直線葉型立軸風輪與新型風力發電機的合理匹配

5 風輪的整合性試驗
　　圖1所示為將無CC方式的驗證裝置，直接連到現場試驗的SW-VAWT風輪機上。有關風輪及無CC風輪的最大輸出功率，對其整合性已進行過研究和實驗。
　　為確認整合性的穩定，將圖2的風輪特性與圖9的無CC裝置輸入功率重合，如圖10所示，從圖10可確認，無CC的輸入功率與一定風速下SW-VAWT的最大輸出功率有很好的一致性。

　　　　　　　　　　　
　　圖11為SW-VAWT與無CC方式驗證裝置，在變動風速下的整合性試驗結果。以2秒的取樣周期對每個風速下，無CC方式的輸出功率進行測量。按每0.1m/s的風速分隔各測定值，以其每個風速下無CC功率的平均值作為實測值。
　　從圖11可見，由于裝置本身的的損耗，實測值位于實線表示的風輪最大輸出功率以下。但即使沒有用PWM變換器控制，無CC方式的輸出功率從低速到高速，按變動的風速風能對應的風輪輸出的變化，也具有較好的整合性。可確認能夠獲得風輪的最大輸出功率。

　　　　　　　　　　　
　　6 適合整流輸出的永磁發電機
　　適合于無CC方式的同步發電機，對其轉子結構進行了定性分析。轉子的表面無電流流過，這種帶定子線卷的同步發電機模型由以下的電壓方程式表示：
式中，Vd、Vq—直軸與橫軸的定子電壓；id、iq—直軸與橫軸的定子電流；R—定子電阻；Ld、Lq—直軸與橫軸的電感；φ—與空載時定子線卷交鏈的磁通值；ω—轉子的電角速度；P—d/dt。
　　以轉子的磁通方向為d軸，與其正交的方向為q軸，上式(5)用d、q坐標表示。對于帶勵磁線卷的凸極轉子結構和永磁體均布設置于轉子表面的表面永磁式結構(SPM)，以及永磁體埋入轉子內部的內部永磁式結構(IPM)，鑲嵌式結構(ISPM)等，均可利用式(5)進行分析。
　　發電機輸出不通過電抗器，直接整流，輸出到直流電源時利用分析工具PSCAD/EMTDC在下列條件進行了模擬。
　　(1)以Ld<Lq的IPM發電機，基于其Ld和Lq值，假定了不同轉子結構情況下的Ld和Lq值。
　　(2) IPM結構：Ld<Lq（ωLd=40%,ωLq=160%），SPM結構：Ld＝Lq（ωLd=ωLq=40%），帶勵磁線卷磁場的凸極結構：Ld>Lq（ωLd=160%，ωLq=40%）。與定子線卷交鏈的磁通φ，無論對哪種結構均不變化。故相對于相電壓的各個電抗器的電壓降以百分率表示。
　　(3)未考慮發電機的磁飽和，轉速為額定值不變，改變的是輸出前的直流電壓值。
圖12給出了結果，縱軸上以IPM結構Ld<Lq的發動機額定值作為100%。從結果中看到：Ld<Lq IPM結構的發電機，其整流輸出比Ld=Lq SPM結構發電機的輸出功率大；與Ld>Lq帶勵磁線卷的凸極結構發電機比較，輸出功率能更大幅度的提高。