海上風(fēng)能強(qiáng)勁且穩(wěn)定、可減少土地資源占用且噪聲影響小,全球風(fēng)電場建設(shè)已出現(xiàn)從陸地向海上發(fā)展的趨勢。建設(shè)采用直流匯集-直流傳輸電能的海上全直流風(fēng)場對于解決沿海地區(qū)的電力供應(yīng)問題具有重要意義。由于至今尚未突破許多技術(shù)壁壘,目前世界上仍未建成海上全直流風(fēng)場。針對海上全直流風(fēng)場的傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)串聯(lián)升壓拓?fù)淇赡艽嬖诘碾姍C(jī)繞組額外絕緣問題,以及在風(fēng)速不均衡和故障情況下復(fù)雜的功率分配和電壓控制問題,本文提出將永磁同步發(fā)電機(jī)本體模塊化、機(jī)側(cè)AC/DC變換器模塊化和網(wǎng)側(cè)DC/DC變換器模塊化,實(shí)現(xiàn)整個(gè)永磁直流風(fēng)機(jī)拓?fù)淠K化的設(shè)計(jì)思路。進(jìn)一步提出了一種基于磁集成變壓器(MIT)的模塊化永磁直流風(fēng)機(jī)拓?fù)�。通過分?jǐn)?shù)槽集中繞組直驅(qū)永磁同步發(fā)電機(jī)(FSCW DDPMSG)和MIT的結(jié)合,直接在機(jī)端產(chǎn)生高壓直流,增強(qiáng)故障容錯(cuò)能力。本文給出一整套考慮多重因素時(shí)FSCW DDPMSG的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,采用MATLAB軟件編寫程序,設(shè)計(jì)了具有8套三相繞組、容量為5 MW永磁發(fā)電機(jī)的算例,并基于MAXWELL軟件進(jìn)行有限元仿真分析。設(shè)計(jì)了發(fā)電機(jī)側(cè)AC/DC和網(wǎng)側(cè)MIT隔離式DC/DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),分析其工作原理,采用機(jī)側(cè)AC/DC變換器實(shí)現(xiàn)電機(jī)繞組電流功率因數(shù)校正(PFC)的控制策略,以及網(wǎng)側(cè)MIT隔離式DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)機(jī)內(nèi)低壓直流母線電壓穩(wěn)定的控制策略�；赑LECS軟件仿真結(jié)果表明,本文所設(shè)計(jì)的基于MIT的模塊化永磁直流風(fēng)機(jī)在啟動、變速、故障和停運(yùn)情況下能夠?qū)崿F(xiàn)工作狀態(tài)的平穩(wěn)過渡,以及最大功率跟蹤(MPPT),驗(yàn)證了本文所提出拓?fù)浜涂刂品绞降暮侠硇院涂尚行�。這為未來海上全直流風(fēng)場的研究提供了技術(shù)參考。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM315
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題研究的背景和意義
    1.2 海上風(fēng)場的匯集方式和傳輸方式
        1.2.1 交流匯集-交流傳輸?shù)暮Ｉ巷L(fēng)場
        1.2.2 交流匯集-直流傳輸?shù)暮Ｉ巷L(fēng)場
        1.2.3 直流匯集-直流傳輸?shù)暮Ｉ巷L(fēng)場
    1.3 海上全直流風(fēng)場的組網(wǎng)方式
        1.3.1 不含升壓站的組網(wǎng)方式
        1.3.2 含升壓站的組網(wǎng)方式
    1.4 海上風(fēng)電機(jī)組發(fā)展歷程和現(xiàn)狀
        1.4.1 國外發(fā)展歷程和現(xiàn)狀
        1.4.2 國內(nèi)發(fā)展歷程和現(xiàn)狀
    1.5 論文的主要內(nèi)容與章節(jié)安排
第二章 海上直驅(qū)永磁直流風(fēng)機(jī)基本原理
    2.1 海上直驅(qū)永磁直流風(fēng)機(jī)典型拓?fù)鋽?shù)學(xué)模型
        2.1.1 風(fēng)力機(jī)數(shù)學(xué)模型
        2.1.2 傳動軸數(shù)學(xué)模型
        2.1.3 永磁同步發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型
