永磁直驱发电机组要点

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直驱式永磁同步风力发电机概述

直驱式永磁同步风力发电机概述永磁同步发电机是一种以永磁体进行励磁的同步电机，应用于风力发电系统，称为永磁同步风力发电机。

永磁同步风力发电机一般不用齿轮箱，而将风力机主轴与低速多极同步发电机直接连接，为“直驱式”，所以称为直驱式永磁同步风力发电机，以下本章除特指外均简称为永磁同步发电机。

一、永磁同步发电机的特点1.与传统电励磁同步发电机比较同步发电机是一种应用广泛的交流电机，其显著特点是转子转速n与定子电流频率f之间具有固定不变的关系，即n=n0=60f/p，其中n为同步转速，p为极对数。

现代社会中使用的交流电能几乎全部由同步发电机产生。

永磁同步发电机是一种结构特殊的同步发电机，它与传统的电励磁同步发电机的主要区别在于：其主磁场由永磁体产生，而不是由励磁绕组产生。

与普通同步发电机相比，永磁同步发电机具有以下特点：（1）省去了励磁绕组、磁极铁芯和电刷-集电环结构，结构简单紧凑，可靠性高，免维护。

（2）不需要励磁电源，没有励磁绕组损耗，效率高。

（3）采用稀土永磁材料励磁，气隙磁密较高，功率密度高，体积小，质量轻。

（4）直轴电枢反应电抗小，因而固有电压调整率比电励磁同步发电机小。

（5）永磁磁场难以调节，因此永磁同步发电机制成后难以通过调节励磁的方法调节输出电压和无功功率（普通同步发电机可以通过调节励磁电流方便地调节输出电压和无功功率）。

（6）永磁同步发电机通常采用钕铁硼或铁氧体永磁，永磁体的温度系数较高，输出电压随环境温度的变化而变化，导致输出电压偏离额定电压，且难以调节。

（7）永磁体存在退磁的可能。

目前，永磁同步发电机的应用领域非常广泛，如航空航天用主发电机、大型火电站用副励磁机、风力发电、余热发电、移动式电源、备用电源、车用发电机等都广泛使用各种类型的永磁同步发电机，永磁同步发电机在很多应用场合有逐步代替电励磁同步发电机的趋势。

2.与非直驱式双馈风力发电机比较虽然双馈风力发电机是目前应用最广泛的机型，但随着风力发电机组单机容量的增大，双馈型风力发电系统中齿轮箱的高速传动部件故障问题日益突出，于是不用齿轮箱而将风力机主轴与低速多极同步发电机直接连接的直驱式布局应运而生。

永磁同步直驱发电机的性能优化

永磁同步直驱发电机的性能优化永磁同步直驱发电机的性能优化永磁同步直驱发电机是一种新型的发电机，它具有高效率、高功率密度和高可靠性的特点。

为了进一步提高其性能，我们可以通过以下步骤进行优化：第一步：优化磁路设计磁路设计是永磁同步直驱发电机性能优化的关键。

首先，需要选择合适的永磁材料，以提高磁场强度和稳定性。

其次，可以采用磁路分析和有限元仿真等方法，优化磁路形状和尺寸，以减小磁路损耗，提高发电机的效率。

第二步：优化电气设计电气设计是永磁同步直驱发电机性能优化的另一个重要方面。

首先，可以通过合理的绕组设计和电磁场分析，减小电阻和铜损耗，提高发电机的电功率因数。

其次，可以采用最优的电磁匹配和电流控制策略，提高发电机的输出功率和响应速度。

第三步：优化控制算法控制算法是永磁同步直驱发电机性能优化的关键。

可以采用先进的控制算法，如模型预测控制（MPC）和最大功率点跟踪（MPPT），以优化发电机的运行状态。

此外，还可以结合机器学习和人工智能等技术，提高发电机的自适应性和智能性。

第四步：优化机械设计机械设计是永磁同步直驱发电机性能优化的另一个重要方面。

可以通过减小发电机的摩擦和机械损耗，提高发电机的转速和转矩密度。

同时，可以采用轻量化设计和材料优化，降低发电机的重量和惯性，提高系统的动态响应和运行效率。

第五步：优化冷却系统冷却系统设计是永磁同步直驱发电机性能优化的重要环节。

合理的冷却系统可以有效降低发电机的温升和热损耗，提高系统的热稳定性和寿命。

可以采用风冷、水冷或液冷等不同的冷却方式，根据具体应用场景选择最优方案。

通过以上步骤的性能优化，永磁同步直驱发电机可以实现更高的效率、功率密度和可靠性。

随着技术的不断发展和创新，相信永磁同步直驱发电机在未来将有更广泛的应用前景。

直驱式永磁同步风力发电机组建模及其控制策略

直驱式永磁同步风力发电机组建模及其控制策略一、本文概述随着全球能源需求的持续增长和环境保护的日益紧迫，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，正受到越来越多的关注。

直驱式永磁同步风力发电机（Direct-Drive Permanent Magnet Synchronous Wind Turbine Generator, DDPMSG）作为一种新型风力发电技术，以其高效率、高可靠性以及低维护成本等优点，逐渐成为风力发电领域的研究热点。

