CN112910015B - 永磁体励磁有功与无功功率控制*** - Google Patents

永磁体励磁有功与无功功率控制*** Download PDF

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Abstract

永磁体励磁有功与无功功率控制***，属于电机领域。本发明的目的是为了解决现有同步调相机可靠性低、不能调节有功功率、不能进行一次调频的问题。本申请涉及永磁体励磁有功与无功功率控制***，该有功与无功功率控制***采用永磁体励磁的同步电机，没有转子励磁损耗，转子结构简单，可靠性高、寿命长；利用传感器检测检测电机并网绕组的电动势，同时控制器调节控制绕组输出电流，使并网绕组电动势的相位、相序与电网对应相电压的相位、相序相同，闭合切换开关，使并网绕组与电网相连接。它用于实现有功和无功控制。

Description

永磁体励磁有功与无功功率控制***
技术领域
本发明涉及永磁体励磁有功与无功功率控制***，属于电机领域。
背景技术
随着新能源出力占比迅速提高、直流输电规模不断增大、电力电子技术广泛应用，电力***的运行特性和机理发生深刻变化。风电的“弱转动惯量”和光伏的“零转动惯量”导致电力***等效转动惯量大幅度降低，频率调节能力弱化，遭受大容量扰动事件下的频率失稳风险剧增。同时，机电和电磁暂态过程交织，***稳定形态复杂，大直流送端过电压问题更为突出，多直流馈入地区的电压崩溃风险显著提高。
同步调相机可以看作为运行于空载状态的同步电动机，可以通过调整励磁电流的大小，来调整同步调相机吸收的无功功率。同步调相机过励时，能从电网吸收超前的无功电流；欠励时，则从电网吸收滞后的无功电流。
同步调相机的高、低电压穿越能力强、短时过载能力大，其调节能力基本不受***电压影响，故障情况下具有强大瞬时无功支撑和短时过载能力，在动态无功补偿方面具有独特的优势；同时，作为空载运行的大型同步电动机，调相机还可为薄弱的特高压直流送端***提供一定的短路容量和转动惯量支撑。
但是同步调相机存在如下缺点：
(1)转子上有励磁绕组，转子结构复杂，励磁损耗高，可靠性低；
(2)同步电抗大，瞬态特性差、过载能力弱；
(3)体积大、重量高、功率密度低；
(4)不能调节有功功率，不能进行一次调频。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有同步调相机可靠性低、不能调节有功功率、不能进行一次调频的问题。现提供永磁体励磁有功与无功功率控制***。
永磁体励磁有功与无功功率控制***，所述***包括双绕组永磁同步电机、惯性飞轮、双向功率变换器、传感器、控制器和切换开关；
双绕组永磁同步电机为径向磁场或轴向磁场结构，双绕组永磁同步电机包括定子结构和转子结构，定子结构和转子结构之间存在气隙；
定子结构包括定子铁心、并网绕组和控制绕组，定子铁心开槽，并网绕组和控制绕组嵌放在槽中，并网绕组和控制绕组为多相对称交流绕组；
并网绕组通过切换开关与电网对应相相连；控制绕组接双向功率变换器的输出端，双向功率变换器的输入端与电网相连，双绕组永磁同步电机的转子结构与惯性飞轮同轴连接；
传感器，用于检测并网绕组的电动势；
控制器，用于通过调节控制绕组输出电流，改变并网绕组的电动势，当改变后的并网绕组的电动势满足并网条件时，闭合切换开关，当电网需要调节有功功率时，断开切换开关。
优选地，永磁同步电机的定子结构包括1个定子铁心、1个并网绕组和1个控制绕组，转子结构包括2个转子；
2个转子位于定子铁心轴向两侧，2个转子机械上连接在一起；
定子铁心为圆环形，在圆环形定子铁心的轴向两个气隙面上开有径向槽，各槽沿圆周方向均匀分布，并网绕组和控制绕组分别嵌放在定子铁心轴向两侧的槽内；
每个转子包括转子铁心和永磁体，2个转子上对应位置永磁体的充磁方向相同。
优选地，双绕组永磁同步电机为轴向磁场结构，双绕组永磁同步电机的定子结构包括2个定子铁心、1个并网绕组和1个控制绕组，转子结构包括1个转子；
