多相直驱永磁风力发电变流一体化系统关键基础问题研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51737004
  • 项目类别：
    重点项目
  • 资助金额：
    307.0万
  • 负责人：
    黄守道
  • 依托单位：
    湖南大学
  • 学科分类：
    E0703.电机及其系统
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2022-12-31

项目摘要

High voltage and high power is the development direction of wind power system. The traditional low-voltage and high-current two-level converter has become the bottleneck of wind power generation system. In combination with the multi-phase permanent magnet generator and the modular multilevel converter (MMC) can get the following advantages like high reliability, smooth output waveform, device voltage stress balance etc. The project studying basic theory and research word of multiphase direct-drive PM wind power generation system based on MMC converter. In details as follow: 1. A novel multiphase direct-drive PM wind power generation system based on MMC is proposed in this project. The working principle and mathematical model are analysed. 2. Researches on PM wind power system's operating characteristic under MMC control and the mechanism of its influence on internal electromagnetic field, meanwhile, establishing a precise systematic design model based on this mechanism, then multivariable design problems which means high-dimensioned and strong coupling between motor parameters and MMC will be solved. 3.Optimal energy control strategy which adapt to MMC direct-drive PM wind power generation system and voltage stability control strategy of MMC subsystem when PM generator running under low frequency state will be studied indepth. establishing static and dynamic mathematical model of MMC direct-drive PM wind power system under some faults and putting forward corresponding control strategy to ensure system in stable, reliable and grid connection friendly. The project has profund scientific and industrial meaning for development and application of wind power generation system.
高压大功率是风电系统的发展方向，传统低压大电流两电平集中式变流系统已成为风电系统发展的瓶颈。多相永磁风机相数多、定子电流小，通过MMC变流器汇流后可直接高压并网，具有可靠性高、输出波形平滑、器件应力均衡等优势，能有效解决高压大功率风电系统的安全可靠运行问题。项目研究基于MMC变流的多相直驱永磁风力发电一体化系统基础理论、设计与控制方法。1、提出一种基于MMC变流的多相直驱永磁风力发电一体化系统拓扑结构，研究其工作原理和数学模型；2、研究基于MMC变流的多相直驱永磁风力发电一体化系统的运行特性，建立精确的系统化设计模型，解决电机参数与多套PWM整流器和MMC高维强耦合多变量优化匹配设计关键问题；3、提出基于MMC变流的多相直驱永磁风力发电一体化系统高效能量转换控制策略和故障下该系统的穿越控制策略，提高系统在故障下的运行能力。项目的实施对风电的深入发展和电网安全运行具有重要的科学和工程意义。

结项摘要

高压大功率是风电系统的发展方向，传统低压大电流两电平集中式变流系统已成为风电系统发展的瓶颈。因此亟需开展针对高压大功率风电系统的发电及变流技术研究。项目以多相永磁风机和MMC变流器为基础，从拓扑结构、大型多相永磁发电机设计、一体化变流控制、故障容错运行四个层面，对基于MMC变流的多相直驱永磁风力发电一体化系统基础理论、设计与控制方法进行了较为全面和深入的研究。.1、发明了一种新型模块化多三相（N*3相）永磁风力发电机及其变流系统拓扑结构，建立了新型N*3相永磁同步风力发电-变流系统一体化数学模型，揭示了风力机在变流器及其控制策略综合约束条件下模块单元间的磁场分布、极槽配合、绕组分布规律，支撑研制出系列化高可靠性模块化永磁同步风力发电机，获得2022年教育部科技进步一等奖(已通过评审，待颁奖)。.2、项目对模块化永磁电机的极槽配合、定子铁心外径、功率和转矩计算等电机设计方法进行了研究，提出了以电机单元的形式来设计模块化多三相电机的方法，在考虑绕组温升的前提下完成整个模块化多三相永磁电机的设计，并对发电机的效率进行了优化，有效提高多相直驱永磁风力发电变流一体化系统全转速综合效率，作为主要创新获得2019年国家技术发明二等奖。.3、针对多相直驱永磁风力发电系统高效并网运行问题，提出了多相直驱永磁风力发电系统的多类型PWM调制技术、鲁棒模型预测控制技术、电容电压纹波抑制技术，解决了多相直驱永磁风力发电系统高动态响应、高鲁棒并网运行的难题，相关技术成功应用于多个风电场，作为主要技术创新获得2020年中国发明协会发明创新一等奖。.4、提出了基于故障甄别的多层次容错控制方法，根据发电系统异常运行数据特征，自适应采取模块切除、旁路、串并联等容错运行措施，实现了多相直驱永磁风力发电变流一体化系统在参数失配、开路、短路、电网故障等故障下的不间断稳定运行，部分成果作为主要创新获得2022年教育部科技进步一等奖（已通过评审，待颁奖）。.在项目执行期间发表SCI／EI论文30篇，获得国家技术发明二等奖、教育部科技进步一等奖等4项奖励，获得与申请发明专利22项，培养青年教师6名、博士后6名、毕业博士6名，毕业硕士12名。与中车株洲电机等产学研合作，成功研制出系列化高可靠性多相永磁风力发电机组，相关技术广泛应用于全国多个风电场，社会效益和经济效益显著。

