1）變速恒頻雙饋異步風力發電系統

兆瓦級變速恒頻雙饋異步風力發電機組是目前國際市場上的主流機組，被國家科技部列為“十五”863後續能源重大專項之一。本學科承擔了其中的雙饋異步風力發電機及其變頻控制裝置的自主研制任務（批準課題編号：2001AA512021，863重大專項）。2003年，本學科研制成功大型雙饋風力發電機系統集成設計專用軟件，并與蘭州電機廠合作，設計并制造出首台國産1MW和1.5MW變速恒頻雙饋異步風力發電機。此後，該設計軟件相繼轉讓給上海電機廠、永濟電機廠等7家電機廠。該項科研成果的推廣對于促進兆瓦級雙饋異步風力發電機制造的國産化，起到了積極的作用。2004年和2005年，本學科相繼研制成功600KW和1.5MW變速恒頻雙饋異步風力發電機系統，解決了大容量交直交電壓型雙向變流器的主回路設計、驅動保護電路設計和通風散熱設計等問題，自主研制了基于發電機定子磁場定向矢量控制軟件和PWM整流/逆變并網控制軟件，以及變速恒頻風力發電機組的最大功率點跟蹤、随機風速下的電功率平滑控制、狀态監測和故障保護等系統控制策略，打破了該領域國外廠家長期的技術壟斷。經過一年多的樣機負載實驗考核，該項技術已經通過了教育部組織的科技成果鑒定，被評定為國内領先水平。該項技術成果已轉讓給三家國内企業，目前已開始小批量工業生産。據不完全統計，上述雙饋異步風力發電機及其變速恒頻控制系統技術推廣在相關廠家形成産品的銷售額已超過2億元。十五期間，該項目獲得的縱向與橫向合同經費達到了956萬元。該項目已經獲得國家科技部十一五科技支撐計劃的繼續支持（批準課題編号：2006BAA01A19，863專項經費：400萬元）。

“十五”期間在該方向上培養了博士後1名，博士生1名，碩士生5名。

“十五”期間，該方向取得的有代表性的理論成果和獎勵有：

[1] 苑國鋒，柴建雲，李永東，“變速恒頻風力發電機組勵磁變頻器的研究”，中國電機工程學報,2005年,25(8)，90-94（EI：05269184509）

[2] 苑國鋒，柴建雲，李永東，“新型轉子電流混合控制的變速恒頻異步風力發電系統”，電網技術,2005年, 29(15)，76-80 （EI：05369341588）

[3] 王相中，伍小傑，柴建雲，“帶有RCC的異步風力發電機系統的特性分析”，太陽能學報, 2005年,26(4)，447-451（EI：05439438685）

[4] 盧子廣，柴建雲，“電力驅動系統實時控制虛拟實驗平台”，中國電機工程學報,2003年,23(4)，119-123(EI:03347606206)

[5] Yuan, Guofeng, Chai, Jianyun, Li, Yongdong, “Vector control and synchronization of doubly fed induction wind generator system”，THE 4TH INTERNATIONAL POWER ELECTRONICS AND MOTION CONTROL CONFERENCE, VOLS 1-3, CONFERENCE PROCEEDINGS 886-890, 2004（EI：05189075211）

[6] 台達基金優秀項目獎，“雙饋異步發電機的轉子電流混合控制方法研究”， 2004年

2）電力牽引與推進系統

十五期間，本學科在交流電機矢量控制和直接轉矩控制及其數字化實現等方面提出新的控制理論和方法，并将其應用于軌道交通的電力牽引和船艦電力推進等領域，取得了一批具有重要應用價值的研究成果。

針對異步電機直接轉矩控制的全數字化控制方法在低速時性能下降及數字化控制帶來的問題，本學科在國際上首次提出虛拟合成矢量磁通控制法及轉矩預測控制法，大大改善了電機驅動系統的低速性能。該項研究的系列成果分别在第七、九屆全國電氣自動化年會上獲優秀論文獎。在2003年9月舉行的歐洲電力電子及應用國際會議上，本學科的李永東教授應邀與多位國際知名學者共同主持Tutorial Session，對該項成果進行了專題報告，受到與會者的好評。針對軌道牽引系統的特殊要求，該方法還完成了弱磁運行、多段速度切換及斷電再起動功能，現已應用于地鐵電氣牽引系統和電力機車牽引變頻器的控制。

本學科進一步将虛拟合成矢量法推廣到三電平逆變器的控制，較好地解決了三電平逆變器中點電壓不平衡和dv/dt過高的問題。主要學術成果除在國内外期刊會議上發表外，還反映在2002年由機械工業出版社出版的《交流電機數字控制系統》和2005年由科學出版社出版的《大容量多電平變換器》等學術專著中。