2个定子铁心位于转子轴向两侧，2个定子铁心均为圆环形，在每个圆环形定子铁心的轴向气隙面上开有径向槽，各槽沿圆周方向均匀分布，并网绕组和控制绕组分别嵌放在2个定子铁心气隙侧槽内，1个定子铁心和1个并网绕组组成1个定子，另外1个定子铁心和1个控制绕组组成另外1个定子，两个定子机械上连接在一起。
永磁体励磁有功与无功功率控制***，所述***包括双绕组永磁同步电机、惯性飞轮、双向功率变换器、传感器、控制器和切换开关；
双绕组永磁同步电机为径向磁场或轴向磁场结构，双绕组永磁同步电机包括定子和转子，定子和转子之间存在气隙；
定子包括定子铁心和两套相数相同的交流绕组，两套相数相同的交流绕组命名为第1套绕组和第2套绕组，第1套绕组为控制绕组，星型联结，双向功率变换器的输出端与第一套绕组的引出线相连，第2套绕组尾端与第一套绕组对应相的首端相连，两套绕组对应相串联后做为并网绕组，第2套绕组的首端引出线通过切换开关与电网对应相相连，双绕组永磁同步电机的转子与惯性飞轮同轴连接；定子铁心开槽，两套相数相同的交流绕组放在槽中；
传感器，用于检测并网绕组的电动势；
控制器，用于通过调节控制绕组输出电流，改变并网绕组的电动势，当改变后的并网绕组的电动势满足并网条件时，闭合切换开关，当电网需要调节有功功率时，断开切换开关。
永磁体励磁有功与无功功率控制***，所述***包括三绕组永磁同步电机、惯性飞轮、功率变换器、直流电源、传感器、控制器和切换开关；
三绕组永磁同步电机为轴向磁场结构，三绕组永磁同步电机包括1个定子和2个转子，转子和定子之间存在气隙，2个转子位于定子轴向两侧，2个转子机械上连接在一起；
定子包括定子铁心、并网绕组、控制绕组和直流环形绕组，定子铁心为圆环形，在圆环形定子铁心的轴向两个气隙面上开有径向槽，各槽沿圆周方向均匀分布，直流环形绕组均匀绕在定子铁心的轭部；并网绕组和控制绕组嵌放在定子铁心气隙侧槽内，并网绕组和控制绕组为多相对称交流绕组；
转子包括转子铁心和永磁体，2个转子上对应位置永磁体的充磁方向相反；
并网绕组通过切换开关与电网对应相相连；控制绕组接双向功率变换器的输出端，双向功率变换器的输入端与电网相连；直流环形绕组的引出线接直流电源的输出端，直流电源的输入端连接电网，三绕组永磁同步电机的转子与惯性飞轮同轴连接；
传感器，用于检测并网绕组的电动势；
控制器，用于通过调节控制绕组输出电流，改变并网绕组的电动势，当改变后的并网绕组的电动势满足并网条件时，闭合切换开关，当电网需要调节有功功率时，断开切换开关。
永磁体励磁有功与无功功率控制***，所述***包括四绕组永磁同步电机、惯性飞轮、功率变换器、直流电源、传感器、控制器和切换开关；
四绕组永磁同步电机为轴向磁场结构，四绕组永磁同步电机包括3个定子和2个转子，转子和定子之间存在气隙；
两个转子位于中间定子的轴向两侧，2个转子机械上连接在一起，中间定子包括中间定子铁心、控制绕组和直流环形绕组，中间定子铁心为圆环形，在中间定子铁心的轴向两个气隙面上开有径向槽，各槽沿圆周方向均匀分布，直流环形绕组均匀绕在中间定子铁心的轭部；控制绕组嵌放在中间定子铁心气隙侧槽内；
两端定子均包括端侧定子铁心和并网绕组，端侧定子铁心为圆环形，在端侧定子铁心的轴向气隙面上开有径向槽，各槽沿圆周方向均匀分布，并网绕组嵌放在端侧定子铁心气隙侧槽内，并网绕组和控制绕组为多相对称交流绕组；
转子包括转子铁心和永磁体，2个转子上对应位置永磁体的充磁方向相反；
两端定子上的两套并网绕组对应相串联后通过切换开关与电网对应相相连；控制绕组接双向功率变换器的输出端，双向功率变换器的输入端与电网相连；直流环形绕组的引出线接直流电源的输出端，直流电源的输入端连接电网，四绕组永磁同步电机的转子与惯性飞轮同轴连接。
永磁体励磁有功与无功功率控制***，所述***包括永磁同步电机、惯性飞轮、功率变换器、传感器、控制器和切换开关；
