大规模电氢耦合系统:中欧大型能源企业的技术视角分析与展望EI北大核心CSCD

可再生氢作为一种低碳清洁的二次能源,在实现碳达峰、碳中和的能源转型进程中扮演重要角色。在回顾总结中欧可再生氢能行业发展近期政策导向的基础上,剖析中欧大型能源企业的氢能战略和技术布局异同,以及现阶段欧盟在电氢耦合领域的研究热点,为我国科学合理地构建大规模电氢耦合系统,稳步形成可再生氢能的高效多元应用生态提供科技创新思路。     

基于电枢反应补偿原理的新型永磁同步电机

在永磁同步电机调速系统中,电机中电枢反应将引起铁心磁饱和,并进而导致电机的输出转矩随转矩电流增长明显钝化。分析表明造成该现象的主要原因是永磁电机的磁动势平衡机制存在缺陷。本文提出在永磁同步电机转子上增设一套电流可控的交轴励磁绕组,用以补偿电枢反应磁动势的作用,保证负载变化时电机气隙磁场基本维持恒定。这种基于电枢反应补偿原理的新型永磁同步电机突破了磁饱和对电磁转矩的限制,为提高永磁同步电机转矩密度开辟了新途径。文中给出了一台新型电机样机的设计方案。通过有限元仿真,验证了通过补偿电枢反应磁动势提高电机转矩密度的有效性,并分析了该电机带不同负载运行时的转矩、效率特性及其与传统电机的区别。     

十二相整流同步发电机同组星形连接绕组的相间短路故障

十二相整流同步发电机系统的安全可靠运行意义重大,分析了该系统中4Y移15°的定子绕组可能出现的一种内部故障——发生在同组星形连接三相绕组之间的内部相间短路。首先建立了十二相整流发电机同组星形连接绕组内部相间短路的多回路数学模型,考虑了故障附加回路对电机气隙磁场和系统回路拓扑结构的影响,实现了故障前后定子和转子绕组以及整流桥直流侧各处电压、电流的数字仿真。继而在特制的样机上进行了不同负载工况的故障实验研究。通过对比分析实验与仿真结果,说明了数学模型的正确性。最后结合仿真结果与理论分析,总结了十二相整流发电机同组星形连接绕组相间短路的故障特征,尤其是短路回路电流的特点及其影响因素,为故障的危害评估、检测或保护研究提供了依据。     

分段供电交流直线电机三相互感不对称分析及抑制

对两种绕组形式的长初级分段供电直线电机的气隙磁场及互感不对称问题进行了研究。在考虑谐波磁场的前提下,解析推导了电机的相磁场分布及自感、互感的解析表达式,并通过有限元仿真分析,验证了求得的解析表达式的正确性。分析发现,对于常规绕组电机,互感不对称的原因是未通电段铁心导致电机气隙磁场中存在脉振偏置分量。互感不对称程度的大小,则取决于通电段与未通电段相对长度的大小。对于新型绕组电机,气隙磁场中不存在脉振偏置分量,互感不对称的原因是三相绕组排布在物理结构上的不对称,互感不对称程度的大小仅取决通电绕组的极数。相对常规绕组,新型绕组可有效减少电机互感不对称的程度。     

高温固体氧化物电池储能技术测试平台及流程设计

高温固体氧化物电池(solid oxide cell,SOC)储能技术,将电能转换为氢能进行存储。所得氢气一方面可以转换回电能,另一方面还可以通过加注天然气管道或应用于交通、化工行业等方式拓宽氢能的应用领域,实现超大容量储能,从而为水电、风电等可再生能源发电富余电能的消纳提供一种大规模的储能方式。目前,SOC储能技术研究尚处于起步阶段,该文首先提出了一种通用型SOC储能测试平台设计方案,既适用于电解水制氢的电解电池(solid oxide electrolysis cell,SOEC)运行模式,又适用于发电供热的燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)运行模式。其次,设计了平台分别运行于SOFC、SOEC时的主要测试流程。最后,基于一个100 W电堆的测试结果,验证了平台设计方案及测试流程的可行性,同时验证了SOC储能技术的高效性。     

分段供电交流直线电机中偏置磁通密度的分析及其消除方法

对长初级分段供电直线电机中的静态纵向端部效应进行了研究。分析发现,对于采用常规单层分布绕组型式的直线电机,即使通入三相对称电流,通电段气隙磁场中依然会有较大的脉振偏置分量,未通电段部分也会有一定大小的脉振磁场,从而导致气隙磁通密度、轭部磁通密度幅值的增大,继而导致铁耗及电机重量的增加。为了解决这个问题,文中基于通电段端部两个极下线圈匝数的优化,提出了一种新型绕组型式。最后,通过解析理论分析及有限元仿真验证,证明了文中所提方法的有效性。