方向1. 新型风力发电机与风电机组测试技术
本方向在彭晓教授的带领下，长期以来开展新型电机、电机设计、电机测试等方面的应用基础研究与工程应用研究。
在新型电机研究方面，彭晓教授带领的团队承担了多项省部级项目，在国内率先提出了单相交流电机变极绕组方案及设计方法；率先提出并解决了交流电动机无环流不断电切换的问题；率先提出了无刷双馈电机特殊转子绕组的设计方法。
本方向研究人员参加了湘电集团有限公司的国家重大科研项目攻关。彭晓教授等参加了湘电集团有限公司主持的国家科技支撑计划项目“1.5MW以上直驱式风电机组永磁发电机的研制及产业化”，参加了湘电集团有限公司主持的“973计划”子项目“能源高效利用中的基础科学问题”，并承担子课题“无刷双馈电机模型的建立、电磁场的计算与分析”，为湘电集团有限公司多种型号的大型风力发电机的研制作出了重要贡献。
谢卫才副教授为江麓机电科技有限公司研制出了大型风电机组变桨驱动电机，并于2010年投产。该产品的研制成功填补了国内空白，实现了兆瓦级风机关键部件国产化，结束了国外厂家该类产品在中国市场“一统天下”的格局。
杨跃龙教授十多年来致力于电机测试技术的研发。2003年研制出大型低压电机测试系统，为湘电集团有限公司建立了第一个电机试验站。研发的“高压中型电机网络群控综合测试系统”2006年获得湖南省科技进步二等奖。这一电机测试系统目前已推广应用到包括大亚湾核电站在内的50多家电机制造和运行企业。近年来，杨跃龙教授带领的科研团队攻克了变频试验电源和电机测试系统能量回馈等装备技术难题，研制出高效节能数字化大功率电机测试系统。这一系统成为湘电集团有限公司“国家能源风力发电机研发（实验）中心”双馈风力发电机数字化试验测试平台和直驱/半直驱永磁同步发电机数字化试验测试平台的核心装备。
表5 新型风力发电机与风电机组测试技术方向近5年来主持的纵向科研项目
序号 |
项目名称 |
项目来源 |
项目
负责人 |
起止时间 |
1 |
高性能不断电切换高起动品质因素感应电动机 |
科技部科技型中小企业技术创新基金项目 |
彭 晓 |
2007-2010 |
2 |
分布式驱动电动汽车多电机的协调控制与优化分配方法 |
国家自然科学基金项目 |
张细政 |
2013-2015 |
3 |
直驱永磁同步风力发电机组低电压穿越技术 |
湖南省自然科学基金
重点项目 |
邓秋玲 |
2010-2012 |
4 |
大型区分服务网络的智能鲁棒拥塞控制方法研究 |
教育部重点项目 |
张细政 |
2013-2014 |
5 |
大气压空气中磁控式锥形针阵列电极结构弥散放电机理研究 |
湖南省自然科学基金项目 |
吴勇峰 |
2014-2016 |
6 |
变频调速下异步电动机的功率匹配节能控制研究 |
湖南省自然科学基金项目 |
林友杰 |
2012-2014 |
7 |
无刷双馈风力发电机设计与控制的研究 |
湖南省自然科学基金项目 |
彭 晓 |
2010-2012 |
8 |
轮式驱动电动汽车独立转向/驱动系统的转矩协调与动态分配技术研究 |
湖南省自然科学基金项目 |
张细政 |
2013-2015 |
9 |
新型轴向磁场永磁同步电机的研制 |
湖南省科技计划项目 |
邓秋玲 |
2012-2013 |
10 |
风电检测中变频试验电源关键技术的研究 |
湖南省科技计划项目 |
施晓蓉 |
2012-2013 |
11 |
新型不对称接线平衡变压器研究 |
湖南省科技计划项目 |
李永坚 |
2012-2013 |
12 |
交流变频调速电动机及调速控制器的研究 |
湖南省科技计划项目 |
彭 晓 |
2009-2011 |
13 |
高效节能数字化电机测控系统 |
湖南省高校产业化
培育项目 |
杨跃龙 |
2009-2011 |
14 |
基于耦合Duffing振子的GIS设备局部放电在线监测系统研究 |
省高校创新平台
开放基金项目 |
吴勇峰 |
2013-2015 |
15 |