永磁同步电机为径向磁场或轴向磁场结构，永磁同步电机包括定子和转子，定子和转子之间存在气隙，定子包括定子铁心和电枢绕组，定子铁心开槽，电枢绕组嵌放在槽中；电枢绕组为多相对称交流绕组，转子包括转子铁心和永磁体；
电枢绕组通过切换开关与电网对应相相连；电枢绕组通过切换开关接双向功率变换器的输出端，双向功率变换器的输入端与电网相连。永磁同步电机的转子与惯性飞轮同轴连接；
传感器，用于检测电枢绕组的电动势；
控制器，用于调节电枢绕组的电动势，当调节后的电枢绕组的电动势满足并网条件时，闭合切换开关，当电网需要调节有功功率时，断开切换开关。
优选地，并网绕组或电枢绕组的空载反电势大于等于电网电压。
优选地，转子或转子结构还包括短路阻尼绕组，短路阻尼绕组设置在永磁同步电机转子上或者转子结构上。
优选地，永磁同步电机的转子或转子结构为内嵌永磁体转子结构、表贴永磁体转子结构或Halbach永磁体阵列结构。
优选地，双向功率变换器为AC-AC功率变换器或AC-DC-AC功率变换器。
本发明的有益效果是：
本申请涉及永磁体励磁有功与无功功率控制***，该有功与无功功率控制***采用永磁体励磁的同步电机，没有转子励磁损耗，转子结构简单，可靠性高、寿命长；同步电抗小、瞬态特性好、过载能力强，可为电网提供强大的转动惯量支撑；体积小、重量轻、功率密度高、输出谐波少、电网污染低；有功功率和无功功率可独立调节，可利用转子存储的动能进行一次调频，在电力***中具有良好的应用前景。
利用传感器检测检测电机并网绕组的电动势，同时控制器调节控制绕组输出电流，使并网绕组电动势的相位、相序与电网对应相电压的相位、相序相同，闭合切换开关，使并网绕组与电网相连接。
永磁体励磁有功与无功功率控制***的工作原理：
(1)启动与并网：逐渐将永磁体励磁有功与无功功率控制***功率变换器输出频率从零Hz提高到电网频率，功率变换器控制永磁同步电机转子由静止状态升速到同步转速，检测电机并网绕组的电动势，并调节控制绕组输出电流，使并网绕组电动势相序与电网电压相序相同，使并网绕组电动势大小、相位与电网对应相电压的大小、相位满足并网条件，闭合切换开关，使并网绕组与电网相连接。
(2)惯量支撑：当电网上有冲击负载时，电网会发生频率的瞬时变化，而由于永磁同步电机***的转动惯量大，转子会吸收冲击负载引起的瞬时有功功率变化，维持电力***的稳定。
(3)无功功率调节：调节控制绕组输出电流，使并网绕组电动势大小发生变化，进而调节并网绕组输出无功电流的大小，即调节并网绕组发出无功功率的大小；同时，功率变换器与电网连接端也可以输出不同大小、不同相位的无功电流，即双向功率变换器还可作为有源无功功率补偿装置运行。
(4)有功功率调节与一次调频：当电网需要调节有功功率时，断开切换开关，使并网绕组与电网分离；功率变换器将永磁同步电机转子存储的动能转换为电能输送给电网，或提高电机转速，将电网电能转换为动能，存储在电机转子中，从而实现有功功率的双向调节。
附图说明
图1为永磁体励磁有功与无功功率控制***的一种原理示意图；
图2为永磁体励磁有功与无功功率控制***的另一种原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，所述***包括双绕组永磁同步电机、惯性飞轮、双向功率变换器、传感器、控制器和切换开关；
双绕组永磁同步电机为径向磁场或轴向磁场结构，双绕组永磁同步电机包括定子结构和转子结构，定子结构和转子结构之间存在气隙；
定子结构包括定子铁心、并网绕组和控制绕组，定子铁心开槽，并网绕组和控制绕组嵌放在槽中，并网绕组和控制绕组为多相对称交流绕组；
并网绕组通过切换开关与电网对应相相连；控制绕组接双向功率变换器的输出端，双向功率变换器的输入端与电网相连，双绕组永磁同步电机的转子结构与惯性飞轮同轴连接；
传感器，用于检测并网绕组的电动势；
控制器，用于通过调节控制绕组输出电流，改变并网绕组的电动势，当改变后的并网绕组的电动势满足并网条件时，闭合切换开关，当电网需要调节有功功率时，断开切换开关。