本文旨在对直驱式永磁同步风力发电机组的建模及其控制策略进行深入研究。

文章将介绍直驱式永磁同步风力发电机的基本结构和工作原理，为后续建模和控制策略的研究奠定基础。

接着，文章将详细阐述直驱式永磁同步风力发电机组的数学建模过程，包括机械部分、电气部分以及控制系统的数学模型，为后续控制策略的设计提供理论支持。

在控制策略方面，本文将重点研究直驱式永磁同步风力发电机组的最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking, MPPT）控制和电网接入控制。

最大功率点跟踪控制旨在通过调整发电机组的运行参数，使风力发电机组在不同风速下都能保持最佳运行状态，从而最大化风能利用率。

电网接入控制则关注于如何确保发电机组在并网和孤岛运行模式下的稳定运行，以及如何在电网故障时实现安全可靠的解列。

本文还将探讨直驱式永磁同步风力发电机组的控制策略优化问题，以提高发电机组的运行效率和稳定性。

通过对控制策略进行优化设计，可以进一步减少风力发电机组的能量损失，提高风电场的整体经济效益。

本文将对直驱式永磁同步风力发电机组的建模及其控制策略进行总结，并展望未来的研究方向和应用前景。

通过本文的研究，可以为直驱式永磁同步风力发电机组的实际应用提供理论指导和技术支持，推动风力发电技术的持续发展和优化。

二、直驱式永磁同步风力发电机组的基本原理直驱式永磁同步风力发电机组（Direct-Drive Permanent Magnet Synchronous Wind Turbine Generator，简称DD-PMSG）是一种将风能直接转换为电能的装置，其基本原理基于风力驱动、机械传动、电磁感应和电力电子控制等多个方面。

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直驱永磁风力发电系统概述摘要：在直驱永磁发电系统中，风速影响输出电压的幅值和频率，不能直接并网。

本文概述了一种控制方法，通过对逆变器的控制实现输出电压对电网电压的跟踪，达到并网要求；基于最大风能追踪控制原理，通过对变频器的调节控制改变风机转速，实现风力机最佳效率运行。

本文也简单讨论了风能的应用范围、经济性及未来发展前景。

关键词：风力发电；直驱永磁发电机；最大风能捕获；风能的应用和发展0引言可再生能源的开发和利用从七十年代开始进入飞速发展时期。

一是上世纪七十年代的石油危机后，经济和能源压力迫使人们寻找关于能源的新的解决途径，二是近十几年来基于化石燃料的传统能源体系引发的环境问题愈发严重，寻找新能源不仅关乎经济和能源需求，更关系着未来人类社会的前进方向。

如煤炭、石油、天然气等传统能源之所以能较早被作为能源广泛使用，一方面是储量相对丰富，更重要的原因是能源使用过程中输出稳定可靠，且较容易由一种能量形式（如热）转化成另一种能量形式（如电）而进行广泛传输。

而如今的新能源面临的最大问题就是能量的转化难、不可控、不稳定，因此新能源利用的关键之一就是采用更加精准的控制手段，提升能量利用效率。

本文试以较为常见的风能发电为例，简单阐述新能源应用中控制系统的作用。

1风力发电机控制系统目前存在的风力发电机组有恒速恒频和变速恒频两种类型。

恒速恒频风力发电机组无法有效地利用不同风速时的风能，而变速恒频风力发电机组可以在很大的风速范围内工作，更有效地利用风能，其中应用比较广泛的技术之一是直驱永磁风力发电系统。

根据最大风能追踪控制原理，当风力机浆叶不变时，对于一个特定的风速v，风力机只有运行在一个特定的转速ωm 下才会有最高的风能转换效率，要想追踪最大限度地获得风能，就必须在风速变化时及时调节风轮机的转速n（在直驱永磁风力发电系统中，即为发电机的转速），这就是变速恒频发电技术的主要思想。

通过变速恒频发电技术，理论上可以使风力发电机组在输出功率低于额定功率之前，输出最佳功率，效率最高。

直驱式永磁同步风力发电机最大功率跟踪的基本控制方法

直驱式永磁同步风力发电机最大功率跟踪的基本控制方法一、最大风能捕获控制的基本原理风能作用在风轮上，风能只有一部分可以被风轮吸收。

风力机从风能中捕获的功率Pw可表示为式中Pw——风力机从风能中捕获的风功率；ρ——空气密度；A——风力机扫风面积；v——风速；C p ——风力机的风能利用系数。

在桨距角一定的情况下，Cp是叶尖速比λ的函数，λ为式中ωw——风力机机械角速度；Rtur——风轮半径；v——风速。

在实际应用中常用风能利用系数Cp对叶尖速比λ的变化曲线表示该风轮的空气动力特性，如图7-4和图7-5所示。

图7-4 风轮气动特性（Cp-λ）曲线图7-5 永磁同步发电机不同转速从短路状态到开路状态的全特性曲线时就可以获得最大风能利当桨距角一定时，风力机运行于最佳叶尖速比λopt，此时风力机的转换效率最高，即用系数Cpmax式中ω——风力机的最优机械角速度；optλ——最佳叶尖速比。

