一种风力发电机内循环冷却风量优化方法与流程

本发明属于风力发电机
技术领域：
，尤其涉及一种永磁风力发电机内循环冷却风量优化方法。
背景技术：
：电机在运行中内部进行着能量转换，运行时产生的各种损耗最终都要转变成热能，使电机各个部件发热，电机的温升是直接影响电机绝缘寿命，它关系到电机运行的可靠性和寿命。大型永磁直驱风力发电机在容量较低(小于3MW)时，电机直接通过环境风进行冷却，不需要额外的散热设备。但是随着电机单机容量的升高，电机运行时的损耗逐渐增加，使电机各部件的温度升高，单纯通过环境风进行冷却已不足以降低电机温升，一般在电机内部通循环风进行辅助冷却。由于没有合适的优化方法，电机内部循环风量是根据电机额定工况时确定的，该风量可以保证电机在额定工况时温升不超过限定值。但是，环境风速随时在变化，而且大部分时间均小于额定风速，电机工作一般工作在额定工况以下，如果风力发电机在整个工作时间内均采用额定工况时的内部循环风量，必然会造成一定的内部循环风量的浪费。技术实现要素：本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种优化内部循环风量的永磁风力发电机内循环冷却风量优化方法。为了实现上述目的，本发明的技术方案是，一种风力发电机内循环冷却风量优化方法，包括以下步骤：步骤1：建立风力发电机的温度计算模型，该模型采用热路法或热网格法对电机进行温度计算，在环境风速、环境温度、初估的内循环风量条件下，得到电机各个网格节点的温度；其中在计算电机损耗时考虑了电机温度的影响，该模型可以在一定的环境风速、环境温度、内循环风量条件下，计算电机各个网格节点的温度，其中对于特定的风资源条件，环境风速、环境温度是确定的，内循环风量是人为确定的；步骤2：将风力发电机的工作时间划分成有限个时间段，从第一个时间段开始计算；步骤3：在同个时间段内，计算不同内循环风量下的电机温度，利用步骤1的模型，在一定范围内线性改变内循环风量，计算不同内循环风量下的电机温度；步骤4：在同个时间段内，计算不同内循环风量下的电机铜耗，根据步骤3得到的绕组平均温度，计算步骤3对应的不同内循环风量时的电机铜耗；步骤5：在同个时间段内，计算不同内循环风量下通风功率，根据步骤3采用的不同内循环风量，计算内循环风的通风功率；步骤6：在同个时间段内，确定损耗最小时的内循环风量，将步骤4计算的电机铜耗和步骤5计算的通风功率的相加，得到不同内循环风量下两种损耗的和，找到最小值对应的内循环风量即为该时间步最优的内循环风量；步骤7：确定通内循环风电机的频率，通过改变通内循环风电机的频率来改变通风电机的转速，来满足步骤6得到的内循环风量；步骤8：进入下一个时间段，重复步骤3到步骤7的计算过程。优选的，所述步骤4中电机铜耗的计算公式为，式中PCu为电机铜耗，I为电机相电流，R75为电机定子在75°时的相电阻，TCu为定子绕组平均温度。优选的，所述步骤5中内循环风通风功率计算公式为：Pw＝HQ＝ZQ3式中Pw为内循环风的通风功率，H为内循环风风压，Q为内循环风量，Z为电机通风风阻。本发明的效果是，将风力发电机的工作时间划分成有限个时间段，结合风力发电机的不同时间段的运行数据，来改变内循环风量，降低了通内循环风电机的功率，实现了永磁风力发电机内循环冷却风量优化，为风力发电机整机的效率优化提供了帮助。附图说明图1是本发明实施例流程图。具体实施方式下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步说明。参照附图，一种风力发电机内循环冷却风量优化方法，包括以下步骤：步骤1：建立风力发电机的温度计算模型，该模型采用热路法或热网格法对电机进行温度计算，在环境风速、环境温度、初估的内循环风量条件下，得到电机各个网格节点的温度；其中在计算电机损耗时考虑了电机温度的影响，该模型可以在一定的环境风速、环境温度、内循环风量条件下，计算电机各个网格节点的温度，其中对于特定的风资源条件，环境风速、环境温度是确定的，内循环风量是人为确定的；步骤2：将风力发电机的工作时间划分成有限个时间段，从第一个时间段开始计算；取某风场一段时间的风资源条件，共25小时，包括环境温度、环境风速。每个时间段为0.5小时，共50个时间段，从第一个0.5小时时间段开始计算。