雷电对永磁直驱风力发电机电磁干扰的分析

随着人们对洁净能源利用意识的不断提高，可再生能源风能的开发利用技术得到了非常迅猛的发展。近些年风电机组的装机容量逐年上升，在整个电网中所占的比重也在不断加大。因此，风力发电机组的安全运行也受到了人们的密切关注。 由于机组的安装地理条件以及建筑结构，增大了其遭受雷击的概率，使得雷电成为影响机组安全运行因素中的一个重要方面。当雷电流注入机组后，会沿着引下线流过主轴和机舱，进入塔筒顶部，最后由塔筒将其引至大地。在此暂态过程中，由于雷电流具有很高的波头陡度，会在其所流经的路径周边产生很强大的突变电磁场，对发电机磁场、信号线、电力线或者控制系统内部产生干扰和感应过电压对电气设备造成损坏，严重影响着风电机组的安全运行。因此，本文针对风力发电机组遭受雷击的情况下，对发电机磁场以及空间电气回路造成的干扰进行仿真分析，为机组的防雷措施提供理论支持，从而有效保护风电设备的安全运行。 本文以1.2MW的永磁直驱风力发电机组作为研究对象。首先，分别根据永磁同步发电机和雷电流的基本理论，提出适用于本文分析的数学模型。其次，利用ANSYS软件对永磁风力发电机进行建模，采用软件中的二维单元矢量位方法和Maxwell方程组对不同方式雷击下的风力发电机内部电磁场进行计算。通过分析气隙磁密和磁场云图找到雷击对发电机内部磁场分布产生的影响，并分析由其产生的电磁干扰对发电机出口电压造成的影响。同时还对载有雷电流的引下线周边电气回路进行电磁干扰分析，找到决定干扰产生大小的因素并提出了一些相应的防护措施。最后，再利用ANSYS软件对雷击塔筒的情况进行建模计算，分析其遭受雷击后塔内磁场的分布情况以及空间电子回路上产生的感应过电压，并找到了产生感应过电压的决定性因素。 本文利用ANSYS有限元软件对雷击风力发电机的情况进行仿真。研究的结果不仅准确直观，且能够为风力发电机组在安装电气设备和防雷保护中提供理论依据，在最大程度上减小雷电电磁干扰对机组安全运行造成的损害。