干旱区生态环境知识资源中心(Arid): 基于碟式斯特林太阳能热发电机组的磁齿轮复合电机及其控制系统研究

Arid

	基于碟式斯特林太阳能热发电机组的磁齿轮复合电机及其控制系统研究
	包广清; 骆东松; 曲毅; 杨巧玲; 刘镇岐; 宫玮丽; 杨国金; 常勇; 任世康; 党超亮
完成单位	兰州理工大学
登记(发布)日期	2016
中文摘要	1. 课题来源及背景本项目属国家自然基金项目,项目编号：51267011。本项目以实现我国西部地区沙漠、戈壁上规模化太阳能热发电的开发利用为背景,以解决西部环境下太阳能热发电的关键科学和技术问题为目标,以碟式太阳能热发电机组的发电机设计与控制为主要研究对象,借助理论分析、数值计算和实验研究手段,提出基于斯特林直线运动的圆筒型磁齿轮复合发电机及其控制系统。本项目属于电工和热工交叉学科的应用基础研究前沿,通过本项目的实施,为研制出具有我国自主知识产权的新型碟式斯特林热发电系统奠定理论与实验基础。 2. 技术原理及性能指标磁性齿轮的输入与输出之间是非接触的,可以减少机械噪音和振动,不需要润滑,同时具有过载保护能力,运行可靠等优点,本项目提出一种基于碟式斯特林太阳能热发电的新型圆筒型永磁直线磁齿轮复合发电机,采用复合充磁方式(径向充磁结构与Halbach充磁结构相结合),提高复合发电机气隙磁密正弦度。并利用正交实验法对电机结构参数进行优化分析,优化反电动势波形,降低谐波含量。优化电机定位力,并利用冻结磁导率法分析电机电感参数,以满足发电需要。同时建立该复合发电机数学模型,对其控制系统展开研究.在上述工作基础上, 项目组对分布式电源并网优化配置问题展开研究,提出了多目标优化算法并加以验证。 3. 技术创新在完成项目研究内容基础上,取得的技术创新包括： 1) 发电机本体结构设计在现有磁场调制式磁齿轮复合电机的现有研究基础上,项目提出具有阻尼绕组的圆筒式直线磁齿轮复合永磁电机设计,速度波动得到优化,有效解决了负载或传动链扰动过程中电机的推力波动以及由此带来的振动和噪音问题,电机获得良好的动静态特性。此外,项目提出了一种新串联式复合直线发电机结构,避免因局部磁路饱和造成的电机发热问题,简化了加工工艺,电磁分析结果表明,在减小电机自定位力的同时,有效降低了定子绕组感应电势的谐波含量。 2) 发电机参数优化课题所设计的电机有多层气隙,具有强耦合、多变量、非线性等特点的时变系统,难以采用现代优化理论和方法对其进行优化分析。项目提出了多因素的优化实验正交设计方法,可用较少的实验次数就可以找出因素水平之间的最优搭配,提高设计效率。 3) 斯特林直线发电机控制系统研究斯特林直线发电机控制策略的研究及应用是提高碟式太阳能热发电系统光电转换效率的又一途径,项目提出的系统分层控制思想兼顾了斯特林发动机和直线发电机,使系统效率最大化,综合考虑了二者对系统的影响及能量传递关系,可使系统最大程度获得能量转换。 4) 分布式电源并网优化配置算法研究针对传统方法的不足,提出了两种基于遗传算法的改进多目标优化算法：向量评价遗传算法(Vector Evaluated Genetic Algorithms,VEGA)和精英非支配排序遗传算法(Elitist Nondominated Sorting Genetic Algorithm, NSGA-II),并分别对优化模型进行寻优计算,通过优化结果分析,讨论了这两种优化算法的适用性和局限性。 4. 技术成熟程度、适用范围和安全性通过对项目提出的磁齿轮复合电机进行电磁分析,仿真计算后,已经分别加工成功旋转型和直线型原理样机各一台,试验结果充分验证了该技术的合理性和可行性。为磁齿轮复合电机的进一步推广应用奠定了基础。通过对项目设计的复合电机进行优化,优化结果充分验证了项目提出的正交化方法的实用性,这对强耦合、多变量、非线性时变系统的参数优化提供了有效途径。项目组设计了斯特林热电系统实验平台,对该系统的理论及仿真试验研究结果充分验证了项目提出的控制策略的正确性。 5. 应用情况及存在的问题目前,在本项目51267011与另外两项51369014、51509122国家自然科学基金项目联合公关,开展了太阳能热发电技术、沼液穴灌技术等的研究,通过太阳热能、电能的高效转换,将太阳能利用拓展到建筑供电、供暖、工业加热、干燥、制冷等诸多有节能潜力的领域,实现太阳能利用逐步向蒸汽发生(太阳能锅炉)、干燥、纺织印染等工业应用方向拓展。为太阳能利用技术的实用化和产业化打下坚实的基础,通过聚焦式太阳能热发电、太阳能热存储等方式实现太阳热能的高效规模化利用,实现我国节能减排目标和促进太阳能利用技术的发展做出积极的贡献。与此同时,通过甘肃民生科技计划(1209FCMK029)项目、北京嘉孚科技有限公司项目 “太阳能与生物质能互补的高效规模供热系统”和甘肃省治沙所委托项目“民勤县张麻新村生态农户示范”相结合服务地方社会,还依托甘肃省生物质能与太阳能互补供能系统重点实验室、西北低碳城镇支撑技术协同创新中心等学科平台,为十三五争取获批建设国家级可再生能源综合利用工程技术研究中心或联合建设国家级多种可再生能源互补的分布式供能系统重点实验室提供技术支撑。 6. 历年获奖：无
中文关键词	磁齿轮 ; 复合发电机 ; 太阳能热发电 ; 直接功率控制 ; 热电转换效率
成果类型	基础理论
中图法分类号	TM31
URL	http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001724288
资源类型	成果
条目标识符	http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/243781
推荐引用方式 GB/T 7714	包广清,骆东松,曲毅,等. 基于碟式斯特林太阳能热发电机组的磁齿轮复合电机及其控制系统研究[Z]. 基础理论,2016.