在本方向上已經完成的項目有：“異步電機極低速(包括零速)下速度辯識策略研究（國家自然基金項目59877010）”“牽引變頻器控制單元技術”、“地鐵機車幹線牽引變及IGBT交直交驅動系統研制”、“150kVA機車輔助逆變電源”，“電力機車牽引變頻器控制”，“潛艇用多相永磁電機推進系統仿真”，“船艦綜合電力推進系統的動态分析與仿真”等。

“十五”期間在該方向上培養的博士後1名，博士生3名，碩士生有6名，其中曾毅被評為校級優秀博士畢業生，王庚的論文被評為校級優秀碩士論文。

“十五”期間代表性成果有：

[1] 李永東，肖曦，高躍,《大容量多電平變換器》，科學出版社，2005年

[2] Z.H.Tan，Y.D.Li，M.Li， “A Direct Torque Control of Induction Motor Based on Three-level NPC Inverter” IEEE PESC Annual Mtg. 2001，Vancouver

[3] Y.D.Li，H.Hu，C.Jie，J.X.Wu，“Predictive Control of Torque and Flux of Induction Motor With an Improved Stator Flux Estimator” IEEE PESC Annual Mtg. 2001，Vancouver

[4] Z.H.Tan，Y.D.Li，H.Hu，M.Li，J.Chen，“Three-level Inverter Direct Torque Control of Induction Motor Based on Virtual Vectors” ICPE’01，2001，Seoul

[5] Z.H. Tan, Y.D.Li，Y. Zeng,“A Three-level Speed Sensor-less DTC Drive of Induction Motor Based on Full Order Flux Observer” PowerCon 2002  Kunming Vol.2 pp.1054-1058,

[6] H. Hu, Y.D.Li, “Applications of Induction Motor Drive Based on DTC in Railway Traction”PowerCon 2002 Kunming Vol.4  pp.2280-2289

[7] H. Hu, Y.D.Li，“Direct Torque Control of Induction Motor For Rail- way Traction In Whole Speed Range”IEEE IECON2002 Seville, Spain,（EI 03157429562）

[8] Hu Hu, Li Yongdong，“Predictive Direct Torque Control Strategies of Induction Motor Based on Area Voltage Vectors Table”，IEEE IECON2003，Roanoke, VA, United States（EI 04128063167）

[9] 李永東，“異步電機直接轉矩控制策略及其在大容量傳動應用”中國自動化學會電氣自動化學術年會（CAVD’2002）大會特邀報告

[10] 李永東，胡虎，“異步電機直接轉矩控制策略及其應用” 歐洲電力電子及應用國際會議Tutorial，EPE’2003，France

[11] 李永東，曾毅，譚卓輝，侯軒，“無速度傳感器三電平逆變器異步電動機直接轉矩控制系統(I)-基于降階定子磁鍊觀測器的參數和速度辨識”.《電工技術學報》，2004，V19(6):67-71.(EI: 04448436565)

[12] 李永東，曾毅，譚卓輝，侯軒，“無速度傳感器三電平逆變器異步電動機直接轉矩控制系統(II)-基于全階定子磁鍊觀測器的參數和速度辨識”.《電工技術學報》，2004，V19(8):80-86.(EI: 05098867187)

[13] 胡虎，李永東，“基于區域電壓矢量表的交流異步電動機直接轉矩預測控制策略研究”.《電工技術學報》，2004，V19(2):25-30.(EI: 04268236258 )

[14] 胡虎，李永東，“交流電機直接轉矩控制策略——現狀與趨勢 ” 《電氣傳動》   2004年03期

[15] 李永東，侯軒，譚卓輝，“三電平逆變器異步電動機直接轉矩控制系統（I）—單一矢量法”.《電工技術學報》, 2004, V19(4):34-39（EI 04448436499）

[16] 李永東，侯軒，譚卓輝，“三電平逆變器異步電動機直接轉矩控制系統（II）—合成矢量法”.《電工技術學報》,2004, V19(5):31-35（EI 04448436521）

[17] 王庚，李永東，“A Novel Control Algorithm for Cascade Shunt Active Power Filter” IEEE PESC Annual meeting, 2004.6 pp：771-775（EI 04498699855）

