高溫超導(dǎo)海上風(fēng)力發(fā)電機勵磁繞組設(shè)計.pdf

1、風(fēng)力發(fā)電是緩解世界能源和環(huán)境危機的重要技術(shù)。其發(fā)展受到發(fā)電成本偏高和陸上風(fēng)能資源有限的制約，研制大容量海上風(fēng)力發(fā)電機成為解決這兩個問題的重要途徑。高溫超導(dǎo)發(fā)電機具有體積小、重量輕、效率高等突出優(yōu)勢，是大容量海上風(fēng)力發(fā)電機的重點研究方向之一。本文在國家863計劃資助下，結(jié)合海上風(fēng)力發(fā)電機的運行特性，從電磁設(shè)計、動態(tài)穩(wěn)定性分析、失超保護和制冷系統(tǒng)等方面對高溫超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機的超導(dǎo)勵磁繞組設(shè)計開展了系統(tǒng)的研究工作。電磁設(shè)計是高溫超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機勵

2、磁繞組設(shè)計的核心。本文在863項目組提出的超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機整體電磁設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，以調(diào)研和實驗測試得到的高溫超導(dǎo)帶材基本特性分析數(shù)據(jù)為支撐，結(jié)合MATLAB和有限元軟件COMSOL，利用遺傳算法對超導(dǎo)勵磁繞組的電磁和結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化，得出了超導(dǎo)帶材用量最少并滿足磁通密度要求的電磁設(shè)計方案。根據(jù)電磁設(shè)計方案，以減少漏熱和保證超導(dǎo)勵磁繞組的可靠運行為原則，對電流引線進行了優(yōu)化設(shè)計，并計算出單根電流引線的漏熱參數(shù)。
　　本研究結(jié)合發(fā)電機

3、組的運行特點和超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機的各項設(shè)計參數(shù)，通過理論分析和模擬仿真，研究了超導(dǎo)勵磁繞組在三相短路故障和風(fēng)速波動兩種狀態(tài)下的穩(wěn)定性。三相短路故障后超導(dǎo)勵磁繞組的峰值電流低于超導(dǎo)帶材的臨界電流，但是短路引起的勵磁電流變化速率很快，可能會導(dǎo)致超導(dǎo)勵磁繞組失超。分析結(jié)果表明，風(fēng)速波動會增大超導(dǎo)勵磁繞組的交流損耗，影響超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機的穩(wěn)定運行。為保證超導(dǎo)發(fā)電機的可靠性，本文結(jié)合可調(diào)節(jié)輸出功率的制冷系統(tǒng)和高屏蔽率的屏蔽筒兩種措施來提高勵磁繞組的動態(tài)

4、穩(wěn)定性。在對比研究不同制冷方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合超導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計出符合勵磁繞組運行要求的制冷系統(tǒng)。并采取新型結(jié)構(gòu)的力矩傳導(dǎo)筒、多層絕熱材料和半雙層輻射屏等多個措施降低制冷系統(tǒng)的熱負(fù)荷，從而提高超導(dǎo)發(fā)電機的整體效率。根據(jù)制冷系統(tǒng)設(shè)計方案和熱負(fù)荷計算結(jié)果，進行了制冷機選型和氦氣流量參數(shù)計算。研究了超導(dǎo)發(fā)電機的失超機理，然后對比不同失超檢測方法的優(yōu)缺點，最終選擇有源功率法和光纖測溫法相結(jié)合的方式進行失超檢測。根據(jù)高溫超導(dǎo)帶材的性能特