中文摘要：

飞轮储能是电力储能的重要形式，相比其它储能形式具有响应速度快、工作方式灵活、对环境无污染等显著特点，在能量回收、再生能源利用、电力系统调峰和国防军事等领域有重要的应用前景。本项目以用于飞轮储能的电子变极多相高速感应电动/发电一体机控制策略为研究对象，通过对磁轴承多相高速感应电动/发电一体机结构、模型、分析和设计方法；高速运行的控制策略；拓宽飞轮储能系统发电运行范围的电子变极控制技术；多余的控制自由度应用和谐波负面效应抑制技术；能量双向流动功能的多相大功率能量变换器的拓扑结构和驱动技术；多相系统容错控制和故障分析等开展深入系统地理论和实验研究，突破传统的三相感应电动/发电一体机调速理论，建立磁轴承电子变极多相高速感应电动/发电一体机的新型交流调速理论，解决了飞轮储能系统所需的高速大功率、宽范围调速和高功率密度等关键问题，促进多相交流传动技术在飞轮储能上的应用。

结论摘要：

本项目在分析和综合了国内外飞轮储能技术、磁轴承技术和多相高速感应电机研究现状的基础上，结合近年来在多相电机（指相数n>4的电机）系统理论研究的进展，充分利用电力电子技术给传动系统带来的相数、供电波形等新的设计自由度，和多相系统所具有的多控制自由度，提出了一种新型的用于飞轮储能的电子变极多相高速感应电动/发电一体机，并研究了相关的控制策略。深入研究了磁轴承多相高速感应电动/发电一体机结构、模型、分析和设计方法；研究了该电机高速运行的控制策略。研究了拓宽飞轮储能系统发电运行范围的电子变极控制技术；研究了多余的控制自由度应用和谐波负面效应抑制技术；研究了能量双向流动功能的多相大功率能量变换器的拓扑结构和驱动技术；研究了多相系统容错控制和故障分析等内容。突破了传统的三相感应电动/发电一体机调速理论，建立了磁轴承电机变极多相高速感应电动/发电一体的新型交流调速理论，解决了飞轮储能系统所需的高速大功率、宽范围调速和高功率密度等关键问题，促进了多相交流传动技术在飞轮储能上的应用。本项目已取得的重要成果有建立了用于飞轮储能的磁轴承多相高速感应电动/发电一体机的结构、模型、分析和设计方法。找到了五相高速感应电动/发电一体机传动系统在不同极对数模式下，两对极和一对极之间平滑电子变极的控制策略和算法，变极持续过程不超过0.8s，转速波动不超过变极点转速的3%，有效地拓宽了飞轮储能系统的发电运行范围，提高了飞轮储能系统放电深度和能量利用率，实验室所搭建的系统能量利用率达到95%，放电深度达到75%。搭建了满足双向能量流动的新型低损耗多相大功率变换器的电路拓扑结构及相应的功率器件驱动技术。并在上述成果的基础上，建立了五相感应电动/发电一体机与相应五相大功率双向能量变换器之间的耦合模型和分析方法，解决了两者直接的协调性和适配性的问题。掌握了多相高速感应电动/发电一体机的容错运行和控制策略，以及用多余的控制自由度进行谐波功率利用和谐波负面效应抑制的技术。本项目的研究成果对于磁轴承、飞轮储能、多相电机等技术均有一定的贡献，在相关领域可以作为有益的参考，并且，本项目的成果在航空发电/电动一体机等领域已有应用，在电动汽车等领域有广阔的应用空间。