横磁通永磁直驱风力发电系统研究与控制策略

"基于横磁通发电机的永磁直驱风力发电系统 (2012年)" 这篇论文探讨了永磁直驱风力发电系统，特别是利用横磁通发电机（TFPG）的设计与控制策略。横磁通发电机因其模块化结构、高扭矩密度和低速运行能力，成为直驱风力发电的理想选择。这种发电机的独特之处在于其电枢绕组和主磁路在空间结构上的相对独立性以及各相绕组之间的电磁解耦特性，这些特性使得在设计变速恒频风力发电控制系统时更具优势。 作者深入研究了TFPG的转矩密度，这是衡量发电机输出扭矩与其体积或重量关系的重要指标。通过优化设计，可以实现发电机在低速下提供大扭矩，满足直驱风力发电对低速运行的需求。此外，论文还讨论了发电机的模块化结构，这种结构有助于简化制造过程，并可能提高系统的可靠性和维护性。 在控制系统设计部分，论文提出了一个基于最优电磁转矩特性曲线的发电机最大功率跟踪方案。这一方案考虑了风力机的输出特性，旨在确保发电机能在不同风速下跟踪并最大化风能转换效率。通过这种方式，可以确保风力发电机在各种风况下都能有效地捕获能量。 为了验证理论研究成果，作者构建了一个10kVA的样机系统，并采用全功率逆变器进行电能转换和并网控制。全功率逆变器在风力发电系统中扮演关键角色，它将发电机产生的交流电转换为适合电网的同步交流电。实验结果显示，该发电系统馈入电网的电流总谐波失真（THD）仅为2.8%，功率因数达到0.98，这表明电能质量符合风电并网的标准，即具有高效率和低干扰。 关键词涉及了风力发电系统、同步发电机（这里指的是TFPG）、永磁电机技术、功率变换器（全功率逆变器）、并网操作以及电能测量，这些都是论文研究的核心内容。论文的研究工作对于提升风力发电系统的性能、优化能源转换效率以及促进可再生能源的广泛应用具有重要意义。