直驱风力发电机与变流器的故障容错控制 |
湖南省高校创新平台
开放基金项目 |
邓秋玲 |
2012-2014 |
16 |
兆瓦级直驱风电系统大功率变流装置及其控制技术 |
湖南省科技计划项目 |
张细政 |
2011-2012 |
17 |
分布式驱动电动汽车多电机的动态Multi-Agent协调稳定控制方法 |
湖南省教育厅重点项目 |
张细政 |
2014-2017 |
方向2. 风力发电系统控制
通过承担国家自然科学基金项目，针对双馈风力发电系统直接转矩控制策略进行系统研究。研究提高双馈风力发电系统低电压穿越能力、减小电磁转矩脉动的新型DTC控制策略；研究电网正常及各种对称、不对称故障情况下双馈异步发电系统（DFIG）机组的数学模型，并通过仿真和实验研究验证理论推导的结果；研究直接功率控制(DPC)策略，提出电网对称和不对称故障情况下双馈异步发电机组（DFIG）网侧变流器（GSC）的改进直接功率控制策略（DPC），旨在解决对双馈异步发电系统（DFIG）在电网故障情况下的输出功率实施有效控制的问题，同时还能抑制输出电流谐波。该研究成果可以保证电网故障期间DFIG及其励磁变流器能安全不脱网运行，减小正常运行期间电磁转矩的脉动，提高风电机组的输出电能质量和使用寿命。
通过承担国家自然科学基金项目，研究基于风电发电同步并网系统的的保性能控制问题，探讨不同发电机组入网的时间间隔长度对网络系统稳定性的影响；研究控制器增益的非脆弱保性能控制；获得各种控制策略下网络系统稳定的充分条件，给出相应的控制器设计方法。该研究成果为风电并网发电的稳定与控制提出一套切实可行且成本低廉的控制方法。
通过承担国家自然科学基金项目，研究基于模型分解的子空间辨识方法，建立执行器动力学的非线性时变模型；构建多目标、有约束、非线性动态控制分配模型，并采用基于仿电磁机制算法的混合智能优化方法进行驱动/制动力矩和转向角的最优分配，实现复杂工况下的安全稳定行驶和高效节能运行。解决了多电机系统协调控制和最优分配关键技术。
表6 风力发电系统控制方向近5年来主持的纵向科研项目
序号 |
项目名称 |
项目来源 |
项目
负责人 |
起止时间 |
1 |
时滞脉冲抛物型分布参数动力系统的稳定与控制 |
国家自然科学基金项目 |
罗毅平 |
2014-2017 |
2 |
双馈风力发电系统直接转矩控制策略研究 |
国家自然科学基金项目 |
刘国荣 |
2012-2015 |
3 |
参数不确定时滞复杂网络动力系统的保性能控制 |
国家自然科学基金项目 |
罗毅平 |
2012-2015 |
4 |
大功率矢量变频调速装置开发与应用 |
科技部科技人员
服务企业行动项目 |
刘国荣 |
2009-2011 |
5 |
大型矿用电动轮自卸车直接转矩预测控制策略研究 |
湖南省自然科学基金
重点项目 |
刘国荣 |
2013-2015 |
6 |
脉冲时滞反应扩散系统的鲁棒控制及在钢板热加工中的应用 |
湖南省自然科学基金
重点项目 |
罗毅平 |
2010-2012 |
7 |
高性能交流电机直接转矩智能系统控制方法研究 |
湖南省自然科学基金
重点项目 |
刘国荣 |
2009-2011 |
8 |
时滞脉冲分布参数系统的控制及在宽厚钢板热加工中的应用 |
湖南省科技计划重点项目 |
罗毅平 |
2009-2011 |
9 |
脉冲时滞反应扩散系统的鲁棒控制及在宽厚钢板热加工中的应用 |
湖南省自然科学基金项目 |
罗毅平 |
2014-2016 |
10 |
无需反步设计的时滞不确定非线性系统神经网络自适应输出反馈控制 |
湖南省自然科学基金项目 |
胡慧 |
2014-2016 |
11 |
基于多源传感器信息融合的机器人区间粒子群自主定位方法研究 |
湖南省自然科学基金项目 |
刘洞波 |
2014-2016 |
12 |
复杂监控场景的多运动目标视觉检测与跟踪方法研究 |
湖南省自然科学基金项目 |
万 琴 |
2011-2013 |
13 |
