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无线供电风电机组变桨系统耦合机构设计

Design on the Coupling Mechanism of Wireless Power Transfer System for Pitch System of Wind Turbines

【作 者】廖陆玙

【摘 要】

对于现代风电机组,变桨系统是其重要的组成部分。变桨系统主要功能是当风速发生变化时,对叶片的桨角进行调节,可以有效地降低由强风引起的对风电机组的损害,提高风电机组的运行稳定性和发电效率。现有的变桨系统中,电功率及电信号的传输都是采用导电滑环实现的。这种连续旋转的接触式传导部件是变桨系统中最容易发生故障的部件之一,存在着寿命短、可靠性差的问题,影响了风电机组的寿命,增加了风电机组维护维修工作量。无线电能传输(Wireless PowerTransfer,WPT)技术克服了传统电能传输方式只能通过导线传输电能的局限性,具有灵活、安全、可靠性高等特点,应用前景广阔。论文针对横向课题的实际需求,围绕无线供电风电机组变桨系统的电磁耦合机构展开研究与设计,解决了使用传统接触式导电滑环的变桨系统存在的寿命短、可靠性差、维护维修工作量大的问题,实现了风电机组变桨系统的无线供电。论文介绍了无线电能传输系统电磁耦合机构的国内外研究现状,进行了无线供电风电机组变桨系统的需求分析,确定了无线供电风电机组变桨系统总体方案:利用磁场耦合无线电能传输(Magnetic Coupling-Wireless Power Transfer, MC-WPT)技术将风电机组主控系统的电能传输给变桨系统,实现电能的无线传输,不再使用传统接触式导电滑环。论文对MC-WPT 技术的基本原理和系统构成及耦合机构基本分类做了简单介绍,对系统的高频逆变电路、谐振补偿网络等进行了理论分析及选型,为后文进行电磁耦合机构设计打下基础。论文在建立系统耦合机构互感等效模型的基础上,基于有限元仿真软件COMSOL 对不同的绕线方式、线圈结构、拾取线圈结构建立了仿真模型并进行仿真,分析影响耦合机构性能的因素及其相应规律。并从互感、磁场分布情况进行对比分析,完成耦合机构选型。 通过理论分析,找到了耦合机构影响系统频率稳定性的因素,并分析这些因素对于系统稳定性的影响。随后,结合项目需求分析及前述的分析结论,提出了一种适用于无线供电风电机组变桨系统的耦合机构设计方法并完成了耦合机构的参数设计。基于 MATLAB搭建仿真模型,仿真验证所设计的电磁耦合机构的合理性。最后搭建了实验验证装置,实验结果验证了所设计的电磁耦合机构的正确性与有效性。

【关键词】无线电能传输( WPT);风电机组变桨系统;耦合机构

【下 载】 (浏览229次)