海上高速永磁风电机组效率研究

【摘要】：随着全球应对气候变化呼声的日益高涨以及能源短缺、能源供应安全形势的日趋严峻,风能作为可再生能源中成本较低、技术较成熟、可靠性较高的新能源。。海上风资源丰富、靠近负荷中心、适合大规模开发等一系列特点,使得海上风电迎来发展机遇。研究海上风电机组的效率,分析其效率构成,并通过优化改进措施提高海上风电机组的效率,可以有效提高海上风电机组的发电量,节约能源,提高经济效益。同时,海上风电机组单机容量大,海洋风况稳定,可利用小时高,提高海上风电机组的效率对经济效益影响尤为明显。 本文首先对海上风电特点进行了分析,对各种主流技术路线进行了对比,结果表明高速永磁发电机组高可靠性、高功率密度的特点将成为海上风电优先选择。其次,分析了风电机组损耗产生的原因,以某型海上高速永磁风电机组为例介绍了其组成部分,介绍了传统效率计算方法,结合风电机组变速变功率特点提出了适合风电机组效率计算的方法和计算流程：重点分析了高速永磁发电机、变频器、风电机组自用电损耗产生的原因并给出了计算方法。然后,通过工厂测试和风场测试对计算结果进行了验证,结论表明效率计算方法满足工程需要。最后对损耗分布进行了综合分析,得到了影响损耗主要因素包括：电磁负荷选择、通风设计、功率单元选型、滤波单元选型、冷却系统配置及其控制策略等,提出通过优化设计和改进控制策略提高风电机组效率措施。 本文提出的效率计算方法可以风电机组概念设计阶段,快速较准确地计算功率曲线,从而便于发电量的估算,为海上风电机组技术路线选择提供决策依据。 【关键词】：风电机组 高速永磁 效率 近海
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 选题的背景及其意义10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.2.1 海上风电特点10-12
• 1.2.2 风电机组技术路线分析12-14
• 1.2.3 主要部件损耗研究现状14-16
• 1.3 海上风电国内外发展概况16-17
• 1.4 课题的主要研究内容17-18
• 第2章 海上高速永磁风电机组效率研究方法18-24
• 2.1 海上高速永磁风电机组损耗产生的原因18-21
• 2.1.1 风能捕获与输入功率19-20
• 2.1.2 高速永磁发电机损耗20
• 2.1.3 全功率变频器损耗20
• 2.1.4 辅助设备供电消耗20-21
• 2.2 海上高速永磁风电机组效率分析方法21-22
• 2.3 海上高速永磁风电机组效率计算流程22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 海上高速永磁发电机损耗分析24-32
• 3.1 概述24-25
• 3.1.1 永磁同步发电机的结构24
• 3.1.2 永磁同步发电机的工作原理24-25
• 3.1.3 永磁同步发电机的应用25
• 3.2 高速永磁发电机损耗原因分析及计算方法25-29
• 3.2.1 铁耗产生的原因及计算方法26-28
• 3.2.2 铜耗产生的原因及计算方法28-29
• 3.2.3 机械及杂散损耗产生的原因及计算方法29
• 3.3 高速永磁发电机效率工程计算29-31
• 3.3.1 高速永磁发电机设计29-30
• 3.3.2 计算结果及损耗分布30-31
• 3.4 本章小结31-32
• 第4章 海上风电变频器损耗研究32-41
• 4.1 概述32
• 4.2 变频器结构及功能32-33
• 4.2.1 功率单元32-33
• 4.2.2 滤波器33
• 4.2.3 制动电阻和制动单元33
• 4.3 变频器损耗分析33-38
• 4.3.1 功率单元损耗原因分析及计算方法34-37
• 4.3.2 滤波环节损耗分析37-38
• 4.3.3 其他损耗分析38
• 4.4 变频器效率工程计算38-40
• 4.5 本章小结40-41
• 第5章 海上高速永磁风电机组自用电研究41-50
• 5.1 自用电产生的原因分析41-46
• 5.1.1 控制系统用电分析41-42
• 5.1.2 变桨系统用电分析42-43
• 5.1.3 偏航系统用电分析43-44
• 5.1.4 冷却系统用电分析44-46
• 5.2 自用电计算46-47
• 5.3 自用电节能措施47-49
• 5.3.1 冷却系统节能设计47-48
• 5.3.2 分段投入设计48-49
• 5.4 本章小结49-50
• 第6章 海上高速永磁风电机组损耗测试50-60
• 6.1 工厂测试50-55
• 6.1.1 发电机损耗测试50-54
• 6.1.2 变频器测试54-55
• 6.2 风场测试55-58
• 6.2.1 测试内容55
• 6.2.2 测试标准55
• 6.2.3 测试方案55-57
• 6.2.4 测试结果57-58
• 6.3 海上高速永磁风电机组损耗综合分析58-59
• 6.4 本章小结59-60
• 第7章 结论与展望60-62
• 7.1 结论60
• 7.2 展望60-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果66-67
• 致谢67-68
• 作者简介68

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