Matlab面向新能源应用的异步电机动态热力学分析与研究(2)
4.2 Moto-CAD侧仿真 21
5 定子绕组匝间短路的故障仿真 24
5.1 故障简介 24
5.2 故障数学模型 24
5.3 故障建模及仿真结果 26
6 三相电压不平衡的故障仿真 29
结 论 32
致 谢 33
参考文献34
1 绪论
1.1 研究背景及意义
能源是人类活动的物质基石，新型能源的出现和先进技术的使用促进了人类社会的发展与进步。众所周知，传统的化石能源渐趋枯竭，人类已经把更多的目光投向新能源领域。
作为当前可再生能源技术中，相对成熟并同时具备商业化开发和规模化发展的一种清洁能源，风能的开发利用及发电技术的发展受到世界越来越多的关注和重视。据估算，地球所拥有的风能约为2.74亿MW，其中可加以利用的约占总量的1%[1]。
在过去的20年里，风力发电的装机容量持续不断增长。从2000年开始，风电行业每年的平均增速超过25%，预计在未来数年仍将保持这一趋势。风电的快速发展主要是由于传统能源成本的增加、风力机设计制造成本的降低及政府的政策扶持[2]。
我国是世界上风能资源较为丰富的国家之一，近些年来风电产业也得到了长足的发展。2014年，中国（不含台湾地区），新增安装风电机组达13121台，新增装机容量达23196MW，同比增长了44.2%；累计安装风电机组共76241台，累计装机容量共114609MW，同比增长了25.4% [3]。按照“十二五”的规划目标，预计到2015年全国风电装机容量将达到1×108kW，年发电量1900×108kWh[4]。
由此可见，风力发电在我国新能源产业中占有举足轻重的地位。但相比传统的火电行业，风力发电仍存在成本较高，稳定性、可控性较差等缺点，这就需要我们不断地投入人力物力进行相关研究，让风力发电更快更好地为人类社会的发展做出贡献。
1.2 国内外研究现状
1.3 风力发电系统介绍
按照能量转换原理，风力发电系统将风力机采集的风能转换成机械能，经过传动装置传至发电机，再由发电机将其转化为电能。
风力发电系统主要由风力机、发电机、控制装置、传动装置、蓄能装置等系统组成。
风电机组（风力机+发电机）是将风能转换成电能的核心设备。风力机系统主要由桨叶、轮毂、主轴、调桨机构、偏航机构、刹车及制动机构等部分组成。发电系统包括发电机、电力电子变换器、并网开关、软并网装置、转速传感器、无功补偿器等。
传动装置（齿轮箱）联接风力机和发电机两大核心部分，它将风轮转速由20-30r/min升速至发电机转速1500r/min，升速比在50-75之间。
由于风的随机性，风力大小不断变化，必须根据实际风况和实际电能需要量通过控制装置实现对风电机组的启动、调节、停机、故障保护及负荷的接通、调整和断开等操作。在小容量的风力发电系统中，控制装置一般由接触器、继电器和传感元件组成；对于容量较大的风力发电系统，现多采用计算机进行控制[27]。
图1.1 双馈异步风力发电机系统原理图
1.4 本文主要研究内容
电机是风力发电系统至关重要的组成部分，提高电机的整体性能、保证电机的平稳运行对文持风力发电系统的正常运转尤为重要。一直以来，无论是电机设计还是故障检测，切入点一般都在噪声、电压、电流、转速、转矩等传统物理量上，进而提出相应的解决方案。对于电机的电磁分析也是人们的研究热点，通过研究电机的磁场分布、铁芯损耗、涡流等内容，为电机的运行状况检测提供理论依据。随着对电机性能需求的不断提高，热力学分析受到了研究人员越来越多的重视[28]。