jī)組安全性提高，尾流效應(yīng)變小，機(jī)組壽命延長(zhǎng)。2.濃縮風(fēng)能型風(fēng)力發(fā)電機(jī)可使自然風(fēng)增速為原來(lái)的1.367倍以上；發(fā)電機(jī)輸出功率增加為2.554倍.數(shù)學(xué)仿真部分第14頁(yè)/共30頁(yè)第十四頁(yè)，共31頁(yè)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組數(shù)學(xué)模型

說(shuō)明：風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)的機(jī)械暫態(tài)模型忽略其電磁暫態(tài)過(guò)程，只考慮機(jī)械暫態(tài)過(guò)程中滑差變化對(duì)穩(wěn)態(tài)等值電路阻抗值的影響。風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)T型等值電路風(fēng)力發(fā)電機(jī)方程式①電壓平衡方程式：

②電磁暫態(tài)方程：

③

轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程式④發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩第15頁(yè)/共30頁(yè)第十五頁(yè)，共31頁(yè)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)仿真模塊隨機(jī)風(fēng)速輸入隨機(jī)風(fēng)速時(shí)的滑差s動(dòng)態(tài)波形第16頁(yè)/共30頁(yè)第十六頁(yè)，共31頁(yè)。同步發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型電壓平衡方程式電磁暫態(tài)數(shù)學(xué)模型

發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩第17頁(yè)/共30頁(yè)第十七頁(yè)，共31頁(yè)。勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖可控硅調(diào)節(jié)系統(tǒng)方程式

②放大環(huán)節(jié)③勵(lì)磁環(huán)節(jié)④軟反饋環(huán)節(jié)①測(cè)量環(huán)節(jié)仿真分析第18頁(yè)/共30頁(yè)第十八頁(yè)，共31頁(yè)。虛擬風(fēng)電系統(tǒng)簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)圖

第19頁(yè)/共30頁(yè)第十九頁(yè)，共31頁(yè)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的處理

當(dāng)風(fēng)機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，所發(fā)有功功率的大小只與風(fēng)速有關(guān)，而與負(fù)荷變化無(wú)關(guān)。當(dāng)電網(wǎng)電壓、有功功率和無(wú)功功率變化時(shí)，只能由電網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)所配勵(lì)磁系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)。異步發(fā)電機(jī)所配的氣動(dòng)設(shè)備和能量傳遞裝置是不參與調(diào)節(jié)的。因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)整體是一個(gè)像負(fù)荷一樣的干擾源，隨風(fēng)速變化而干擾電網(wǎng)電壓的恒定和功率的平衡，使其波動(dòng)。因此，在電力系統(tǒng)中，水火同步發(fā)電機(jī)，勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)，風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)、負(fù)荷及電力網(wǎng)絡(luò)組合成一個(gè)