        2.1.4 機(jī)側(cè)AC/DC變換器數(shù)學(xué)模型
        2.1.5 網(wǎng)側(cè)DC/DC變換器數(shù)學(xué)模型
    2.2 海上直驅(qū)永磁直流風(fēng)機(jī)典型拓?fù)淇刂圃?br>        2.2.1 風(fēng)力機(jī)MPPT控制原理
        2.2.2 機(jī)側(cè)AC/DC變換器控制原理
        2.2.3 網(wǎng)側(cè)DC/DC變換器控制原理
    2.3 現(xiàn)有海上直驅(qū)永磁直流風(fēng)機(jī)拓?fù)?br>    2.4 基于MIT的模塊化永磁直流風(fēng)機(jī)拓?fù)?br>    2.5 本章小結(jié)
第三章 FSCW DDPMSG設(shè)計(jì)
    3.1 FSCW DDPMSG特點(diǎn)
    3.2 FSCW DDPMSG設(shè)計(jì)原則
        3.2.1 主要尺寸選擇原則
        3.2.2 氣隙磁場方向選擇原則
        3.2.3 氣隙長度選擇原則
        3.2.4 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)選擇原則
        3.2.5 永磁體厚度與極弧系數(shù)選擇原則
        3.2.6 定子齒槽形狀選擇原則
        3.2.7 極槽數(shù)配合原則
        3.2.8 考慮電力電子變換器控制策略的設(shè)計(jì)原則
    3.3 FSCW DDPMSG設(shè)計(jì)流程
    3.4 基于MATLAB軟件的FSCW DDPMSG設(shè)計(jì)算例
    3.5 基于MAXWELL軟件的FSCW DDPMSG有限元仿真分析
    3.6 FSCW DDPMSG等效數(shù)學(xué)模型
    3.7 本章小結(jié)
第四章 電力電子變換器設(shè)計(jì)
    4.1 發(fā)電機(jī)側(cè)AC/DC變換器設(shè)計(jì)
        4.1.1 發(fā)電機(jī)側(cè)AC/DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
        4.1.2 發(fā)電機(jī)側(cè)AC/DC變換器工作原理
        4.1.3 發(fā)電機(jī)側(cè)AC/DC變換器控制方式
    4.2 網(wǎng)側(cè)MIT隔離式DC/DC變換器設(shè)計(jì)
        4.2.1 網(wǎng)側(cè)MIT隔離式DC/DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
        4.2.2 網(wǎng)側(cè)MIT隔離式DC/DC變換器工作原理
        4.2.3 網(wǎng)側(cè)MIT隔離式DC/DC變換器控制方式
    4.3 本章小結(jié)
第五章 基于MIT的模塊化永磁直流風(fēng)機(jī)仿真研究
    5.1 基于PLECS軟件的直流風(fēng)機(jī)系統(tǒng)建模
        5.1.1 風(fēng)力機(jī)建模
        5.1.2 傳動軸建模
        5.1.3 FSCW DDPMSG建模
        5.1.4 電力電子變換器建模
        5.1.5 控制系統(tǒng)建模
    5.2 啟動與變風(fēng)速運(yùn)行仿真研究
    5.3 故障運(yùn)行仿真研究
        5.3.1 發(fā)電機(jī)側(cè)AC/DC變換器與機(jī)內(nèi)LVDC母線開路故障
        5.3.2 網(wǎng)側(cè)MIT隔離式DC/DC變換器與機(jī)內(nèi)LVDC母線開路故障
    5.4 停機(jī)過程仿真研究
    5.5 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 主要研究工作與創(chuàng)新點(diǎn)
    6.2 后續(xù)研究工作
參考文獻(xiàn)
附錄
致謝
攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文及專利成果

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2858901