opt成比例调节，以保持λ总在最优。

上式要求风轮机组的转速ω可以随风速v1在直驱式永磁同步风力发电系统中，风力发电机与风力机直接相连，风力发电机组的动态特性可以用一个简单的数学模型描述为——风力发电机组的转动惯量；式中Jtur——风力机的气动转矩；TturT——风力发电机电磁转矩。

em为风力机气动转矩Ttur其中式中ρ——空气密度；β——桨距角；CT——风力机转矩系数；Cp——风能利用系数。

稳态时，当风力机运行在一个最佳叶尖速比λopt 时，有一个最佳功率系数Cpopt与之对应，且转矩系数CT =Cpopt/λopt=CTopt也为常数，此时捕获的风能为最大，为式中S——风轮扫风面积。

稳态时，当忽略摩擦阻力转矩，发电机的电磁转矩应该与风力机气动转矩相等，即式（7-7）是在稳态条件下推导出来的发电机电磁转矩与转速之间的关系，它可以作为用于控制电机转矩的给定值，是发电机转速的函数。

即当风速在额定风速以下时，发电机的电磁转矩按照式（7-12）的关系控制，整个系统就能够实现最大风能的捕获，这就是额定风速以下最大风能捕获的基本原理。

永磁直驱式变桨距风力发电机组的建模与控制

永磁直驱式变桨距风力发电机组的建模与控制1 引言永磁直驱式风力发电机组是我国风力发电机组的主流机型之一。

永磁风力发电机通过增加极对数，降低发电机转速，从而能够与风力机直接相连，取消了增速齿轮箱。

由于没有传统风力发电系统故障率很高的齿轮箱，直驱式风力发电系统稳定性和效率大大提高，且有效地抑制了噪声，具有比较广泛的市场应用前景。

图1 风力发电系统结构2 永磁直驱式并网型变桨距风力发电机组的结构永磁同步发电机的同步速较低，输出电压较低。

考虑到电网电压较高，电网与电机之间的能量变换装置，必须要有较大幅度的升压能力。

考虑到变压器体积较大，实际系统中，发电机组运送到塔顶成本较高，所以本文采取方法是直流母线侧先升压再进行并网逆变。

本文采用的机组方案如图1所示。

图2 桨距调节控制系统3 风力机的建模风力机建模一般只考虑其风能利用系数而忽略风力机的空气动力学过程。

本文即采用风力机的风能利用系数来建立其仿真模型。

图3 机侧电流内环控制系统风力机仿真模型的建立主要基于以下三个方程：(1)这里Cp-λ曲线采用文献[1]中给出的公式：(2)其中： (3)采用c1=，c2=116，c3=，c4=5，c5=21，c6=。

考虑到是发电机，建模时转矩要取反。

图4 网侧逆变器电流内环控制系统4 控制系统的设计桨距调节控制系统的设计当系统存在显著的不确定因素时，设计高精度的控制系统，必须研究控制系统在不确定情况下的鲁棒性。

PID控制器能够在很宽的运行条件下具有比较好的鲁棒性，并且形式简单，易于操作。

这里采用PID控制器来进行机组在高风速区的桨距调节。

变桨距风力发电系统在低风速区进行最大风能跟踪，节距角为零，即不进行变桨距调节。

图5 网侧逆变器电压外环控制系统风力机和发电机不经过增速齿轮箱而直接联接，传动系统的动态方程如下[4]：(4)式中，J是风轮转动惯量；ω是风轮转动的角速度；B是发电机的摩擦系数；Ta是风轮的气动转矩；Te是发动机获得的电磁转矩。

直驱永磁同步风力发电机组研究及相关问题阐述

直驱永磁同步风力发电机组研究及相关问题阐述直驱永磁同步风力发电机组作为我国风能转换的重要组成部分，起到了重要的作用和意义。

文章针对直驱永磁同步风力发电机组的形式进行了简要的分析和研究，并且对直驱永磁同步风力发电机组相关的问题，进行了简要的分析和阐述，以此全面的提升了直驱永磁同步风力发电机组的经济效益，更为我国风力发电行业的发展，提供了重要的信息和数据，起到了重要的意义和作用。

标签：直驱永磁；同步风力发电机组；相关问题；风力发电行业在最近10年，我国的直驱永磁同步风力发电机组得到了快速的发展，其容量也得到了快速的增长，其每年增长的概率大约为20%-30%。