[18] 曾毅，李永東，“直接轉矩控制牽引系統全速度範圍運行研究” 全國電氣自動化年會，04.10，南京

[19] 李永東，“高性能、大容量交流調速系統－現狀和展望”《電工技術學報》2005,2，pp.1-10（EI05149026451）

[20] 陳繼宗，李永東，“級聯型高壓交－交矩陣變換器的仿真研究”《電力電子技術》2005年10期

[21] 李永東，李明才，譚卓輝，曲樹筍. 分層疊加式電壓型多電平電路拓撲結構. 專利号：CN03145955.2

3）高功率密度新型電機及其控制系統

本學科方向在高功率密度、高效率、高速及高可靠性的特殊電機及其控制系統理論和應用方面繼續進行探索性研究，“十五”期間取得了重大進展，尤其是高功率密度高速飛輪儲能永磁電機及其控制系統和國防專用高功率密度同步磁阻永磁電機及其控制系統的研究，處于國内該研究領域的領先地位。

 “十五”期間，本學科點通過與bevictor伟德官网工程物理學科共同組建飛輪儲能聯合實驗室，對高速飛輪儲能系統中的永磁懸浮與微型流體動壓錐軸承混合支承技術、電磁主動控制軸承支承技術、永磁無刷電動/發電機技術及其高性能全數字化充放電控制技術等進行了深入的研究。在結構設計、系統動力學分析、系統損耗、低損耗電機、充放電控制器和試驗等的理論研究和實際應用方面取得了重大進展，并開展了飛輪在航天、電網電能質量以及地鐵刹車動能再生領域等的應用研究。研制的高速飛輪儲能樣機性能指标達到42,000 r/min、線速度660 m/s、儲能密度35 Whr/kg，電磁主動控制軸承支承的永磁無刷電機及其控制系統轉速達到80,000 r/min。該主要技術指标在高速飛輪儲能方面處于國内領先地位。該項研究工作獲得了韓國Motor-Net International Co. & Korea Electronics Technology Institute連續3年支持（電磁軸承的研究）和台達科教發展基金（基于電磁軸承飛輪儲能UPS的研究）等的資助。

“十五”期間，通過“十五國防863”課題，先後滾動承擔了四期項目，研制出“兩餘度靈巧光傳動作器”，采用的專用高功率密度同步磁阻永磁電機及其控制系統，其電機的功率密度由0.3kW/kg提高到0.6kW/kg，效率由0.7提高到0.86以上，并實現了快速響應和餘度控制。該主要技術指标達到了當前國際先進水平。

該學科方向上培養了博士後1名，博士生1名，碩士生1名。

“十五”期間有代表性的理論成果有：

[1]  Chen Junling, Jiang Xinjian, Zhu Dongqi, “A Uninterruptible Power Supply using Flywheel Energy Storage Unit ”. The 4th International Power Electronics and Motion Control Conference. IPEMC’04, Xian. Vol.3:1180-1184, China.（EI 05189075270）

[2] 陳峻嶺, 姜新建, 朱東起,“基于飛輪儲能技術的不間斷電源的研究”，bevictor伟德官网學報(自然科學版), 2004.10，Vol44,No.10. （EI05018772454）

[3] 陳峻嶺,姜新建,孫卓,朱東起，“基于FBD法三相電力系統電流檢測方法的應用研究”，電力系統自動化, 2004,Vol.28(24):23-27.（EI 05078844411）

[4] 高徐嬌, 趙争鳴, 趙強,永磁電機電磁參數的有限元分析,《bevictor伟德官网學報》Vol. 41，No. 9, 2001，pp.44 – 47，（EI 02116885806）

[5] 王世靜, 趙争鳴, 郭偉, Optimum Parameters and Maximum Torque Performances of the PM-Assisted Synchronous Reluctance Machine, , ICEMS’ 2005. Nanjing, China, 2005. 559-563

[6] 郭偉, 趙争鳴,新型同步磁阻永磁電機的轉矩特性和控制分析,《電工技術學報》 2005 第20卷第1期 P.54 （EI 05119000206）

[7] 郭偉, 趙争鳴,新型同步磁阻永磁電機的結構與電磁參數分析, 《中國電機工程學報》2005 第25卷第11期 P.124 （EI 05299225664）

[8] 郭偉, 趙争鳴, Design and Experiments of Two Glued Axially-Laminated Synchronous Reluctance Permanent Magnetic Motors, 6th IEEE International Conference on Power Electronics and Drive Systems, IEEE 2005 PEDS,Malysia:2005,1374-1379

4) 特種發電機系統

特殊的獨立供電系統，比如艦船、機車和航天器等，對發電機提出了特殊要求，如體積小，重量輕，高功率密度和高運行速度等。特殊發電機系統是目前各先進國家競相研究的領域，對國家經濟和國防建設有重要意義。本學科開展了同時帶交流和直流負載的交直流混合供電發電機系統和帶整流負載雙繞組多相高速異步發電機系統的研究。

