刘万平¹，赵祥¹，任修明²，张新丽¹

（1新疆金风科技股份有限公司，新疆乌鲁木齐830026 ； 2中船重工71 2研究所，湖北武汉430064）

  摘要：在设计兆瓦级永磁直驱风力发电机组时，为降低整个机舱的重量，必须使多极永磁同步发电机具有较高的功率密度，这就需要其具有较高的电感值。因此，发电机出Lj侧整流器类型的选择对发电机的功率、效率，以及风力发电机组的产能具有非常大的影响一对电机模型及常用的变流系统控制策略进行了介绍；再以金风科技股份有限公刊l 200 kW直驱永磁同步发电机为实例，对不同整流系统下，电机磁链、电流、功率等参数的特陛曲线进行了理论分析及对比说明，详细阐述了二极管整流、串联电容补偿二极管整流、并联电容补偿二极管整流及晶体管主动整流这四种整流系统对发电机运行眭能的影响；最后，针对不同整流系统的控制策略及其电机的设计特点列四种整流系统的选型方案进行了综合评估。

关键词：永磁直驱；风力发电机；整流系统

中图分类号：TM315文献标识码：A文章编号

0  引  言

  永磁电机由于具有效率高、免维护等优点，加上与全功率变流器组合盾对电网优越的动态调节特性，近10年来被越来越多地应用于大功率、并网型风力发电机组【l-4】。根据转速的不同，应用永磁技术的风力发电机组又可分为低速直驱永磁风力发电机组和混合传动风力发电机组。相对传统的技术，低速直驱永磁风力发电机组省去了维护量大、故障率高的齿轮箱，其多极永磁电机由叶轮直接驱动。这种技术主要适用于3 MW以内的风力发电机组，当功率太大时，电机过大的直径将使其制造、运输及吊装成本大幅上升；而混合传动永

磁风力发电机组通过增加齿轮箱，提高了电机的转速，使得电机的尺寸减小，同时又保持了永磁电机特有的技术优势。因此，在近年新涌现出来的多兆瓦级近海风机中，许多厂家均使用了这种概念。永磁电机采用永磁体励磁，如果忽略温度对永磁体的影响，转子励磁磁势保持恒定。因此，当一台电机设计完成以后，如忽略磁场饱和对电枢电感的影响，则电机气隙磁场的改变只能通过调节交、直轴电流的分量来实现，并达到调节电机输出特性的目的。永磁电机交、直轴电流的调节措施，与其所配套使用的变流器中整流器的类型有直接关系。对于基于二极管的被动整流，电机的输出电流矢量不能通过变流器控制，只能通过调节并联或串联在电机与变流器之间的电容器来达到。如已大量投入商业运行的金风科技l 200kW及1 500 kW直驱风力发电机组，有部分机型就采用了并联电容补偿的二极管整流方式；而基于快速关断器件的主动整流变流器，可对电机电流矢量进行更为快速、灵活的控制，使电机性能达到****限度地利用。

    本文以金风科技1 200 kW永磁同步发电机为例，对其采用的不同变流系统对电机性能的影响进行了综合的分析和对比，并根据分析结果对电机与不同变流系统的匹配方案进行了评估，对根据电机设计特点如何进行变流系统选型具有一定的指导意义。

    本文所分析的发电机为金风科技1 200 kW直驱永磁同步发电机，该机组为商业机组，其电机参数为同类产品的典型参数。为了分析方便，所有的发电机叁数均被转化为标幺值，基准参数分别为额定的电压、电流和频率。

    根据上述基准值的定义，可以推算出所研究的1 200 kW发电机的定子电感L为0.45，工作温度下的定子电阻为0. 024。电机的一相等值电路图和向量图分别如图1、2所示。

    金风科技1 200 kW永磁同步发电机转子为面贴式结构，转子磁场接近正弦波，因此转子磁场在定子绕组中的感应电动势E可表示为：

  

    在负载状态下，定子绕组电流t产生磁场，其中一部分磁场通过定子齿、定子轭、气隙、磁钢和转子轭闭合，称为电枢反应磁场，其产生的电抗称为电枢反应电抗X_sh；另一部分仅通过定子齿、槽和定子轭，称为漏磁场，其产生的电抗称为漏电抗x_σ对于面贴式转子结构，由于永磁体的相对磁

导率μ_r接近空气