本实施方式中，当永磁同步电机转子惯量足够大时，也可以不接惯性飞轮。
永磁同步电机既可以为轴向磁场结构，也可以为径向磁场结构；本实施方式中的定子结构既可以包括单定子，也可以包括多定子；本实施例中的转子结构既可以包括单转子，也可以包括多转子。
转子主要包括转子铁心和永磁体。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，永磁同步电机的定子结构包括1个定子铁心、1个并网绕组和1个控制绕组，转子结构包括2个转子；
2个转子位于定子铁心轴向两侧，2个转子机械上连接在一起；
定子铁心为圆环形，在圆环形定子铁心的轴向两个气隙面上开有径向槽，各槽沿圆周方向均匀分布，并网绕组和控制绕组分别嵌放在定子铁心轴向两侧的槽内；
每个转子包括转子铁心和永磁体，2个转子上对应位置永磁体的充磁方向相同。
本实施方式中，两个转子上对应位置永磁体的充磁方向相同，即永磁体磁路为串联磁路。1个定子铁心、1个并网绕组和1个控制绕组组成1个定子。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，双绕组永磁同步电机为轴向磁场结构，双绕组永磁同步电机为轴向磁场结构，双绕组永磁同步电机的定子结构包括2个定子铁心、1个并网绕组和1个控制绕组，转子结构包括1个转子；
2个定子铁心位于转子轴向两侧，2个定子铁心均为圆环形，在每个圆环形定子铁心的轴向气隙面上开有径向槽，各槽沿圆周方向均匀分布，并网绕组和控制绕组分别嵌放在2个定子铁心气隙侧槽内，1个定子铁心和1个并网绕组组成1个定子，另外1个定子铁心和1个控制绕组组成另外1个定子，两个定子机械上连接在一起。
具体实施方式四：本实施方式所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，所述***包括双绕组永磁同步电机、惯性飞轮、双向功率变换器、传感器、控制器和切换开关；
双绕组永磁同步电机为径向磁场或轴向磁场结构，双绕组永磁同步电机包括定子和转子，定子和转子之间存在气隙；
定子包括定子铁心和两套相数相同的交流绕组，两套相数相同的交流绕组命名为第1套绕组和第2套绕组，第1套绕组为控制绕组，星型联结，双向功率变换器的输出端与第一套绕组的引出线相连，第2套绕组尾端与第一套绕组对应相的首端相连，两套绕组对应相串联后做为并网绕组，第2套绕组的首端引出线通过切换开关与电网对应相相连，双绕组永磁同步电机的转子与惯性飞轮同轴连接；定子铁心开槽，两套相数相同的交流绕组放在槽中；
传感器，用于检测并网绕组的电动势；
控制器，用于通过调节控制绕组输出电流，改变并网绕组的电动势，当改变后的并网绕组的电动势满足并网条件时，闭合切换开关，当电网需要调节有功功率时，断开切换开关。
具体实施方式五：结合图2说明本实施方式，本实施方式所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，所述***包括三绕组永磁同步电机、惯性飞轮、功率变换器、直流电源、传感器、控制器和切换开关；
三绕组永磁同步电机为轴向磁场结构，三绕组永磁同步电机包括1个定子和2个转子，转子和定子之间存在气隙，2个转子位于定子轴向两侧，2个转子机械上连接在一起；
定子包括定子铁心、并网绕组、控制绕组和直流环形绕组，定子铁心为圆环形，在圆环形定子铁心的轴向两个气隙面上开有径向槽，各槽沿圆周方向均匀分布，直流环形绕组均匀绕在定子铁心的轭部；并网绕组和控制绕组嵌放在定子铁心气隙侧槽内，并网绕组和控制绕组为多相对称交流绕组；
转子包括转子铁心和永磁体，2个转子上对应位置永磁体的充磁方向相反；
并网绕组通过切换开关与电网对应相相连；控制绕组接双向功率变换器的输出端，双向功率变换器的输入端与电网相连；直流环形绕组的引出线接直流电源的输出端，直流电源的输入端连接电网，三绕组永磁同步电机的转子与惯性飞轮同轴连接；
传感器，用于检测并网绕组的电动势；