时滞抛物型分布参数系统的稳定与控制 |
湖南省自然科学基金项目 |
罗毅平 |
2007-2008 |
14 |
基于无线传感器网络的矿山安全监测技术研究 |
湖南省科技计划项目 |
刘国繁 |
2012-2013 |
15 |
基于神经网络的混合动力液压挖掘机节能控制器研究 |
湖南省科技计划项目 |
胡 慧 |
2011-2012 |
16 |
动力电池管理系统SOC估算方法研究 |
湖南省科技计划项目 |
刘国繁 |
2009-2011 |
17 |
基于神经网络重构模型的直接转矩控制 |
湖南省科技计划项目 |
刘国荣 |
2008-2009 |
18 |
华菱管线物流公司物流线路优化模型及决策 |
湖南省科技计划项目 |
罗毅平 |
2008-2009 |
19 |
复杂视觉监控场景中多运动目标优化跟踪方法研究 |
湖南省高校创新平台
开放基金项目 |
万琴 |
2011-2013 |
20 |
复杂时滞不确定非线性系统神经网络自适应控制方法研究 |
湖南省高校创新平台
开放基金项目 |
胡 慧 |
2014-2017 |
方向3. 风力发电变流与并网 通过承担省自然科学基金与省高校创新平台开放基金项目，研究了基于时频分布理论和FRFT的间谐波检测方法；提出了电力系统谐波和间谐波综合治理方法；提出了基于级联多电平技术的动态电压恢复器（DVR）主电路拓朴结构、电路方案及级联多电平逆变器的控制方法；提出了基于级联多电平技术、改进的dq0变换电压跌落检测方法和最小能量法电压补偿控制策略的高性能DVR装置的实现方案。该研究成果为风电高质量地接入电网提供了保证，部分成果在风力发电的并网控制中得到实现。 钟庆昌教授提出了同步逆变器理论，将并网逆变器在数学模型上等效为具有优良并网性能的同步发电机，解决多逆变器并联运行负载不均衡的难题，从理论上为新能源接入电网提供了切实可行的新方法，该方法得到国际上同行的充分肯定。 本方向在工程应用研究方面取得了一些成果。为企业开发的矿山机车变频器成功解决了矿山机车起动性能不佳的技术难题，该产品已经成为湖南心澄电气设备有限公司的主打产品。此外，为企业研制出了30kW、50kW、100kW的光伏发电逆变器和大功率充电机机等。 表7 风电变流与并网方向近5年来主持的纵向科研项目
| 序号 |
项目名称 |
项目来源 |
项目 负责人 |
起止时间 |
1 |
基于时频分布理论和FRFT的间谐波检测方法的研究 |
湖南省自然科学基金项目 |
黄绍平 |
2008-2010 |
2 |
铁电场效应晶体管的界面效应及其与失效的关联研究 |
湖南省自然科学基金项目 |
孙 静 |
2014-2016 |
3 |
网络化制造环境中信息安全关键技术研究与应用 |
湖南省自然科学基金项目 |
黄 峰 |
2012-2014 |
4 |
石墨烯/P(VDF/TrFE)透明导电膜的研究 |
湖南省自然科学基金项目 |
田莉 |
2015-2017 |
5 |
牵引机车变频调速控制系统 |
科技部科技型中小企业 技术创新基金项目 |
颜渐德 |
2008-2011 |
6 |
电压跌落检测方法与动态电压恢复器的研究 |
湖南省高校创新平台 开放基金项目 |
黄绍平 |
2009-2012 |
7 |
湿法电解槽压智能巡检信息管理系统 |
湖南省科技计划项目 |
黄绍平 |
2009-2011 |
8 |
高电能质量电动汽车充电装置的研发及产业化 |
湖南省高校产业化 培育项目 |
黄绍平 |
2012-2014 |
9 |
混合动力车用自适应滑模变结构电机控制系统的研究 |
湖南省科技计划项目 |
唐勇奇 |
2011-2012 |
10 |
混合动力车用自适应滑模变结构电机控制系统的研究 |
湖南省科技计划项目 |
唐勇奇 |
2011-2012 |
11 |
混合动力汽车智能控制器的研究 |
湖南省高校创新平台 开放基金项目 |
唐勇奇 |
2011-2013 |
12 |
网络图像安全技术研究及加密芯片设计 |