并且，随着我国社会经济的不断发展，不可再生能源也变得越发的紧张[1]。

因此，在不断发展的过程中，我国将目光转移到可再生的能源的发展中，其风力发电是我国目前具有最为重要的能源发展形式，具有良好的经济价值。

在风力发电的过程中，不会消耗大量的矿产资源，对我国环境和空气的质量，不会造成严重的影响，属于清洁型能源的一种，并且受到了广泛的应用[1]。

然而，在我国现代化设备不断发展的过程中，一些先进的电力发电设备也得到了全面的发展，直驱永磁同步风力发电机组就是其中非常重要的设备。

在直驱永磁同步风力发电机组运行的过程中，有效的将风能进行了有效的转换，这样不仅仅对风能进行了有效的利用，将风能的经济价值，进行了有效的体现，也使直驱永磁同步风力发电机组的功能，得到了全面的展现，促进了我国风力发电行业的发展进程[2]。

1 直驱永磁同步风力发电机组的设计形式直驱永磁同步风力发电机组主要是利用发电机的形式，作为低速的永磁发电机的形式，并且在实际使用的过程中，应当对常见的结构的设计形式，给予了高度的重视，其中包括有：向式、轴向式、横向式、复合式等各个方式，例如：图1所示。

同时，在直驱永磁同步风力发电机组设计的过程中，其结构相对较为简单、制造相对较为方便、漏磁相对较小等优势，其中外转子径向结构在运行的过程中，其运转的性能相对较为可靠，能动量也相对较大[2]。

直驱式永磁同步风力发电机组简介

直驱式永磁同步风力发电机组简介
直驱式永磁同步发电机采用永磁体外转子结构，相比较同功率的风力发电机组，尺寸和外径相对较小。

直驱永磁同步发电机组是风带动叶轮直接驱动转子转动，靠增加磁极的对数使发电机的额定转速下降达到转速调节的目的。

由于发电机组不需要增速齿轮箱，一般故障现象如润滑油泄漏，齿轮箱过载，机械损大等问题也减少很多，直接降低客户后期的运维成本。

直驱式永磁同步风力发电机组可以通过变桨系统来控制风力发电机组输出的最大功率，同时也会控制有功功率的上升变化率功能。

当风电场的风速急剧上升时，通过控制变桨的角度，风力发电机组不会出现因功率急剧上升载荷突然增大引起风机安全事故的情况。

同时永磁风力发电机组具备机端电压控制控制功能，机组具备有一定的无功调节能力，当系统出现电压波动时，可以控制和稳定机端电压。

直驱永磁同步发电机采用全功率变流器来实现并网，初始发电机发出交流电的电压和频率还有相位都不稳定。

需要通过整流单元整流变成直流电，经过电压升高，将电能输送到直流母排上，通过逆变单元把直流电逆变成能够和电网相匹配的电能。

变流器机侧和网侧有各有独立的控制器，各个系统之间通过控制器通讯进行数据交换和控制。

新型直驱式永磁风力发电系统的控制

新型直驱式永磁风力发电系统的控制摘要：近年来，风力发电备受瞩目，大功率直驱式永磁同步发电机由于原理简单、技术成熟，在新能源领域应用前景广阔。

其中直驱式永磁同步发电机更是由于其无刷和没有齿轮增速结构而越来越受到关注。

本文对新型直驱式永磁风力发电系统的控制进行探讨。

关键词：直驱式永磁；风力发电；控制一、矩阵变换器1、工作原理矩阵变换器在双向开关的基础上，应用脉宽调制方法，获取目标电压，可以产生交流或直流电压。

三相－三相矩阵变换器采用9个双向开关，组成3x3调制矩阵，其电路拓扑结构如图1所示。

矩阵变换器的输入侧在一般情况下为三相电压源，输出一般接三相感性负载。

所以，由电压源和电流源的物理特性可知，矩阵变换器工作时，输入端不能短路，输出端不能开路。

2、调制策略目前，矩阵变换器的调制策略主要包括直接传递函数法、间接空间矢量法、直接空间矢量法及双电压控制法等。

笔者采用的间接空间矢量法是由RodriguezJ 于1983年提出的一种基于“虚拟直流环节”概念的控制方法。

理论上，矩阵变换器可以等效成一个交－直变换器加一个直－交变换器，用脉宽调制技术分别对交－直变换器和直－交变换器进行调制，以此来传递能量。

矩阵变换器输出线电压Uol空间矢量可以定义为:输出电压矢量的合成原理如图2所示。

任意时刻该空间矢量Uol可由两个相邻的非零开关矢量uα、uβ、(从u1～u6中选择)合成得到。

开关矢量的作用时间，即占空比分别为dα、dβ和dov，可由空间矢量调制原理和正弦定理取得:其中，Tα、Tβ、Tov分别为uα、uβ和u0在一个采样周期中的作用时间;Ts为采样周期。

矩阵变换器等效模型中，直－交变换器与交－直变换器的输入相电流空间矢量调制方法同理。

对矩阵变换器的调制，实际上就是将上述两个调制过程有机结合。

间接空间矢量法可以方便计算，降低控制电路的条件，并且不需要人为引入低频谐波，增加系统的谐波含量，这样矩阵变换器的电压利用率得以明显提高，并且可以随意控制输入电流的相位差。