控制器，用于通过调节控制绕组输出电流，改变并网绕组的电动势，当改变后的并网绕组的电动势满足并网条件时，闭合切换开关，当电网需要调节有功功率时，断开切换开关。
本实施方式中，两个转子上对应位置永磁体的充磁方向相反，即永磁体磁路为并联磁路。
具体实施方式六：本实施方式所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，所述***包括四绕组永磁同步电机、惯性飞轮、功率变换器、直流电源、传感器、控制器和切换开关；
四绕组永磁同步电机为轴向磁场结构，四绕组永磁同步电机包括3个定子和2个转子，转子和定子之间存在气隙；
两个转子位于中间定子的轴向两侧，2个转子机械上连接在一起，中间定子包括中间定子铁心、控制绕组和直流环形绕组，中间定子铁心为圆环形，在中间定子铁心的轴向两个气隙面上开有径向槽，各槽沿圆周方向均匀分布，直流环形绕组均匀绕在中间定子铁心的轭部；控制绕组嵌放在中间定子铁心气隙侧槽内；
两端定子均包括端侧定子铁心和并网绕组，端侧定子铁心为圆环形，在端侧定子铁心的轴向气隙面上开有径向槽，各槽沿圆周方向均匀分布，并网绕组嵌放在端侧定子铁心气隙侧槽内，并网绕组和控制绕组为多相对称交流绕组；
转子包括转子铁心和永磁体，2个转子上对应位置永磁体的充磁方向相反；
两端定子上的两套并网绕组对应相串联后通过切换开关与电网对应相相连；控制绕组接双向功率变换器的输出端，双向功率变换器的输入端与电网相连；直流环形绕组的引出线接直流电源的输出端，直流电源的输入端连接电网，四绕组永磁同步电机的转子与惯性飞轮同轴连接。
本实施方式中，两个转子上对应位置永磁体的充磁方向相反，即永磁体磁路为并联磁路。
具体实施方式七：本实施方式所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，所述***包括永磁同步电机、惯性飞轮、功率变换器、传感器、控制器和切换开关；
永磁同步电机为径向磁场或轴向磁场结构，永磁同步电机包括定子和转子，定子和转子之间存在气隙，定子包括定子铁心和电枢绕组，定子铁心开槽，电枢绕组嵌放在槽中；电枢绕组为多相对称交流绕组，转子包括转子铁心和永磁体；
电枢绕组通过切换开关与电网对应相相连；电枢绕组通过切换开关接双向功率变换器的输出端，双向功率变换器的输入端与电网相连。永磁同步电机的转子与惯性飞轮同轴连接；
传感器，用于检测电枢绕组的电动势；
控制器，用于调节电枢绕组的电动势，当调节后的电枢绕组的电动势满足并网条件时，闭合切换开关，当电网需要调节有功功率时，断开切换开关。
具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式一至具体实施方式七中任一项所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，并网绕组或电枢绕组的空载反电势大于等于电网电压。
具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式一至具体实施方式七中任一项所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，转子或转子结构还包括短路阻尼绕组，短路阻尼绕组设置在永磁同步电机转子上或者转子结构上。
具体实施方式十：本实施方式是对具体实施方式一至具体实施方式七中任一项所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，永磁同步电机的转子或转子结构为内嵌永磁体转子结构、表贴永磁体转子结构或Halbach永磁体阵列结构。
具体实施方式十一：本实施方式是对具体实施方式一至具体实施方式七中任一项所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，双向功率变换器为AC-AC功率变换器或AC-DC-AC功率变换器。
