论文部分内容阅读
风能是目前最具开发价值的可再生清洁能源，近些年来风力发电在全球范围内的发展十分迅速。随着风力发电向大型化和海上风电的不断地发展，风力发电机传统冷却方式的不足也逐渐凸显。蒸发内冷系统具有无泵自循环、冷却效率高、运行安全可靠、基本免维护等特点，蒸发内冷发电机能够很好地契合大型陆上和海上风力发电机的发展要求。因此，有必要就蒸发冷却系统应用于风力发电机的关键性问题进行深入研究，解决大型风力发电机的冷却问题，为提升我国大型风力发电机设计研发能力奠定理论基础。 由于两相自然循环系统的本征非线性，当系统的运行工况、回路拓扑结构发生大范围变化时，有可能会引发系统的不稳定，导致系统参数的剧烈变化，威胁发电机的安全稳定运行。本文基于非线性动力学理论及其数值延拓法，对小倾角两相自然循环系统的静态稳定性进行了研究，获得了系统静态分岔解图，定义了系统的极限散热能力以及稳定裕度，在此基础上，分析了系统静态分岔的参数效应。设计并搭建了小倾角自然循环系统稳定性研究实验平台，并进行了实验研究，研究结果证实了系统静态分岔现象的存在。推导了多通道并联管路的系统方程，并在此基础上，分析了三通道系统的静态稳定性。针对风力发电机蒸发内冷系统应用中关注的问题:垂直高度差对并联管路稳定性的影响进行了分析，并获得了稳定边界，为冷却系统的设计提供了理论参考。 风力发电机自循环蒸发内冷系统利用风力发电机3°～5°的倾斜角使系统顺利实现自循环，这种方式在理论上式可行的，但实际应用中的效果如何，尚且需要进行实验验证。本文首次设计并搭建了风力发电机定子蒸发内冷实验平台，在此平台的基础上，对风力发电机定子蒸发内冷系统的自循环建立情况、运行的稳定性、绕组的冷却效果、变负荷运行情况等特性进行了实验研究，实验结果有效地证明了蒸发内冷系统在风力发电机上应用的可行性。 将传统风力发电机的设计方法与蒸发内冷系统的技术特点和工程应用经验相结合，对蒸发内冷风力发电机线负荷、定子电密、槽满率以及定子绕组联接方式等关键参数及结构的选择进行了研究。基于定子蒸发内冷系统的极限散热能力，提出了蒸发内冷风力发电机最大铜耗的校验判别式，为合理的进行蒸发内冷风力发电机方案设计提供了参考。采用一维模型与有限元仿真相结合的方法，对风力发电机蒸发内冷线圈的三维温度场进行了分析，并将仿真结果与实测值进行对比，验证了仿真分析的准确性。