步骤3：在同个时间段内，计算不同内循环风量下的电机温度，利用步骤1的模型，在一定范围内线性改变内循环风量，计算不同内循环风量下的电机温度；计算的内循环风量范围为0.5m3/s至2.5m3/s，其中内循环风量下限0.5m3/s为整机系统要求的最小值，内循环风量上限2.5m3/s为风力发电机最极端工况时所需的最大值，在该范围内每隔0.01m3/s取一个点计算，共201个内循环风量计算点。得到201个不同的内循环风量时的电机温度，提取电机定子绕组平均温度。在第一个时间段内，不同内循环风量时的定子绕组平均温度结果如表一，表中每隔10个点取一个值，共21个点。内循环风量0.50.60.70.80.911.1绕组平均温度100.999.297.796.595.494.593.7内循环风量1.21.31.41.51.61.71.8绕组平均温度92.992.291.69190.489.989.4内循环风量1.922.12.22.32.42.5绕组平均温度88.988.588.187.787.386.986.5表一(温度单位为℃，风量单位为m3/s)步骤4：在同个时间段内，计算不同内循环风量下的电机铜耗，根据步骤3得到的绕组平均温度，计算步骤3对应的不同内循环风量时的电机铜耗；应用下列公式计算电机铜耗，式中PCu为电机铜耗，I为电机相电流，R75为电机定子在75℃时的相电阻，TCu为定子绕组平均温度；实施例工况I为803A，R75＝0.0555Ω。实施例在第一个时间段内，不同内循环风量时的电机铜耗结果如表二。内循环风量0.50.60.70.80.91.01.1电机铜耗116.3115.7115.2114.8114.4114.1113.8内循环风量1.21.31.41.51.61.71.8电机铜耗113.6113.3113.1112.9112.7112.5112.4内循环风量1.92.02.12.22.32.42.5电机铜耗112.2112.0111.9111.8111.6111.5111.3表二(铜耗单位为kW，风量单位为m3/s)步骤5：在同个时间段内，计算不同内循环风量下通风功率，根据步骤3采用的不同内循环风量，计算内循环风的通风功率；采用下式计算电机内循环风通风功率：Pw＝HQ式中Pw为内循环风的通风功率，H为内循环风风压，Q为内循环风量；假设电机通风风阻不随内循环风量变化，则内循环风风压H可用下式计算：H＝ZQ2式中Z为电机通风风阻；则内循环风通风功率可得：Pw＝HQ＝ZQ3当电机内循环风量为2.5m3/s时，内循环风通风功率为15kW，对应的电机通风风阻Z为0.96。在第一个时间段内，不同内循环风量时的内循环风通风功率如表三。内循环风量0.50.60.70.80.91.01.1通风功率0.10.20.30.50.71.01.3内循环风量1.21.31.41.51.61.71.8通风功率1.72.12.63.23.94.75.6内循环风量1.92.02.12.22.32.42.5通风功率6.67.78.910.211.713.315.0表三(通风能耗单位为kW，风量单位为m3/s)步骤6：在同个时间段内，确定损耗最小时的内循环风量，将步骤4计算的电机铜耗和步骤5计算的通风功率的相加，得到不同内循环风量下两种损耗的和，找到最小值对应的内循环风量即为该时间步最优的内循环风量；在第一个时间段内，不同内循环风量的电机铜耗和通风功率之和如表四。内循环风量0.50.60.70.80.91.01.1电机铜耗和通风功率之和116.45115.95115.55115.30115.13115.07115.11内循环风量1.21.31.41.51.61.71.8电机铜耗和通风功率之和115.22115.43115.74116.14116.63117.24117.95内循环风量1.92.02.12.22.32.42.5电机铜耗和通风功率之和118.76119.72120.79121.98123.30124.75126.34表四(电机铜耗和通风功率之和单位为kW，风量单位为m3/s)由表五可知，在第一个时间段内，当通风风量为1m3/s时，电机损耗最小，则在第一个时间段内电机内循环风最优风量为1m3/s。