大容量高溫超導永磁風力發電機關鍵技術研究

《大容量高溫超導永磁風力發電機關鍵技術研究》是依託浙江大學，由黃曉艷擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：大容量高溫超導永磁風力發電機關鍵技術研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：黃曉艷
• 項目類別：面上項目

項目摘要

大兆瓦級容量的風力發電機由於其經濟性已經成為目前風力發電機發展的熱點。本項目將高溫超導技術和永磁電機技術相結合，提出一種新型的高溫超導永磁混合型發電機的設計方案。建立高溫超導永磁混合型風力發電機的數學解析模型，採用先進的最佳化算法，在此基礎上搭建設計與多目標最佳化平台；建立其電磁學、熱力學、力學等多物理場耦合的有限元仿真模型，分析其電磁場、溫度場、力學場等性能。在此基礎上完成30kW原理樣機的搭建，並通過系統實驗對相關成果進行驗證完善，解決超導線圈交流損耗分析、超導線圈冷卻系統設計等關鍵技術問題，從而構建完整的新結構高溫超導永磁混合型風力發電機的理論體系。本項目所研究的大容量高溫超導永磁發電機，具有高效率和高功率密度的特點，其研究將促進高溫超導技術、永磁電機技術的發展和工程套用，具有重要的理論和實用價值。

結題摘要

項目組圍繞大容量超導永磁風力發電機系統結構研究、電機電磁性能設計與最佳化、高溫超導線圈繞組設計以及系統設計等開展研究。對比分析了有鐵芯和空氣芯兩種定子結構的超導電機的氣隙磁密、額定電壓、負載轉矩及其波動、交流損耗以及電機效率等性能，提出了更加適合超導材料引入的大型永磁發電機結構；設計並製造了原理性超導電樞繞組，計算了其3D磁場的特點，進行了繞組線圈臨界電流的評估以及交流損耗的有限元計算與實驗測定；建立了超導電機的混合式解析模型，利用氣隙邊界的等效電流來定量描述電機的鐵芯飽和情況，解決傳統解析法忽略鐵芯飽和的最大問題，並提高計算速度；重點研究了外磁場的方向對於超導帶材的影響，提出了一種基於槽內漏磁方向的有效降低交流損耗的方法；可靠性方面，著重分析了高電樞電流情況下線圈的失超保護以及永磁體的抗退磁能力；提出大容量、高功率密度、高可靠性的風力發電機的設計與最佳化方案。該項目的實施為10MW級大容量高溫超導永磁混合型風力發電機的設計開發和製造工藝等的發展提供了有效的技術支撐。結合該項目的研究，完成研究報告一份，搭建超導線圈實驗平台一套，共培養碩士研究生2名，博士研究生3名，在國際學術期刊、國際會議及國核心心期刊上發表論文12篇，其中被SCI收錄9篇，申報國家發明專利3件，授權1件。