项目成果

期刊论文数量（25）
专著数量（2）
科研奖励数量（4）
会议论文数量（5）
专利数量（22）
基于最近电平逼近调制的模块化多电平变换器中高压变频调速系统运行控制
  • DOI：
    10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.190103
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    电工技术学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    易灵芝;黄晓辉;黄守道;荣飞;刘罗
  • 通讯作者：
    刘罗
Novel Voltage Balancing Control Strategy for Dual-Active-Bridge Input-Series-Output-Parallel DC-DC Converters
双有源桥输入串联输出并联 DC-DC 转换器的新型电压平衡控制策略
  • DOI：
    10.1109/access.2020.2999034
  • 发表时间：
    2020-06
  • 期刊：
    IEEE Access
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Chengwei Luo;Shoudao Huang
  • 通讯作者：
    Shoudao Huang
An Enhanced SVPWM Strategy Based on Vector Space Decomposition for Dual Three-Phase Machines Fed by Two DC-Source VSIs
基于向量空间分解的增强型 SVPWM 策略，适用于由两个直流源 VSI 供电的双三相电机
  • DOI：
    10.1109/tpel.2021.3052913
  • 发表时间：
    2021-01
  • 期刊：
    IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Liao Wu;Lyu Mingcheng;Huang Sheng;Wen Yuliang;Li Mengdi;Huang Shoudao
  • 通讯作者：
    Huang Shoudao
An Improved Adaptive Control for the Divided Capacitor Voltages of the Full-Bridge Three-Level DC/DC Converter
全桥三电平DC/DC变换器分压电容电压的改进自适应控制
  • DOI：
    10.1109/jestpe.2019.2957841
  • 发表时间：
    2021-02
  • 期刊：
    IEEE JOURNAL OF EMERGING AND SELECTED TOPICS IN POWER ELECTRONICS
  • 影响因子：
    5.5
  • 作者：
    Li Wei;Wang Hui;Huang Shoudao
  • 通讯作者：
    Huang Shoudao
Model predictive direct power control using optimal section selection for PWM rectifier with reduced calculation burden
使用 PWM 整流器的最佳部分选择进行模型预测直接功率控制，减少计算负担
  • DOI：
    10.1016/j.ijepes.2019.105552
  • 发表时间：
    2020-03
  • 期刊：
    International Journal of Electrical Power & Energy Systems
  • 影响因子：
    5.2
  • 作者：
    Mengdi Li;Xuan Wu;Shoudao Huang;Ge Liang
  • 通讯作者：
    Ge Liang

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其他文献

PWM整流器控制下电感参数对永磁同步发电机性能的影响
  • DOI：
    10.15934/j.cnki.micromotors.2016.06.005
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    微电机
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张越雷;高剑;宋广兴;张文娟;黄守道
  • 通讯作者：
    黄守道
多中继线圈的无线电能传输系统效率分析(英文)
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    电工技术学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    李中启;黄守道;杨民生;袁小芳
  • 通讯作者：
    袁小芳
基于VSC-HVDC海上串联拓扑风电场低电压穿越控制策略研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    电工技术学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    黄晟;王辉;廖武;黄守道
  • 通讯作者：
    黄守道
不对称电网故障下直驱型永磁风力发电系统网侧变流器的运行与控制
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    电工技术学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    黄守道;肖磊;黄科元;陈自强;熊山
  • 通讯作者：
    熊山
一种稳定的高速永磁同步电机V/F控制方法
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    电力电子技术
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    朱小芬;黄科元;黄守道
  • 通讯作者：
    黄守道

其他文献

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AI技术路线图

黄守道的其他基金

高效大容量多相永磁直驱电力推进系统的关键科学问题研究
  • 批准号：
    U22A20219
  • 批准年份：
    2022
  • 资助金额：
    255.00 万元
  • 项目类别：
    联合基金项目
电网故障下Z源逆变器直驱永磁风电系统的并网控制
  • 批准号：
    51377050
  • 批准年份：
    2013
  • 资助金额：
    80.0 万元
  • 项目类别：
    面上项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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