直驱式风力发电机知识

是我们初中学的磁极数，一个发电机是有南北极的（货是正负极），就是指的这个，但是3相的就不是了，你可以通过数住绕组的个数来辨别是多少级数，或者说发电机的转速也可以看出来是多少级数以50HZ为例，2级的就是3000转，4级就3000/2，1500转这样就好理解了直驱永磁风力发电机组特点直驱式风力发电机（Direct-driven Wind Turbine Generators），是一种由风力直接驱动发电机，亦称无齿轮风力发动机，这种发电机采用多极电机与叶轮直接连接进行驱动的方式，免去齿轮箱这一传统部件。

由于齿轮箱是目前在兆瓦级风力发电机中属易过载和过早损坏率较高的部件，因此，没有齿轮箱的直驱式风力发动机，具备低风速时高效率、低噪音、高寿命、减小机组体积、降低运行维护成本等诸多优点。

直驱式（无齿轮）风力发电机始于20多年前，由于电气技术和成本等原因，发展较慢。

随着近几年技术的发展，其优势才逐渐凸现。

德国、美国、丹麦都是在该技术领域发展较为领先的国家，其中德国西门子公司开发的（直驱式）无齿轮同步发电机安装在世界最大的挪威风力发电场，最高效率达98%。

1997年的风机市场上出现了兼具无齿轮、变速变桨距等特征的风力发电机,这些高产能、运行维护成本低的先进机型有E-33、E-48、E-70等型号，容量从330千瓦至2兆瓦，由德国ENERCONGmbH公司制造，它们的研制始于1992年。

2000年，瑞典ABB公司成功研制了3兆瓦的巨型可变速风力发电机组，其中包括永磁式转子结构的高压风力发电机Wind former，容量3兆瓦、高约70米、风扇直径约90米。

2003年，在Okinawa电力公司开始运行的MWT-S2000型风力发电机，是日本三菱重工首度完全自行制造的2兆瓦级风机，采用小尺寸的变速无齿轮永磁同步电机，新型轻质叶片。

目前，国内多家企业也开始进军直驱式风力发电机领域，湘潭电机集团与日本原弘产株式会社合资组建的湖南湘电风能有限公司，2兆瓦直驱式永磁风力发电整机机组已试车成功；广西银河艾万迪斯风力发电有限公司与德国AVAVTIS公司联合推出的兆瓦直驱变桨风力发电也将于2008年二季度完成样机；具有自主知识产权的新疆金凤科技股份公司、哈尔滨九州电气公司也分别研制出兆瓦直驱式风力发电机。

直驱式永磁同步风力发电机组并网与保护

直驱式永磁同步风力发电机组并网与保护一、并网条件和方式1.并网条件永磁同步风力发电机组并联到电网时，为了防止过大的电流冲击和转矩冲击，风力发电机各相端电压的瞬时值要与电网端对应相电压的瞬时值完全一致，满足的条件：①波形相同；②幅值相同；③频率相同；④相序相同；⑤相位相同。

并网时因风力发电机旋转方向不变，只要使发电机的各相绕组输出端与电网各相互相对应，条件④就可以满足；而条件①可由发电机设计、制造和安装保证；因此并网时主要完成其他3个条件的检测和控制，其中频率相同必须满足。

2.并网方式（1）自动准同步并网。

满足上述理想并联条件的并网方式称为准同步并网，在这种并网方式下，并网瞬间不会产生冲击电流，电网电压不会下降，也不会对定子绕组和其他机械部件造成冲击。

永磁同步风力发电机组的起动与并网过程如下：当发电机在风力机带动下的转速接近同步转速时，励磁调节器给发电机输入励磁电流，通过调节励磁电流使发电机输出的端电压与电网电压相近。

在风力发电机的转速几乎达到同步转速、发电机的端电压与电网电压的幅值大致相同，并且断路器两端的电位差为零或很小时，控制断路器合闸并网。

永磁同步风力发电机并网后通过自整步作用牵入同步，使发电机电压频率与电网一致。

以上的检测与控制过程一般通过微机实现。

（2）自同步并网。

自动准同步并网的优点是合闸时没有明显的电流冲击，缺点是控制与操作复杂、费时。

当电网出现故障而要求迅速将备用发电机投入时，由于电网电压和频率出现不稳定，自动准同步法很难操作，往往采用自同步法实现并网运行。

自同步并网的方法是，同步发电机的转子励磁绕组先通过限流电阻短接，发电机中无励磁磁场，用原动机将发电机转子拖到同步转速附近（差值小于5%）时，将发电机并入电网，再立刻给发电机励磁，在定子、转子之间的电磁力作用下，发电机自动牵入同步。

由于发电机并网时转子绕组中无励磁电流，因而发电机定子绕组中没有感应电动势，不需要对发电机的电压和相角进行调节和校准，控制简单，并且从根本上排除不同步合闸的可能性。

