定子永磁型風力發電系統關鍵基礎問題

《定子永磁型風力發電系統關鍵基礎問題》是依託東南大學，由程明擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：定子永磁型風力發電系統關鍵基礎問題
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：程明
• 依託單位：東南大學

中文摘要

針對風電單機容量不斷增大、向海上發展等所面臨的機組體積與重量日益增大，製造、安裝、維護更加困難，對機組可靠性要求越來越高等新形勢，以提高風電系統能量效率及可靠性與容錯能力為目標，提出並研究一種模組化、容錯能力強的多相定子永磁型風力發電機系統。重點研究該電機系統的電磁、結構和冷卻設計理論與原則，多物理場耦合建模與仿真，多相繞組的連線規則與協同控制，多目標最優控制，可靠性設計與容錯控制策略以及主動缺相運行策略，線上監測與故障診斷技術等基礎科學問題，取得理論與技術創新，全面掌握該電機系統的基本工作原理、設計與分析方法、控制策略及實現方法等關鍵技術，試製原理樣機，構建實驗平台，形成較為系統完整的理論與技術體系，為更深入的後續研究和實際套用奠定基礎。本項目既面向國家重大需求又飽含豐富而深刻的科學問題，將為風力發電技術的發展探索一條新的技術路線，不僅具有重要的科學意義與學術價值，而且套用前景廣闊。

結題摘要

針對風電單機容量不斷增大、向海上發展等所面臨的機組體積與重量日益增大，製造、安裝、維護更加困難，對機組可靠性要求越來越高等新形勢，本項目以提高風電系統能量效率及可靠性與容錯能力為目標，提出並研究了一種模組化、容錯能力強的多相定子永磁型風力發電機系統。重點研究了該電機系統的電磁、結構和冷卻設計理論與原則，建立了多相磁通切換型永磁風力發電機的數學模型，闡明了結構參數、電磁參數與性能之間的映射關係，制定了該類型電機的一般設計原則和方法，為分析和設計該電機奠定了基礎。發現了定子永磁型電機定子鐵心存在直流偏磁、局部磁滯迴環等特有物理現象，提出了綜合考慮各向異性導熱、接觸熱阻模擬、場路耦合等功能的精細化多場耦合仿真平台，實現了對電機進行完整、精確的電磁熱性能參數仿真計算。從元件級（電機本體與變流器）至系統級（多相定子永磁型風力發電系統），建立了完善的高可靠性設計方案與故障下的高性能容錯運行方案，提高了多相永磁直驅風力發電系統的可靠性。創建了涵蓋葉輪、變流器、電機定子繞組不對稱、定子繞組短路、定子繞組開路等不同故障的永磁風力發電系統故障診斷理論與方法，為實現高性能容錯運行奠定了重要基礎。此外，還研究了多相繞組的連線規則與協同控制、多目標最優控制以及主動缺相運行策略等基礎科學問題。全面掌握了該電機系統的基本工作原理、通用設計理論與分析方法、控制策略及實現方法等關鍵技術，並試製研製了多種規格多相定子永磁型風力發電機，構建了實驗平台，形成了較為系統完整的理論與技術體系，發表期刊論文60篇，SCI收錄32篇，獲授權發明專利24件。相關成果獲2016年度國家技術發明二等獎等獎勵，培養了2名IEEE Fellow、1名優青等高層次人才。