定子永磁型风力发电系统关键基础问题

针对风电单机容量不断增大、向海上发展等所面临的机组体积与重量日益增大，制造、安装、维护更加困难，对机组可靠性要求越来越高等新形势，以提高风电系统能量效率及可靠性与容错能力为目标，提出并研究一种模块化、容错能力强的多相定子永磁型风力发电机系统。重点研究该电机系统的电磁、结构和冷却设计理论与原则，多物理场耦合建模与仿真，多相绕组的连接规则与协同控制，多目标最优控制，可靠性设计与容错控制策略以及主动缺相运行策略，在线监测与故障诊断技术等基础科学问题，取得理论与技术创新，全面掌握该电机系统的基本工作原理、设计与分析方法、控制策略及实现方法等关键技术，试制原理样机，构建实验平台，形成较为系统完整的理论与技术体系，为更深入的后续研究和实际应用奠定基础。本项目既面向国家重大需求又饱含丰富而深刻的科学问题，将为风力发电技术的发展探索一条新的技术路线，不仅具有重要的科学意义与学术价值，而且应用前景广阔。

针对风电单机容量不断增大、向海上发展等所面临的机组体积与重量日益增大，制造、安装、维护更加困难，对机组可靠性要求越来越高等新形势，本项目以提高风电系统能量效率及可靠性与容错能力为目标，提出并研究了一种模块化、容错能力强的多相定子永磁型风力发电机系统。重点研究了该电机系统的电磁、结构和冷却设计理论与原则，建立了多相磁通切换型永磁风力发电机的数学模型，阐明了结构参数、电磁参数与性能之间的映射关系，制定了该类型电机的一般设计原则和方法，为分析和设计该电机奠定了基础。发现了定子永磁型电机定子铁心存在直流偏磁、局部磁滞回环等特有物理现象，提出了综合考虑各向异性导热、接触热阻模拟、场路耦合等功能的精细化多场耦合仿真平台，实现了对电机进行完整、精确的电磁热性能参数仿真计算。从元件级（电机本体与变流器）至系统级（多相定子永磁型风力发电系统），建立了完善的高可靠性设计方案与故障下的高性能容错运行方案，提高了多相永磁直驱风力发电系统的可靠性。创建了涵盖叶轮、变流器、电机定子绕组不对称、定子绕组短路、定子绕组开路等不同故障的永磁风力发电系统故障诊断理论与方法，为实现高性能容错运行奠定了重要基础。此外，还研究了多相绕组的连接规则与协同控制、多目标最优控制以及主动缺相运行策略等基础科学问题。全面掌握了该电机系统的基本工作原理、通用设计理论与分析方法、控制策略及实现方法等关键技术，并试制研制了多种规格多相定子永磁型风力发电机，构建了实验平台，形成了较为系统完整的理论与技术体系，发表期刊论文60篇，SCI收录32篇，获授权发明专利24件。相关成果获2016年度国家技术发明二等奖等奖励，培养了2名IEEE Fellow、1名优青等高层次人才。