具体实施方式十二：本实施方式是对具体实施方式一至具体实施方式七中任一项所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，永磁同步电机为混合励磁同步电机、混合励磁磁阻电机或永磁转子与磁阻转子复合的同步电机。
具体实施方式十三：本实施方式是对具体实施方式一至具体实施方式七中任一项所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，所述***还包括变压器，双向功率变换器的输入端通过变压器与电网相连。

Claims (27)

1.永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，所述***包括双绕组永磁同步电机、惯性飞轮、双向功率变换器、传感器、控制器和切换开关；
双绕组永磁同步电机为径向磁场或轴向磁场结构，双绕组永磁同步电机包括定子结构和转子结构，定子结构和转子结构之间存在气隙；
定子结构包括定子铁心、并网绕组和控制绕组，定子铁心开槽，并网绕组和控制绕组嵌放在槽中，并网绕组和控制绕组为多相对称交流绕组；
并网绕组通过切换开关与电网对应相相连；控制绕组接双向功率变换器的输出端，双向功率变换器的输入端与电网相连，双绕组永磁同步电机的转子结构与惯性飞轮同轴连接；
传感器，用于检测并网绕组的电动势；
控制器，用于通过调节控制绕组输出电流，改变并网绕组的电动势，当改变后的并网绕组的电动势满足并网条件时，闭合切换开关，当电网需要调节有功功率时，断开切换开关。
2.根据权利要求1所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，永磁同步电机的定子结构包括1个定子铁心、1个并网绕组和1个控制绕组，转子结构包括2个转子；
2个转子位于定子铁心轴向两侧，2个转子机械上连接在一起；
定子铁心为圆环形，在圆环形定子铁心的轴向两个气隙面上开有径向槽，各槽沿圆周方向均匀分布，并网绕组和控制绕组分别嵌放在定子铁心轴向两侧的槽内；
每个转子包括转子铁心和永磁体，2个转子上对应位置永磁体的充磁方向相同。
3.根据权利要求1所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，双绕组永磁同步电机为轴向磁场结构，双绕组永磁同步电机的定子结构包括2个定子铁心、1个并网绕组和1个控制绕组，转子结构包括1个转子；
2个定子铁心位于转子轴向两侧，2个定子铁心均为圆环形，在每个圆环形定子铁心的轴向气隙面上开有径向槽，各槽沿圆周方向均匀分布，并网绕组和控制绕组分别嵌放在2个定子铁心气隙侧槽内，1个定子铁心和1个并网绕组组成1个定子，另外1个定子铁心和1个控制绕组组成另外1个定子，两个定子机械上连接在一起。
4.根据权利要求2或3所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，并网绕组的空载反电势大于等于电网电压。
5.根据权利要求2或3所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，转子结构还包括短路阻尼绕组，短路阻尼绕组设置在永磁同步电机转子上。
6.根据权利要求1所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，永磁同步电机的转子结构为内嵌永磁体转子结构、表贴永磁体转子结构或Halbach永磁体阵列结构。
7.根据权利要求1所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，双向功率变换器为AC-AC功率变换器或AC-DC-AC功率变换器。
8.永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，所述***包括双绕组永磁同步电机、惯性飞轮、双向功率变换器、传感器、控制器和切换开关；
双绕组永磁同步电机为径向磁场或轴向磁场结构，双绕组永磁同步电机包括定子和转子，定子和转子之间存在气隙；