湖南省科技计划项目 |
黄 峰 |
2011-2012 |
13 |
图像特征区域加密方法研究 |
湖南省教育厅重点项目 |
黄 峰 |
2012-2014 |
14 |
电场对铁磁/铁电多铁异质结磁性调控的研究 |
湖南省教育厅 优秀青年项目 |
田莉 |
2014-2017 |
15 |
基于TSMC-DTC系统的多电机协调控制策略及应用研究 |
湖南省教育厅 优秀青年项目 |
蔡斌军 |
2013-2015 |
方向4. 风电机组结构设计与优化 本方向成员在国家自然科学基金及省自然科学基金的资助下，对风电机组的设计理论及关键技术进行了深入研究，取得了一系列突破性的成果，主要包括： （1）大型电动机的动力学研究与结构优化。研究了大型电动机的动力学建模与仿真方法，分析了机电耦合、电磁耦合和单边磁拉力的不平衡作用，获得电机固有模态、结构破坏的规律以及重要激振源，避免机械结构或者整机强烈振动的理论措施，并为大型电机设计提供优化方案。 （2）大型风力发电机组关键零部件设计制造技术。对风力发电机组关键零部件结构的受力、固有模态和结构破坏的规律进行了研究，获得避免重要机械结构或整机强烈振动的理论措施，并为大型风电机组关键零部件设计提供优化方案，为大部件和整机的安装吊运机具研究设计方案，参加了湘电集团有限公司2兆瓦、5兆瓦风力发电机设计。 （3）小型风力发电机组设计开发。主要对风叶、风轮和尾翼进行了空气动力学设计分析，完成了小型风力发电机的混合翼型风叶设计和脉冲充电技术研究，所研制的小型风力发电机获2010年湘潭首届科技发明大赛百万大奖，该风机具有如下创新：①结构创新的混合翼型风叶，其表面粗糙度敏感性低，能量转换效率高，失速特性好，升阻比高；②结构独特的尾舵机构，自动切出，导航能力与稳定性优良；③脉冲充电-逆变系统，充电效率高。 表8 风电机组设计与优化方向近5年来主持的纵向科研项目
| 序号 |
项目名称 |
项目来源 |
项目 负责人 |
起止时间 |
1 |
多兆瓦级海上风力机叶片的非线性振动与控制 |
国家自然科学基金项目 |
魏克湘 |
2015-2018 |
2 |
自供能智能微振动控制系统理论与实验研究 |
国家自然科学基金项目 |
魏克湘 |
2012-2015 |
3 |
大型风力机叶片结构损伤的力学机理与智能监测 |
国家自然科学基金项目 |
刘迎春 |
2011-2013 |
4 |
高速、高加速度旋转智能柔性臂的动力学特性与振动控制 |
国家自然科学基金项目 |
魏克湘 |
2009-2011 |
5 |
钛合金表面耐烧蚀、防冲刷(Ta-W)/Nb涂层体系研究 |
国家自然科学基金项目 |
彭小敏 |
2012-2014 |
6 |
轧制力能参数高精度预报模型构建、修正与在线控制 |
国家自然科学基金项目 |
杨理诚 |
2011-2013 |
7 |
基于嵌入式智能材料的结构损伤智能监测方法 |
湖南省自然科学基金项目 |
魏克湘 |
2008-2009 |
8 |
大型风力机复合材料叶片的非线性振动与控制 |
湖南省教育厅重点项目 |
魏克湘 |
2010-2013 |
9 |
大范围运动电流变夹层结构梁的动力学特性与振动控制 |
湖南省教育厅优秀青年项目 |
魏克湘 |
2007-2009 |
10 |
混合动力挖掘机动力系统轴系机电耦合振动机理研究 |
教育部重点项目 |
黄中华 |
2012-2014 |
11 |
高性能轻轨车辆结构材料的制备及强韧化机理研究 |
湖南省自然科学基金项目 |
吴安如 |
2011-2013 |
12 |
基于凸模型和D-S理论的矿山机械可靠性研究 |
湖南省自然科学基金项目 |
陶友瑞 |
2012-2014 |
13 |
深海资源开采技术与装备 |
教育部新世纪优秀人才项目 |
黄中华 |
2012-2014 |
14 |
混合动力挖掘机轴系扭振机理与实验研究 |
湖南省自然科学基金项目 |
黄中华 |
2014-2016 |