永磁直驱式风力发电系统的直接转矩控制

图1 永磁直驱风电系统结构图
1、永磁直驱式风力发电系统
1.2基本原理当风力机的桨叶受到风以一定的速度和攻角作用后会产生旋转力矩使风力机转动起来，即是风能转化为机械能了。然后与风力机同轴连接的永磁同步发电机也会随之转动起来，旋转的永磁同步发电机会发出交流电，其交流电的幅值和频率是随风速的变化而变化的，即是机械能转化为电能。然后将发出的电能在形式上经过 AC／DC／AC 变换，得到与电网幅值、相位、频率一致的交流电后经变压器馈送至电网上，系统中的两组变流器 AC／DC 和 DC／AC背靠背连接，故称为背靠背驱动变流器。根据变流器的不同作用和位臵，可分为电机侧变流器和电网侧变流器。
永磁直驱式风力发电系统的直接转矩控制
目录

1、永磁直驱式风力发电系统 2、永磁直驱式风力发电变流系统 3、永磁同步电机直接转矩控制 4、最大功率跟踪控制
1、永磁直驱式风力发电系统
1.1系统结构
永磁直驱型风力发电系统的基本结构图如图 1 所示，主要包括风力机、永磁同步发电机、电力电子变流装臵、控制及保护系统、并网变压器等。
2、永磁直驱式风力发电变流系统
2.1变流系统结构
永磁直驱式变速恒频风力发电变流系统如图2所示。它包括永磁同步电机（PMSG）和背靠背全功率双 PWM 变流器。
图2 基于双 PWM 的永磁直驱变速恒频风力发电变流系统
2、永磁直驱式风力发电变流系统
2.1.1电机侧变流器（1）电机侧 AC／DC 变流器采用 PWM 电压源型拓扑结构，作用是调节永磁同步发电机输出的电磁转矩，从而实现对电机转速的调节，进而保证风力机的工作状况符合实现最大功率跟踪（MPPT）的要求。
3、永磁同步电机直接转矩控制

直驱永磁风力发电技术

6 直驱永磁风力发电技术一、技术名称：直驱永磁风力发电技术二、技术类别：零碳技术三、所属领域及适用范围：电力行业风电领域四、该技术应用现状及产业化情况目前，我国变速恒频风力发电机组主要包括双馈感应风力发电机组和直驱永磁同步风力发电机组。

至2013年底，直驱永磁风力发电技术已在全国30%以上的风电机组上应用，并在1.5MW、2.0MW、2.5MW、3.0MW机组上均实现了产业化。

未来该技术在海上风电大兆瓦级发电机组上也具有很大的应用潜力。

五、技术内容1.技术原理该技术实现直驱、永磁和全功率变流技术的系统集成，三者相辅相成，以电流的快速变化适应风速变化，可有效减轻机组的机械磨损，适应风速脉动变化和电网需求。

由于采用直驱永磁技术，无齿轮增速箱设计，因此单位发电能耗较双馈风力发电机组低。

2.关键技术（1）载荷控制技术；（2）大型永磁电机设计技术；（3）变桨系统控制技术；（4）信号专用采集技术。

3.工艺流程直驱永磁风力发电机组结构简图如图1所示。

图1直驱永磁风力发电技术风力发电机组工艺简图六、主要技术指标1.年均机组运行利用率达99%以上；2.机组平均传动效率相对齿轮箱传动链机组高2%以上；3.可以实现零电压穿越，功率因数达-0.9～0.9。

七、技术鉴定情况2.5MW直驱永磁风力发电机组获得2011年度国家能源科技进步奖一等奖；2012年获得德国TÜV Nord设计认证；2013获得了北京鉴衡认证中心的设计认证。

2012年，该项技术还分别获得进入北美、澳洲及欧盟市场所必需的安全认证、CE认证等专项认证，以及职业健康与防火要求评估。

八、典型用户及投资效益典型用户：中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司、中国电力投资集团公司、中广核电力集团公司、华润电力集团公司、国华电力集团公司和国投电力集团公司等。

典型案例1案例名称：金风达坂城试验风电场项目建设规模：总装机容量为4.95万kW风电场项目。

直驱式永磁同步风力发电机控制与运行概述

直驱式永磁同步风力发电机控制与运行概述一、直驱式永磁同步风力发电机运行区间根据风力机的功率特性把风速划分为5个区间：①风速低于切入风速；②风速在切入风速和额定转速之间；③风速超过风轮额定转速，发电机组运行在恒转速区；④风速继续增大到切出风速以下，发电机运行在恒功率区；⑤风速大于切出风速。

风力发电机组运行区域如图7-1所示。

图7-1 风力发电机组运行区域（1）停机模式。

风力机在风速小于切入风速或大于切出风速时，风能转化效率为零，称为停机模式。

当风速低于风力机的切入风速时，其产生的功率很小甚至低于内部消耗的功率，因此处于停机模式，此时叶片处于完全顺风状态，风力机的机械制动器处于开启状态；当风速超过风力机的切出风速时，为了保护风力机的安全，叶片被调至完全顺桨状态，风力机转速也下降为零，风力机将被锁定进入停机模式。