定子包括定子铁心和两套相数相同的交流绕组，两套相数相同的交流绕组命名为第1套绕组和第2套绕组，第1套绕组为控制绕组，星型联结，双向功率变换器的输出端与第一套绕组的引出线相连，第2套绕组尾端与第一套绕组对应相的首端相连，两套绕组对应相串联后做为并网绕组，第2套绕组的首端引出线通过切换开关与电网对应相相连，双绕组永磁同步电机的转子与惯性飞轮同轴连接；定子铁心开槽，两套相数相同的交流绕组放在槽中；
传感器，用于检测并网绕组的电动势；
控制器，用于通过调节控制绕组输出电流，改变并网绕组的电动势，当改变后的并网绕组的电动势满足并网条件时，闭合切换开关，当电网需要调节有功功率时，断开切换开关。
9.根据权利要求8中所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，并网绕组的空载反电势大于等于电网电压。
10.根据权利要求8所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，转子还包括短路阻尼绕组，短路阻尼绕组设置在永磁同步电机转子上。
11.根据权利要求8所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，永磁同步电机的转子为内嵌永磁体转子结构、表贴永磁体转子结构或Halbach永磁体阵列结构。
12.根据权利要求8所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，双向功率变换器为AC-AC功率变换器或AC-DC-AC功率变换器。
13.永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，所述***包括三绕组永磁同步电机、惯性飞轮、功率变换器、直流电源、传感器、控制器和切换开关；
三绕组永磁同步电机为轴向磁场结构，三绕组永磁同步电机包括1个定子和2个转子，转子和定子之间存在气隙，2个转子位于定子轴向两侧，2个转子机械上连接在一起；
定子包括定子铁心、并网绕组、控制绕组和直流环形绕组，定子铁心为圆环形，在圆环形定子铁心的轴向两个气隙面上开有径向槽，各槽沿圆周方向均匀分布，直流环形绕组均匀绕在定子铁心的轭部；并网绕组和控制绕组嵌放在定子铁心气隙侧槽内，并网绕组和控制绕组为多相对称交流绕组；
转子包括转子铁心和永磁体，2个转子上对应位置永磁体的充磁方向相反；
并网绕组通过切换开关与电网对应相相连；控制绕组接双向功率变换器的输出端，双向功率变换器的输入端与电网相连；直流环形绕组的引出线接直流电源的输出端，直流电源的输入端连接电网，三绕组永磁同步电机的转子与惯性飞轮同轴连接；
传感器，用于检测并网绕组的电动势；
控制器，用于通过调节控制绕组输出电流，改变并网绕组的电动势，当改变后的并网绕组的电动势满足并网条件时，闭合切换开关，当电网需要调节有功功率时，断开切换开关。
14.根据权利要求13所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，并网绕组的空载反电势大于等于电网电压。
15.根据权利要求13所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，转子还包括短路阻尼绕组，短路阻尼绕组设置在永磁同步电机转子上。
16.根据权利要求13所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，永磁同步电机的转子为内嵌永磁体转子结构、表贴永磁体转子结构或Halbach永磁体阵列结构。
17.根据权利要求13所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，双向功率变换器为AC-AC功率变换器或AC-DC-AC功率变换器。