步骤7：确定通内循环风电机的频率，通过改变通内循环风电机的频率来改变通风电机的转速，来满足步骤6得到的内循环风量；由步骤6的内循环风量结果和公式Pw＝HQ＝ZQ3得到通风电机的功率，通风电机的转速与内循环风量成正比，通风电机的频率与转速成正比，进而确定通风电机的频率。实施例内循环风为2.5m3/s时的电机转速为1500rpm，频率为50Hz，则步骤6得到的最优内循环风为1m3/s时的通风功率约为1kW，通内循环风电机的转速为600rpm，对应的通风电机频率为20Hz。步骤8：进入下一个时间段，重复步骤3到步骤7的计算过程。当所有的时间段均计算完成后，得到风力发电机整个工作时间内最优的内循环风风量以及对应的通内循环风电机的功率、转速和频率。在采用的风资源条件下，按照本发明方法计算的优化后的风力发电机参数，如表五(表中为四舍五入后的结果)。时间0.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0环境温度18.318.117.917.617.617.917.817.917.918.2环境风速9.010.910.710.610.110.911.610.310.011.1绕组平均温度94.5102.2104.0104.5105.8106.2107.0107.1106.8107.7内循环风量1.01.31.31.31.31.31.41.31.31.3通风功率1.02.32.32.22.32.22.42.21.92.3时间5.56.06.57.07.58.08.59.09.510.0环境温度18.418.618.718.618.617.119.118.218.518.5环境风速9.810.19.39.79.68.37.38.48.76.5绕组平均温度106.0105.0102.1101.8103.393.384.179.583.373.5内循环风量1.21.21.11.21.20.70.50.70.80.5通风功率1.51.51.21.51.50.30.10.30.40.1时间10.511.011.512.012.513.013.514.014.515.0环境温度19.518.718.218.218.118.218.318.418.618.3环境风速8.59.69.49.59.310.210.79.610.09.9绕组平均温度75.287.089.289.989.891.797.397.5100.8101.5内循环风量0.81.31.11.21.01.21.41.11.31.3通风功率0.52.11.21.71.01.52.41.32.21.9时间15.516.016.517.017.518.018.519.019.520.0环境温度18.818.718.618.518.618.618.918.718.318.4环境风速7.98.28.08.38.78.19.49.78.57.8绕组平均温度71.370.570.773.476.776.781.886.583.581.6内循环风量0.50.60.50.60.80.61.11.20.60.5通风功率0.10.20.10.20.40.21.21.50.20.1时间20.521.021.522.022.523.023.524.024.515.0环境温度21.422.620.920.520.219.919.619.418.918.9环境风速5.37.28.18.08.28.88.97.77.08.2绕组平均温度57.558.560.262.363.669.673.368.062.066.1内循环风量0.50.50.60.50.70.91.00.50.50.6通风功率0.10.10.20.20.30.80.90.10.10.2表五(时间单位为小时，温度单位为℃，风速单位为m/s，风量单位为m3/s，通风功率单位为kW)本发明将风力发电机的工作时间划分成有限个时间段，结合风力发电机的不同时间段的运行数据，来改变内循环风量，降低了通内循环风电机的功率，实现了永磁风力发电机内循环冷却风量优化，为风力发电机整机的效率优化提供了帮助。本发明提供的风力发电机内循环冷却风量优化方法，可以应用于类似的产品，包括水冷电机等，针对整机中非连续满负荷工作的辅助设备也可以应用本发明方法。以上只是本发明的一种实施方式，一个优选示范例。本发明申请请求保护的范围并不只限于所述实施方式。凡与本实施例等效的技术方案均属于本发明的保护范围。当前第1页1 2 3