无刷双馈风力发电机的优化设计研究

无刷双馈发电机(Brushless Doubly-Fed Generator，BDFG)取消了电刷和滑环，具有运行可靠、变频器容量小、系统成本低、转速和功率因数调节灵活等优点，在风力发电领域有着良好的应用前景。然而，目前还缺少对无刷双馈风力发电机优化设计方面的研究。本文依托重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室自主研究项目，从电磁设计和优化算法两方面对笼型转子BDFG进行研究。首先，简要介绍了BDFG及其发电系统的基本结构和工作原理，详细推导了BDFG的电压方程和等效电路。在此基础上，研究了BDFG的功率流向和性能计算方法，得出了BDFG电磁设计公式，并在Visual Basic平台上开发了相应的BDFG电磁设计软件。其次，分析了风力机特性对BDFG的影响，进而提出了BDFG的设计原则和设计目标。根据BDFG电磁设计软件，得出了初始电磁设计方案，并对设计结果进行了分析讨论。第三，在介绍标准粒子群优化算法及其改进策略研究现状的基础上，提出了一种全参数振荡策略粒子群优化(Oscillating All Parameters Strategy Particle SwarmOptimization，OAPS-PSO)算法，并通过4个典型的Benchmark函数进行了验证。最后，结合风力发电系统的特点，建立了BDFG优化设计模型。运用OAPS-PSO算法对BDFG进行了优化设计，得出了优化设计方案，并进行了分析讨论。结果表明，本文推导的BDFG性能计算方法和电磁设计公式正确有效；提出的OAPS-PSO算法能有效克服早熟收敛，具有较好的全局收敛能力，适用于求解多变量、复杂的优化问题；得出的BDFG优化设计方案降低了成本或提高了效率，达到了优化的目的。本文的研究工作对BDFG的电磁设计和优化设计提供了理论基础，得出的优化设计方案对BDFG样机的研制提供了参考依据。