其他3个风速区间是风力发电机的正常运行状态，为了捕获到更多的风能，同时保证发电机组的安全运行，在不同的风速阶段对桨距角采用了不同的控制策略。

（2）最佳叶尖速比运行区。

即第②区间，即图7-1的AB区间。

当风速超过切入风速时，风力发电机组开始作为发电机运行。

此时要调节桨距角到最佳值使风能利用系数C恒定为最大值，以保证风力发电机组运行在最大功率点跟踪状p态。

（3）恒转速运行区间。

即第③区间，即图7-1的BC区间。

为了保证风力发电机组的安全稳定运行，一般都会根据风力发电机组的特性设定一个额定风速点对应图7-1中B点的速度，这个额定风速点应小于发电机的额定转速。

当风力机转速超过额定风速点时，随着风速的继续增大，要调节桨距角使Cp值减小，以保证风力发电机组进入恒转速区间。

但此时发电机的功率随风速的增加而增加，但仍然在额定功率以下。

（4）恒功率运行区间。

即第④区间，即图7-1中的CD段。

当风速继续增大，不仅发电机转速到达其额定值，同时发电机的输出功率也到达额定功率。

此时如果仍然按照最大风能捕获的控制策略将会使发电机的输入功率大于输出功率，发电机组将会导致“飞车”而使整个机组脱网。

磁石驱动永磁发电机组的操作指南

磁石驱动永磁发电机组的操作指南对于新型的磁石驱动永磁发电机组，对于操作者来说可能会有一定的陌生感，因为其和传统的内燃机发电机有很大的区别。

为了更好地帮助大家了解这种新型的发电机组，本文将详细介绍如何操作磁石驱动永磁发电机组。

一、接线操作首先需要了解的是接线操作，因为这对于机组的启动和运行至关重要。

正确的接线方法应该是先将电源线连接到机组上，接好负载线之后再给机组通电。

如果一些线路接线不当可以引起颠簸和不稳定的运行，甚至可能会烧毁机组。

二、机组启动正确的机组启动方法是先将机组转动一下，使其能够旋转自主启动。

然后再给机组通电，机组就会自动开始运转。

如果机组不能自主启动，可以采用手摇转子的方式来启动。

三、调节机组电压接下来需要正确地调节机组的电压，一般的操作是将机组的电压调节器旋转到合适的位置，直至达到所需的电压值。

这个调节过程需要进行反复尝试，以达到最优的电压值。

四、监测机组运行机组运行过程中需要进行监测，以确保机组正常工作。

需要检查机组的电压、电流、频率等参数，一旦出现异常情况需要及时报警并停机检查，否则可能导致机组受损甚至损坏。

五、停机操作当需要停机时，需要先将机组解除负荷，然后停机。

一般而言，先解除负荷是为了让机组慢慢减速停机，这样可以减少机组运转时的损耗和对机组的损害。

停机后需要将机组封存好，避免误操作导致的人员伤亡和机组受损。

在操作磁石驱动永磁发电机组时，需要注意的是它与传统的内燃机发电机不同，需要按照规范的步骤和方法来进行操作。

本文中介绍的操作指南仅供参考，如有不当之处还请指正。

直驱永磁同步风力发电机介绍

直驱永磁同步风力发电机介绍导语：永磁同步发电机由于结构简单、无需励磁绕组、效率高的特点而在中小型风力发电机中应用广泛，随着高性能永磁材料制造工艺的提高，大容量的风力发电系统也倾向于使用永磁同步发电机。

永磁同步发电机由于结构简单、无需励磁绕组、效率高的特点而在中小型风力发电机中应用广泛，随着高性能永磁材料制造工艺的提高，大容量的风力发电系统也倾向于使用永磁同步发电机。

永磁风力发电机通常用于变速恒频的风力发电系统中，风力发电机转子由风力机直接拖动，所以转速很低。

由于去掉了增速齿轮箱，增加了机组的可靠性和寿命；利用许多高性能的永磁磁钢组成磁极，不像电励磁同步电机那样需要结构复杂、体积庞大的励磁绕组，提高了气隙磁密和功率密度，在同功率等级下，减小了电机体积。

永磁同步发电机从结构上分有外转子和内转子之分。

对于典型的外转子永磁同步发电机结构，外转子内圆上有高磁能积永磁材料拼贴而成的磁极，内定子嵌有三相绕组。

外转子设计，使得能有更多的空间安置永磁磁极，同时转子旋转时的离心力，使得磁极的固定更加牢固。

由于转子直接暴露在外部，所以转子的冷却条件较好。

外转子存在的问题是主要发热部件定子的冷却和大尺寸电机的运输问题。

内转子永磁同步发电机内部为带有永磁磁极、随风力机旋转的转子，外部为定子铁心。

除具有通常永磁电机所具有的优点外，内转子永磁同步电机能够利用机座外的自然风条件，使定子铁心和绕组的冷却条件得到了有效改善，转子转动带来的气流对定子也有一定的冷却作用。

