團(tuán)隊(duì)介紹

周理兵教授團(tuán)隊(duì)由三名教師和十余名博、碩士研究生組成，隸屬于華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院電機(jī)及控制工程系。主要圍繞大型與特種電機(jī)的理論分析、設(shè)計(jì)與控制技術(shù)等方面開(kāi)展研究和相關(guān)教學(xué)工作。團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等縱向項(xiàng)目，并與東方電機(jī)、中石油、中石化、國(guó)家電網(wǎng)、中航工業(yè)等多家企業(yè)長(zhǎng)期開(kāi)展科研合作。

周理兵，工學(xué)博士，教授、博士生導(dǎo)師。中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)電機(jī)專(zhuān)委會(huì)委員、中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)大電機(jī)專(zhuān)委會(huì)委員、中國(guó)機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會(huì)高等學(xué)校機(jī)電類(lèi)學(xué)科教學(xué)委員會(huì)電機(jī)與電器分委會(huì)副主任委員、華中科技大學(xué)—東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)技術(shù)研究中心主任。

主要研究方向包括電機(jī)運(yùn)行理論與分析、新型電機(jī)及驅(qū)動(dòng)控制、電氣傳動(dòng)與控制系統(tǒng)等。先后獲得省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)和二、三等獎(jiǎng)各1項(xiàng)。發(fā)表論文100余篇，參編《電機(jī)瞬態(tài)分析》、《電磁裝置設(shè)計(jì)原理》和《電氣大典》（感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速和雙饋調(diào)速部分）教材和手冊(cè)。

導(dǎo)語(yǔ)

針對(duì)大型同步電機(jī)動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)量過(guò)程復(fù)雜，危險(xiǎn)性大的問(wèn)題，本文基于信號(hào)輸入實(shí)驗(yàn)原理提出了一種同步電機(jī)瞬態(tài)參數(shù)的靜止測(cè)量方法。該方法無(wú)需進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)子的預(yù)定位，可同步完成電機(jī)dq軸瞬態(tài)參數(shù)的測(cè)量，簡(jiǎn)便易行，實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)單，安全性高。

研究背景

三相突然短路法與靜止頻率響應(yīng)法是測(cè)量同步電機(jī)瞬態(tài)參數(shù)最常用的兩類(lèi)方法，。在進(jìn)行大容量同步電機(jī)瞬態(tài)參數(shù)測(cè)量時(shí)，采用三相突然短路法會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的瞬態(tài)電流，實(shí)驗(yàn)的安全性難以保證，可能對(duì)機(jī)組造成不可逆的損傷且無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量q軸參數(shù)；而采用靜止頻率響應(yīng)法試驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜，設(shè)備要求高。此類(lèi)實(shí)驗(yàn)必須進(jìn)行轉(zhuǎn)子的預(yù)定位，對(duì)于多對(duì)極的大型同步電機(jī)，轉(zhuǎn)子定位過(guò)程難以實(shí)施且定位誤差大。

論文所解決的問(wèn)題及意義

基于信號(hào)輸入實(shí)驗(yàn)原理，提出了一種無(wú)需轉(zhuǎn)子預(yù)定位的同步電機(jī)參數(shù)靜止辨識(shí)實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)現(xiàn)了任意轉(zhuǎn)子位置下的同步電機(jī)dq軸穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)參數(shù)的同時(shí)辨識(shí)，解決了傳統(tǒng)同步電機(jī)參數(shù)辨識(shí)實(shí)驗(yàn)方法在大型機(jī)組上實(shí)施時(shí)的安全性問(wèn)題，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)過(guò)程，降低了設(shè)備要求。

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

1.信號(hào)輸入實(shí)驗(yàn)

信號(hào)輸入實(shí)驗(yàn)在電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行，預(yù)先將電機(jī)轉(zhuǎn)子軸線(xiàn)分別對(duì)準(zhǔn)dq軸實(shí)驗(yàn)的特定位置，勵(lì)磁回路短路，在電機(jī)端口輸入一定形式的電壓信號(hào)，根據(jù)電樞電流響應(yīng)與勵(lì)磁電流響應(yīng)在時(shí)域中進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)。

2.任意轉(zhuǎn)子位置的參數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)方法

如何獲取dq軸等效電路的運(yùn)算電感是進(jìn)行參數(shù)測(cè)量的方法，文章提出了頻域拓展Dalton-Cameron變換式，以此為基礎(chǔ)，在不同定子三相繞組組合下，改變信號(hào)輸入實(shí)驗(yàn)時(shí)電壓信號(hào)的輸入端口以獲得多次電流響應(yīng)進(jìn)而推算電機(jī)dq軸運(yùn)算電感。

圖1 頻域阻抗變換曲線(xiàn)

3.參數(shù)辨識(shí)流程

對(duì)電流響應(yīng)的時(shí)域擬合是參數(shù)辨識(shí)過(guò)程的關(guān)鍵，文章利用電流響應(yīng)的時(shí)域通解和響應(yīng)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)成優(yōu)化方程，并依賴(lài)NSGA3算法完成最優(yōu)解的求取和曲線(xiàn)擬合，得到各電流響應(yīng)的時(shí)域表達(dá)式，并將其變換至頻域，之后，依賴(lài)頻域的D-C變換求解dq軸的運(yùn)算電感，以此為基礎(chǔ)求解dq軸的各個(gè)參數(shù)。

圖2 參數(shù)辨識(shí)流程

圖3 電流響應(yīng)的時(shí)域擬合結(jié)果

總結(jié)

本文提出了一種基于信號(hào)輸入原理的任意轉(zhuǎn)子位置同步電機(jī)參數(shù)辨識(shí)實(shí)驗(yàn)方法。該方法的優(yōu)勢(shì)在于實(shí)驗(yàn)前無(wú)需進(jìn)行轉(zhuǎn)子預(yù)定位操作，在繼承了傳統(tǒng)的信號(hào)輸入實(shí)驗(yàn)方法安全性好、設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，具有更強(qiáng)的適用性，不僅能夠大大簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程及設(shè)備要求，降低總體所需的實(shí)驗(yàn)次數(shù)，還能夠?qū)崿F(xiàn) dq 軸動(dòng)態(tài)參數(shù)的同時(shí)辨識(shí)。

引用本文

馬一鳴, 周理兵, 王晉, 鄭印釗, 肖洋. 基于頻域擴(kuò)展Dalton-Cameron變換的同步電機(jī)任意轉(zhuǎn)子位置全參數(shù)辨識(shí)實(shí)驗(yàn)方法[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2020, 35(6): 1208-1218. Ma Yiming, Zhou Libing, Wang Jin, Zheng Yinzhao, Xiao Yang. A Novel Full Parameters Identification Method for Synchronous Machine Based on an Expanded Dalton-Cameron Transformation in Arbitrary Rotor Position. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(6): 1208-1218.