叶轮质量不平衡下永磁直驱风力发电机特性分析

作为一种可再生能源,风能受到广泛的重视,其中永磁直驱风电机组是现代风力发电中的一个发展趋势。永磁直驱风电机组通过风轮吸收能量直接输入到永磁同步发电机产生电能。作为风力发电机吸收风能的关键部件,叶片对风机起着至关重要的作用,当叶片发生故障时会直接导致叶轮质量不平衡并对整个风力发电机组造成不良影响。因而在风力发电机运行过程中及时发现并排除叶轮的不平衡故障非要重要,既可以延长风力发电机组寿命,更会提高风机运行的安全性。此外,永磁同步发电机产生的电能幅值和频率随风速变化、功率不稳定且不能并网,故需要通过全功率变流器得到可以并网的电流电压。分析了风机叶片故障的原因和类型,理论分析了叶轮质量不平衡故障对发电机定子电流和电功率的影响。应用MATLAB/Simulink平台建立了永磁体直驱式风力发电机仿真模型,该包括风力机模型、传动系统模型、永磁同步发电机模型的数学模型,背靠背PWM变流器的控制模型。应用该模型对输入阶跃变化风速时机组运行情况进行了仿真分析,仿真得到了可以并网的网侧电压电流电压信号,证明模型采用的控制策略可行,模型正确。对叶轮质量不平衡故障时机组运行情况进行了仿真,得到了故障情况下机组的运行特性。对故障情况下永磁同步发电机三相定子电流和电功率应用希尔伯特变换进行解调处理,得到的故障频率为风轮的转频,随着不平衡质量增加,故障程度加深,解调后电功率和定子电流幅值也增加。仿真分析得到的故障频率和理论分析一致,对叶轮质量不平衡故障实际工程案例提供了一些参考依据。