《多相無刷雙饋發電機及其控制系統基礎研究》是依託華中科技大學，由萬山明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：多相無刷雙饋發電機及其控制系統基礎研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：萬山明
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
風力發電機組的單機容量越來越大，對發電機的可靠性和成本等要求也越來越高。目前廣泛套用的變速恆頻有刷雙饋發電機可靠性不高，而永磁同步發電機成本較高。無刷雙饋發電機實現了無刷化且功率變換器的容量接近於有刷方案。因此無論從可靠性，效率還是成本等各方面看，無刷雙饋風力發電方案的競爭優勢均十分明顯。本項目首次提出一種多相無刷雙饋發電機及其配套的多相功率變換器方案，特別適用於高壓大容量場合的風力發電套用。另外，依據磁勢疊加原理，首次提出了一種套用於繞線轉子的繞組復用設計方法，採用一套繞組可同時實現兩種不同極數且旋轉方向相反的磁勢。當這兩種磁勢的幅值相等時，轉子合成磁勢呈現出駐波磁勢的特徵，這時電機的效率和功率密度均較高。另外通過一種標量控制算法，解決了發電機在併網時的有功和無功功率的獨立控制問題。本項目研究成果將推動無刷雙饋發電機在高壓大功率領域的工程化套用，同時具有重要的學術價值。
結題摘要
在一些套用場合，發電機的轉速不一定恆定，如風力發電、船舶軸帶發電、小型水力發電等。本項目提出了一種雙三相無刷雙饋發電機，可以實現變速恆頻的發電目標。該電機的特點是定子上除了有一套三相功率繞組外，還有兩套空間上互差30度且中性點獨立的控制繞組。轉子上也設計有繞組進行磁場調製，可以實現用一套繞組產生兩種極對數不同且磁場旋轉方向相反的磁場調製功能。 主要研究內容包括：（1）研究了雙三相無刷雙饋發電機的原理，包括轉子上如何採用一套繞組實現兩種不同極對數且旋轉磁場相反的磁勢的方法；（2）建立了該電機的數學模型；（3）研究了雙三相無刷雙饋電機的電流控制算法；（4）研究了無刷雙饋發電機的無編碼器控制算法，包括獨立發電以及併網條件下的控制算法；（5）研究了雙三相繞組的載波移相控制方法；（6）設計並製作了一台2/6極雙三相無刷雙饋發電機樣機，以及一套相應的控制裝置，進行了仿真和實驗研究。 重要研究結果：（1）所提出的雙三相無刷雙饋發電機原理上是可行的，但在轉矩密度等重要指標上仍比常規電機要差一些；（2）兩套控制繞組的相軸在空間上互差30度後，電流時序上也應相差30度；（3）兩套控制繞組逆變器的載波可以移相90度，這樣可以有效降低功率繞組輸出電壓波形中的高次諧波；（4）雙三相無刷雙饋發電機可以採用無位置編碼器控制，在獨立發電條件下可實現對功率繞組電壓和頻率的有效控制，在併網發電條件下可實現對發電的有功功率和無功功率的有效控制。 科學意義：所提出的雙三相無刷雙饋發電機及配套的控制系統可以套用於風力發電、船舶軸帶發電等變速恆頻發電領域。由於轉子上取消了滑環和電刷，因此電機的可靠性較高，又由於配套的電力電子變換器的功率僅為電機總功率的一部分（取決於轉速範圍），因此總的系統成本也相對有一定優勢。另外多相化還可以幫助解決系統的電磁干擾問題，並有助於提高電機的繞組係數，降低電機控制繞組中的5次和7次諧波磁勢。
