基于循环风况数据的永磁同步风电机组机电协同优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于循环风况数据的永磁同步风电机组机电协同优化方法，其特征在于：在时间窗内采集循环风况数据作为发电机组的各种运行工况，并根据风轮计算模型计算出各种运行工况下输出功率Pw；输出功率Pw，建立发电机组的性能计算模型，得到发电机组的总损耗；以发电机和齿轮的参数作为优化变量，利用多目标优化算法进行优化，确定最优永磁同步风电机组的制造参数。其显著效果是：实现了发电机和齿轮传动系统的集成设计，达到参数匹配最优的技术效果，并解决了系统设计在各种工况下优化发电机参数性能，不受局限性限制。不受局限性限制。不受局限性限制。

【技术实现步骤摘要】
基于循环风况数据的永磁同步风电机组机电协同优化方法


[0001]本专利技术涉及风力发电机装配
，特别涉及一种基于循环风况数据的永磁同步风电机组机电协同优化方法。
技术背景
[0002]永磁同步电机是利用永磁体建立励磁磁场的同步电机，永磁电机因具有高效可靠、高转矩的优点而被广泛应用于风力发电，常与增速齿轮箱配套使用。随着发电机装机容量的不断增加，人们对发电机组轻量化及其整体性能的要求也越来越高，因此有必要通过机电参数协同优化来降低发电机组的质量并提高其发电效率。
[0003]现有技术都是将发电机组优化设计的方法多将电机或齿轮传动系统分开设计和制造。其缺点是，无法考虑到众多电气参数和机械参数之间的相互影响、相互制约等反向效果，两者集成后性能难以达到最优。此外，发电机组在实际运行时具有较宽的转速、转矩范围，但当前多针对额定工况对发电机或齿轮传动系统进行设计调整，系统设计受到明显的局限性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的是，提供一种基于循环风况数据的永磁同步风电机组机电协同优化方法，实现发电机和齿轮传动系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于循环风况数据的永磁同步风电机组机电协同优化方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、设定时间窗，在时间窗内采集循环风况数据作为发电机组的各种运行工况，并根据风轮计算模型计算出各种运行工况下风轮的最优输出转速、转矩和输出功率P
w
；步骤2、结合风轮的输出功率P
w
，建立发电机组的性能计算模型，包括齿轮传动系统损耗计算模型、永磁同步发电机饱和磁链模型和铁耗模型、转矩模型，以及铜耗模型，基于齿轮传动系统损耗计算模型计算得到各转速、转矩下发电机组的总损耗；步骤3、以发电机和齿轮的参数作为优化变量，以系统在循环风况下的总损耗和总质量为优化目标，在相关约束条件下，利用多目标优化算法进行优化，对照传动系统设计变量及优化范围表和永磁同步发电机优化设计变量表，确定最优永磁同步风电机组的制造参数。2.根据权利要求1所述的基于循环风况数据的永磁同步风电机组机电协同优化方法，其特征在于：步骤1中，所述时间窗为风速数据采集时间周期，在发电机安装高度采集风速数据，作为发电机组的运行工况；设定年为时间窗，以风电场实测年风速工况作为风力发电机组的运行工况数据；或者以年度最大风速工况作为风力发电机组的运行工况数据：或者以年度最大风速工况的M％作为风力发电机组的运行工况数据：或者剔除年度最大风速的N天后，其余时间最大风速工况作为风力发电机组的运行工况数据。3.根据权利要求1所述的基于循环风况数据的永磁同步风电机组机电协同优化方法，其特征在于：步骤1中，所述风轮计算模型表达方式如下：风轮输出功率P
w
及各个风速下风轮输出的转速、转矩计算公式为：及各个风速下风轮输出的转速、转矩计算公式为：M为风轮转矩；ω
w
为风轮角速度；R
b
为叶片半径；ρ为空气密度；V
w
为风速；C
p
(λ,β)为风能利用系数；β为桨距角；λ为叶尖速比，λ＝ω
w
R
b
/V
w
；攻角为α。4.根据权利要求1所述的基于循环风况数据的永磁同步风电机组机电协同优化方法，其特征在于：步骤2中，所述齿轮传动系统损耗计算模型表达方式如下：齿轮传动系统损耗公式为：P
gear_loss
＝P
w
·
η
m
·
η
n
·
η
s
；其中风轮输出功率P
w
等于齿轮传动系统的输入功率；齿轮副啮合时的摩擦损耗对应啮合效率为η
m；
轴承摩擦损耗对应轴承效率为η
n
；搅油损耗对应搅油效率为η
s
。5.根据权利要求1所述的基于循环风况数据的永磁同步风电机组机电协同优化方法，
其特征在于：步骤2中，所述永磁同步发电机饱和磁链模型和铁耗模型的构建形式如下：在发电机电流极限范围内，以等距或不等距的选取d轴电流工作点，以及等距或不等距选取q轴电流点；在永磁同步发电机某一转速ω1下，选取选取d轴电流工作点和q轴电流点，得到d轴磁链矩阵和q轴磁链矩阵以及在该转速下的铁耗矩阵数据，铁耗矩阵P
Fe_ω1
(i
d
,i
q
,ω1)包括磁滞损耗矩阵P
Fe_hys_ω1
(i
d
,i
q
,ω1)和涡流损耗P
Fe_eddy_ω1
(i
d
,i
q
,ω1)矩阵，插值处理得到永磁同步发电机饱和磁链模型和铁耗模型，P
Fe_ω1
(i
d
,i
q
,ω1)＝P
Fe_hys_ω1
(i
d
,i
q
,ω1)+P
Fe_eddy_ω1
(i
d
,i
q
,ω1)进一步获得任一转速ω2下的发电机铁耗：下的发电机铁耗：下的发电机铁耗：电流幅值i
m
由d轴电流、q轴电流计算得到：根据d轴轴磁链矩阵、q轴磁链矩阵和与之对应电流矩阵得到转矩模型，计算公式如下：其中P为电机极对数。6.根据权利要求1所述的基于循环风况数据的永磁同步风电机组机电协同优化方法，其特征在于：步骤3中，所述总损耗计算过程为：对于给定输入转矩T
ps
、...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘长钊，李峥琪，吴南泽，朱文龙，王坤，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：