交直流混合供電同步發電機能夠同時提供高品質的交流和直流電，不僅具有體積小、重量輕、價格低的優點，更為重要的是整流負載對交流繞組電壓的影響小，提高了系統的電磁兼容性。

本學科将電機的多回路理論與電磁場有限元方法相結合建立了交直流混合供電發電機系統的完整數學模型，詳細計算了交直流混合供電發電機的參數，對該類電機的穩态和暫态性能進行分析。系統地考慮了由于磁路結構、磁路飽和、繞組布置以及定、轉子齒槽影響産生的空間諧波磁場的作用。對建立的模型和分析方法進行了多種工況的系統驗證，比較的結果證明了分析方法的正确性。

研究成果已經成功應用于海軍某潛艇的交直流混合供電發電機的設計中，專家認為：對“具有特殊複雜結構，考慮多種因素的交直流混合負載發電機系統”的“多個關鍵問題進行了深入研究”，“為發電機設計和性能優化提供了依據”，“為海軍重大裝備的研制奠定了堅實的理論基礎”。

帶整流負載雙繞組高速異步發電機系統具有功率密度高、供電品質好、運行可靠、調節方便等優點，是艦船綜合電力系統發電模塊發展方向之一。帶整流負載雙繞組高速異步發電機系統是多回路、變拓撲、兼有磁路和電路非線性的複雜系統，充分體現了電機、電力系統、電力電子、控制等多學科交融的特點。本學科深入研究了多相高速異步發電機系統的參數計算、諧波磁動勢分析、控制方法，提出了對控制繞組和功率繞組分别采用電路分析法和電磁場有限元分析方法進行系統性能計算的思路。研究成果受到國防科工委、中國船舶工業總公司和海軍裝備技術部的高度重視。

通過對特殊發電機系統的研究，本學科已形成了由特殊電機、電力電子裝置、電力系統、自動控制系統和機械系統等多學科交融的特殊發電機系統的分析理論。

在該方向上已經完成了高等學校博士學科點專項科研基金項目（97000367）：交直流混合供電的多相獨立發電機系統的研究。該方向培養博生士2名，碩士生2名。

“十五”期間代表性成果有：

[1] Wang Shanming, Wang Xiangheng, Li Yixiang, Su Pengsheng, Ma Weiming and Zhang Gaifan.  Steady-State Performance of Synchronous Generators with AC and DC Stator Connections Considering Saturation, IEEE Trans. on Energy Conversion,2002,17 (2):176-182.(SCI 562BF)、(EI 02317040692)

[2] 王善銘，王祥珩，李義翔，蘇鵬聲，馬偉明，張蓋凡. 交直流混合供電同步發電機空載電壓波形的計算. bevictor伟德官网學報, 2001，41(4)，pp155-158 (EI 02036826666)

[3] 王善銘，王祥珩，李義翔，蘇鵬聲，馬偉明，張蓋凡. 交直流混合供電同步發電機穩态性能的仿真. bevictor伟德官网學報, 2001，41(9)，pp22-25 (EI 02116885802)

[4] 王善銘, 王祥珩, 李義翔，蘇鵬聲，馬偉明,  張蓋凡. 交直流混合供電發電機定子端部繞組漏電感的計算. 電工技術學報, 2001，16(2)，pp1-5，64 (EI 01406671886)

[5] 吳新振，王祥珩. 一種定子複雜連接異步電機的網絡分析方法. 電工技術學報，2003，18(1)：10-14 (EI 03307563327)

[6] 吳新振，王祥珩. 異步電機雙籠轉子導條集膚效應的計算. 中國電機工程學報，2003，23(3)：116-120 (EI 03307568646)

[7] 吳新振，王祥珩. 異步電機不對稱運行時電容值的确定. 中國電機工程學報，2003，23(8)：125-129 (EI 03507781494)

[8] 吳新振，王祥珩. 非正交定子繞組單相異步電機的運行分析. bevictor伟德官网學報，2003，43(9)：1173-1176 (EI 04078020841)

[9] 吳新振，王祥珩. 異步發電機空載建壓電容值的确定方法. bevictor伟德官网學報，2004，44(7)：893-896 (EI 04448438522)

[10] 吳新振，王祥珩，羅成. 異步電機轉子感應非正弦電流時的導條損耗. 中國電機工程學報，2005，25(17)：131-135 (EI 05429423740)