另外，电机的外径如果大于4m，往往会给运输带来一些困难。

很多风电场都是设计在偏远的地区，从电机出厂到安装地，很可能会经过一些桥梁和涵洞，如果电机外径太大，往往就不能顺利通过。

内转子结构降低了电机的尺寸，往往给运输带来了方便。

内转子永磁同步发电机中，常见有四种形式的转子磁路，分别为径向式、切向式、和轴向式。

相对其它转子磁路结构而言，径向磁化结构因为磁极直接面对气隙，具有小的漏磁系数，且其磁轭为一整块导磁体，工艺实现方便；而且径向磁化结构中，气隙磁感应强度接近永磁体的工作点磁感应强度，虽然没有切向结构那么大的气隙磁密，但也不会太低，所以径向结构具有明显的优越性，也是大型风力发电机设计中应用较多的转子磁路结构。

MW级直驱永磁同步风力发电机设计

MW级直驱永磁同步风力发电机设计首先，永磁同步发电机是一种利用磁场相互作用原理直接将风能转换为电能的装置。

它具有体积小、重量轻、转速高、功率密度大的优势，因此在MW级风力发电系统中得到广泛应用。

其基本原理是利用永磁体的磁场与定子线圈的磁场相互作用，产生电磁感应，进而将风能转化为电能。

在设计MW级直驱永磁同步风力发电机时，有几个关键要点需要重点考虑。

首先是选择适合的永磁材料和磁路设计。

永磁材料的选择直接关系到发电机的磁场强度和效率，一般常用的材料有钕铁硼和钴等。

同时，磁路设计要合理，以增强磁场的均匀度和稳定性。

其次是转子结构和散热设计。

MW级直驱永磁同步风力发电机的转子受到巨大的力矩和离心力的作用，因此需要选择合适的材料和结构来保证其强度和刚度。

同时，由于转子功率密度大，会产生大量的热量，因此散热设计至关重要，以确保发电机的长期稳定工作。

此外，MW级直驱永磁同步风力发电机的控制系统也需要精心设计。

风力发电机的转速和输出功率与风速之间存在复杂的非线性关系，因此需要采用先进的控制算法来实现最大化发电效率。

此外，还需要考虑到电网连接和功率调节等方面的要求。

在设计MW级直驱永磁同步风力发电机时，还面临着一些挑战。

首先是系统的可靠性和可维护性。

由于风力发电机的工作环境恶劣，容易受到风力、温度等因素的影响，因此需要设计稳定可靠的系统来应对各种突发状况。

其次是成本和效益的平衡。

虽然MW级直驱永磁同步风力发电机具有高效率和高功率密度的优势，但其制造和维护成本也相对较高，需要综合考虑投资回报周期等因素。

总之，MW级直驱永磁同步风力发电机的设计是一项复杂的工程，需要考虑多个因素，包括永磁材料选择、磁路设计、转子结构和散热设计、控制系统以及系统的可靠性和成本效益等。

只有合理、全面地考虑这些因素，才能设计出高效可靠的MW级直驱永磁同步风力发电机系统。

永磁直驱风力发电机技术综述

永磁直驱风力发电机技术综述发表时间：2018-07-02T11:27:53.600Z 来源：《电力设备》2018年第7期作者：左禾[导读] 摘要：风能是一种清洁的可再生能源，其分布面广，开发利用潜力巨大，而风力发电则是最为常规的风能利用技术。

（西安中车永电捷力风能有限公司陕西西安 710000）摘要：风能是一种清洁的可再生能源，其分布面广，开发利用潜力巨大，而风力发电则是最为常规的风能利用技术。

永磁直驱风力发电机采用永磁体作为励磁系统，由风轮直接驱动发电机，是风力发电机的主要发展方向，通常采用径向气隙以及轴向气隙结构，包括减小起动转矩、冷却和散热设计、永磁体的固定以及发电机的防雷设计等关键技术。

文章就永磁直驱风力发电机技术进行相关分析。

关键词：永磁直驱；风力发电机；技术应用1 风力发电机1.1 风力发电机含义风力发电机主要是一种电力设备，其能够把风能转为机械功，从而带动转子旋转，最后输出交流电。

在广义上，风能也作为太阳能，因此，风力发电机也是以大气为介质、太阳为热源的热能利用发电机。

1.2 风力发电机原理风力发电原理说来很简单，但做起来很难，其利用风去带动风车叶片使叶片旋转，再通过增速机提高叶片旋转速度，以此促使发电机进行发电。

风力发电相较于柴油发电要好很多，因为其利用自然能源。

风力发电不能够作为备用电源，但其使用寿命长，可长期利用。

1.3 风力发电机类型（1）异步型，包括笼型异步发电机和绕线式双馈异步发电机。

（2）同步型，包括永磁同步发电机和电励磁同步发电机。

（3）水平轴，目前利用最多的风力发电机类型。

（4）垂直轴，新型的风力发电机。

与水平轴风力发电机相比，其效率较高，且没有噪音，维护简单，中小型发电机首选。

1.4 永磁直驱风电机组的结构组成永磁直驱风力发电机组没有齿轮箱，风轮直接驱动发电机，亦称无齿轮风力发电机，采用永磁体代替励磁线圈，减少了励磁损耗。

此外，永磁电机无需从电网吸收无功功率来建立磁场，由于没有励磁装置，减少了很多电气设备，从而使机组具有可靠、高效、方便安装和维护等很多优点。