《磁通切換型聚磁式橫向磁通永磁風力發電機研究》是依託東南大學，由林鶴雲擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：磁通切換型聚磁式橫向磁通永磁風力發電機研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：林鶴雲
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
風力發電正朝著大型化、高效率、高可靠性和低成本方向發展，海上風電已成為未來風電發展的重點。本項目將磁通切換原理和聚磁方式與橫向磁通永磁電機有機結合，提出了一類具有新型拓撲結構和高功率密度的磁通切換型聚磁式橫向磁通永磁發電機（FSFC-TFPMM），巧妙地解決了橫向磁通永磁電機的一個共性不足，使其定子鐵心數增加一倍，並具有聚磁特徵，顯著地增加了電機的每極磁通量，提高了功率密度，具有明顯的原創性。本項目研究這類電機實現磁通切換和聚磁特徵的最佳拓撲結構，掌握其參數計算以及性能分析方法，通過多目標最佳化設計，努力提高功率密度，減小電機體積，同時減少漏磁，提高功率因數；建立該電機及控制系統的仿真模型，搭建併網發電系統，結合該電機的特點，仿真並實驗研究最大風能追蹤的控制方法和控制策略。本項目不僅可以豐富電機形式，而且有助於提高我國大型風力發電機設計與控制的基礎研究水平，積累核心技術和自主創新能力。
結題摘要
橫向磁通永磁電機（TFPMM）是一種電路與磁路在結構上完全解耦的新型永磁電機，相比傳統的徑向和軸向磁通永磁電機具有較高的轉矩密度，且易於實現多極化，在低速大容量風力發電領域具有廣闊的套用前景，對其設計、分析、最佳化及在風力發電系統中的控制進行研究具有重要的理論意義和工程價值。本課題在廣泛研究國內外已有TFPMM的基礎上，創新性地提出了一種新型的磁通切換型聚磁式橫向磁通永磁同步電機（FSFC-TFPMM），對該電機的拓撲結構、運行原理進行了詳細地分析，並對電機的電磁設計、分析理論以及電機最佳化等方面進行了全面深入的研究。此外，搭建了直驅式併網風力發電系統（WPGS）的仿真系統與實驗平台，對其主電路的拓撲結構，以及發電機側和電網側控制器的控制策略與控制算法進行分析設計並加以改進。在此平台上，對FSFC-TFPMM套用於風力發電的控制技術進行了深入研究探討。項目主要的研究內容和取得的成果如下： （1）深入研究了FSFC-TFPMM的結構特點與運行原理，給出了電機的電磁與結構參數的設計方法，採用三維有限元法（3D-FEM）對該電機在空載與負載時的磁場分布特徵進行了分析，計算了繞組磁鏈、感應EMF、繞組電感以及定位力矩等電磁性能參數。 （2）分別設計製作了單相與三相FSFC-TFPMM樣機並進行實驗測試，對發電機的外特性、定位力矩等參數進行了測量，驗證了電磁設計的正確性，並以減少電機定位力矩為目標對該電機的結構參數進行了最佳化。 （3）構建了基於Matlab/Simulink的仿真系統和以TMS320F2812 DSP為核心的實驗平台。通過電機側和電網側的協調控制，實現了MPPT和整個WPGS穩定運行。將FSFC-TFPMM套用於直驅式WPGS，根據其自身的特點提出了適合於該發電機的控制方式，仿真與實驗結果驗證了該新型電機運用於WPGS中的可行性與有效性。 （4）對雙C形定子鐵心FS-TFPFM和E形FSFC-TFPMG這兩種新結構發電機進行了初步的有限元分析，給出了一些重要的結果。基於本項目的研究工作，發表論文20篇，SCI收錄8篇。申請發明專利9件，獲發明專利授權5件。
