中文摘要：

我国在风力发电关键技术领域与世界顶尖水平存在较大差距，严重影响了我国风电产业化进程。此外，虽然国际风电研究机构已取得了重大进展，为风力发电在全球范围内的蓬勃发展奠定了坚实基础，但在机组大型化趋势下仍存在一些尚待解决的关键技术问题限制了风力发电的发展规模和速度。本课题主要围绕直驱式永磁风力发电系统及双馈风力发电系统，针对大型风力发电机的关键技术问题，在电机优化设计和机组运行控制等方面开展研究。申请人为"中国青年科技奖"获得者。曾获"教育部新世纪优秀人才"、"霍英东高校青年教师奖"、"天津青年科技奖"、"天津市杰出青年奖"、"天津青年五四奖章"。担任国家科学技术奖评审专家组成员、国家科技支撑计划重点项目评审专家组副组长、教育部博士点基金评审专家组成员。承担国家及省部级科研项目20余项；获天津市科技进步一等奖1项、二等奖3项、天津市产学研突出贡献奖1项；作为第一发明人申请发明专利8项。

结论摘要：

项目负责人为长江学者特聘教授、973计划首席科学家、新世纪百千万人才工程国家级人选、“光华工程科技奖”和“中国青年科技奖”获得者；在科研探索过程中，以提高电机系统运行效能为目标，致力于高效能电机系统设计、运行与控制领域的研究，取得了多项创新性研究成果；2009年至今，作为第一完成人获国家科技二等奖1项、省部级科技一等奖2项、二等奖1项、中国产学研合作创新奖1项；作为第一发明人获授权发明专利24项；出版学术专著3部，发表SCI/EI收录论文55篇。 在电机系统智能优化设计理论与方法方面，利用分离变量法求解分段式Halbach阵列永磁电机标量磁位的偏微分方程，获得了各求解域中的一般表达式；揭示了转子芯采用不同材料时气隙磁场的演变机理，阐明了电机极对数、每极磁块数、永磁体厚度、气隙长度等设计参数对气隙磁密的影响机制；提出了基于模糊专家系统的多目标粒子群算法，采用模糊专家系统将专家经验融合到粒子群运动方程中，提高了电机优化设计算法的求解精度和收敛速度；采用博弈论对多目标粒子群得到的Pareto解集进行搜索，运用策略性让步博弈的思想综合考虑各优化目标，得出了电机优化设计的最优解。 在永磁电机系统分析方法与控制技术方面，提出了基于有限状态模型预测控制的转矩波动抑制策略，基于价值函数选择功率管最优状态，有效抑制了换相转矩波动；提出了基于线反电势的无位置传感器控制策略，获得了良好的调速性能及平稳的输出转矩；阐明了永磁同步电机矩阵变换控制系统中功率变换电路结构及调制策略对系统电能变换质量的影响规律；阐明了永磁球形电机的电磁转矩特性和磁阻转矩特性；提出了基于神经网络的永磁球形电机逆运动学求解方法及基于球面规划的三自由度永磁球形电机定子绕组通电策略，实现了永磁球形电机的复杂轨迹跟踪运行。 在风力发电系统优化设计及运行控制方面，提出了混合粒子群风力发电机优化设计算法，实现了全局搜索能力与局部搜索能力的动态平衡；提出了Boost斩波—三电平变换器拓扑结构及其相差控制策略，通过调节功率器件开关信号间的相差，达到平衡输出侧中点电位的目的；阐明了低电压故障下风力发电系统暂态响应特性及定、转子磁链的变化规律；提出了基于自抗扰控制理论的强励控制方案，在实现解耦控制的同时抑制电网扰动对转子电流的影响，提高系统故障穿越运行能力。