18.永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，所述***包括四绕组永磁同步电机、惯性飞轮、功率变换器、直流电源、传感器、控制器和切换开关；
四绕组永磁同步电机为轴向磁场结构，四绕组永磁同步电机包括3个定子和2个转子，转子和定子之间存在气隙；
两个转子位于中间定子的轴向两侧，2个转子机械上连接在一起，中间定子包括中间定子铁心、控制绕组和直流环形绕组，中间定子铁心为圆环形，在中间定子铁心的轴向两个气隙面上开有径向槽，各槽沿圆周方向均匀分布，直流环形绕组均匀绕在中间定子铁心的轭部；控制绕组嵌放在中间定子铁心气隙侧槽内；
两端定子均包括端侧定子铁心和并网绕组，端侧定子铁心为圆环形，在端侧定子铁心的轴向气隙面上开有径向槽，各槽沿圆周方向均匀分布，并网绕组嵌放在端侧定子铁心气隙侧槽内，并网绕组和控制绕组为多相对称交流绕组；
转子包括转子铁心和永磁体，2个转子上对应位置永磁体的充磁方向相反；
两端定子上的两套并网绕组对应相串联后通过切换开关与电网对应相相连；控制绕组接双向功率变换器的输出端，双向功率变换器的输入端与电网相连；直流环形绕组的引出线接直流电源的输出端，直流电源的输入端连接电网，四绕组永磁同步电机的转子与惯性飞轮同轴连接。
19.根据权利要求18所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，并网绕组或电枢绕组的空载反电势大于等于电网电压。
20.根据权利要求18所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，转子还包括短路阻尼绕组，短路阻尼绕组设置在永磁同步电机转子上。
21.根据权利要求18所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，永磁同步电机的转子为内嵌永磁体转子结构、表贴永磁体转子结构或Halbach永磁体阵列结构。
22.根据权利要求18所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，双向功率变换器为AC-AC功率变换器或AC-DC-AC功率变换器。
23.永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，所述***包括永磁同步电机、惯性飞轮、功率变换器、传感器、控制器和切换开关；
永磁同步电机为径向磁场或轴向磁场结构，永磁同步电机包括定子和转子，定子和转子之间存在气隙，定子包括定子铁心和电枢绕组，定子铁心开槽，电枢绕组嵌放在槽中；电枢绕组为多相对称交流绕组，转子包括转子铁心和永磁体；
电枢绕组通过切换开关与电网对应相相连；电枢绕组通过切换开关接双向功率变换器的输出端，双向功率变换器的输入端与电网相连，永磁同步电机的转子与惯性飞轮同轴连接；
传感器，用于检测电枢绕组的电动势；
控制器，用于调节电枢绕组的电动势，当调节后的电枢绕组的电动势满足并网条件时，闭合切换开关，当电网需要调节有功功率时，断开切换开关。
24.根据权利要求23所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，电枢绕组的空载反电势大于等于电网电压。
25.根据权利要求23所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，转子还包括短路阻尼绕组，短路阻尼绕组设置在永磁同步电机转子上。
26.根据权利要求23所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，永磁同步电机的转子为内嵌永磁体转子结构、表贴永磁体转子结构或Halbach永磁体阵列结构。
27.根据权利要求23所述的永磁体励磁有功与无功功率控制***，其特征在于，双向功率变换器为AC-AC功率变换器或AC-DC-AC功率变换器。
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