华中科技大学周理兵团队特稿：同步电机瞬态参数的静止测量新方法

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团队介绍

周理兵教授团队由三名教师和十余名博、硕士研究生组成，隶属于华中科技大学电气与电子工程学院电机及控制工程系。主要围绕大型与特种电机的理论分析、设计与控制技术等方面开展研究和相关教学工作。团队承担了国家科技重大专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金等纵向项目，并与东方电机、中石油、中石化、国家电网、中航工业等多家企业长期开展科研合作。

周理兵，工学博士，教授、博士生导师。中国电机工程学会电机专委会委员、中国电工技术学会大电机专委会委员、中国机械工业教育协会高等学校机电类学科教学委员会电机与电器分委会副主任委员、华中科技大学—东方电气集团东方电机技术研究中心主任。

主要研究方向包括电机运行理论与分析、新型电机及驱动控制、电气传动与控制系统等。先后获得省部级科技进步奖一等奖2项和二、三等奖各1项。发表论文100余篇，参编《电机瞬态分析》、《电磁装置设计原理》和《电气大典》（感应电机变频调速和双馈调速部分）教材和手册。

导语

针对大型同步电机动态参数测量过程复杂，危险性大的问题，本文基于信号输入实验原理提出了一种同步电机瞬态参数的静止测量方法。该方法无需进行电机转子的预定位，可同步完成电机dq轴瞬态参数的测量，简便易行，实验设备简单，安全性高。

• DOI：10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.190134

研究背景

三相突然短路法与静止频率响应法是测量同步电机瞬态参数最常用的两类方法，。在进行大容量同步电机瞬态参数测量时，采用三相突然短路法会产生过大的瞬态电流，实验的安全性难以保证，可能对机组造成不可逆的损伤且无法准确测量q轴参数；而采用静止频率响应法试验过程复杂，设备要求高。此类实验必须进行转子的预定位，对于多对极的大型同步电机，转子定位过程难以实施且定位误差大。

论文所解决的问题及意义

基于信号输入实验原理，提出了一种无需转子预定位的同步电机参数静止辨识实验方法，实现了任意转子位置下的同步电机dq轴稳态与瞬态参数的同时辨识，解决了传统同步电机参数辨识实验方法在大型机组上实施时的安全性问题，简化了实验过程，降低了设备要求。

论文方法及创新点

1.信号输入实验

信号输入实验在电机静止状态下进行，预先将电机转子轴线分别对准dq轴实验的特定位置，励磁回路短路，在电机端口输入一定形式的电压信号，根据电枢电流响应与励磁电流响应在时域中进行参数辨识。

2.任意转子位置的参数测量实验方法

如何获取dq轴等效电路的运算电感是进行参数测量的方法，文章提出了频域拓展Dalton-Cameron变换式，以此为基础，在不同定子三相绕组组合下，改变信号输入实验时电压信号的输入端口以获得多次电流响应进而推算电机dq轴运算电感。

图1 频域阻抗变换曲线

3.参数辨识流程

对电流响应的时域拟合是参数辨识过程的关键，文章利用电流响应的时域通解和响应的实测数据构成优化方程，并依赖NSGA3算法完成最优解的求取和曲线拟合，得到各电流响应的时域表达式，并将其变换至频域，之后，依赖频域的D-C变换求解dq轴的运算电感，以此为基础求解dq轴的各个参数。

图2 参数辨识流程

图3 电流响应的时域拟合结果

总结

本文提出了一种基于信号输入原理的任意转子位置同步电机参数辨识实验方法。该方法的优势在于实验前无需进行转子预定位操作，在继承了传统的信号输入实验方法安全性好、设备简单等优点的基础上，具有更强的适用性，不仅能够大大简化实验过程及设备要求，降低总体所需的实验次数，还能够实现 dq 轴动态参数的同时辨识。

引用本文

马一鸣, 周理兵, 王晋, 郑印钊, 肖洋. 基于频域扩展Dalton-Cameron变换的同步电机任意转子位置全参数辨识实验方法[J]. 电工技术学报, 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.

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