我校电气学院教师王剑参加申报2017年度高等学校科学研究优秀成果奖科学技术进步奖的公示

     发布日期:2017-05-09 阅读次数:

       我校电气学院教师王剑参与完成的成果“高性能级联型高压大容量变频调速系统研发与应用”拟申报2017年度高等学校科学研究优秀成果奖科学技术进步奖,特进行公示。公示期:2017年5月9日至2017年5月15日,公示内容见附件。

  公示期内如对公示内容有异议,请您向科技处反映。根据相关要求,为了便于核实、查证,确保实事求是、公正地处理异议,提出异议的单位或者个人,应当表明真实身份,凡匿名异议和超出期限的异议一般不予受理。联系人及联系电话:何笑冬,51688552。

  特此公示

  北京交通大学科技处

  2017年5月9日

附件:

推荐奖种:科技进步奖                   推荐单位:清华大学

项目名称

高性能级联型高压大容量变频调速系统研发与应用

主要完成单位:

清华大学,北京利德华福电气技术有限公司

主要完成人:

李永东,倚鹏,王奎,郑泽东,刘军,王剑,李明才,饶建业,高跃

项目简介:

该项目属于电力电子与电力传动领域。能源短缺和环境污染是21世纪人类面临的共同难题。为了降低单位GDP能耗和减少碳排放,近年来我国也在大力发展节能减排技术。在市政供水、石油化工、电厂、冶金等行业中,大量使用风机、水泵等大功率高压交流电动机,为避免这些电机直接恒速运行带来的能源浪费,必须采用变频调速技术进行节能改造。因此,开发高压大容量交流电机变频调速系统并推广应用,对于降低我国单位产值能耗和成本、减少二氧化碳和污染物排放具有重大的意义。

级联型多电平变换器具有电平数多、开关器件应力小、电流谐波小、易于扩展上高压等突出优点,围绕级联型高压大容量变频调速系统的高性能控制与新型拓扑结构,清华大学与北京利德华福电气技术有限公司密切合作,在国内率先开展高压变频节能技术的研究和产品开发,经过十余年的不断努力,并在国家863计划的支持下,取得了一系列科研成果:

(1)针对快速动态响应和高输出转矩等高性能调速要求,研制了基于DSP的全数字化矢量控制型H桥级联高压变频器,具有响应速度快、起动转矩大、控制精度高、完美无谐波等突出优点。调速范围达到200:1以上,频率分辨率达0.01Hz。

(2)针对强振动高粉尘等恶劣环境以及高可靠性低成本要求,研制出无速度传感器矢量控制系统,提出了一种无速度传感器控制的改进磁链观测模型,提高了磁链在动态变化情况下的计算精度;提出了一种基于改进电压模型的低速发电状态稳定措施,解决了H桥级联型多电平变换器低速发电状态磁链观测和转速辨识的不稳定问题。

(3)针对矿井提升等需要能量回馈的场合,研制出无输入滤波电感的四象限H桥级联型高压变频器,提出了一种基于PIR调节器的电压电流双闭环控制系统,有效抑制了直流电容电压波动。

(4)针对电机频繁起制动的场合,发明了一种带储能单元的新型混合H桥级联型多电平变换器拓扑及其储能单元电容电压平衡控制方法和能量管理策略,能够在不改变原有H桥级联型高压变频器主电路的基础上,通过额外增加一个储能单元和相应的控制算法,实现电机制动能量的有效回收利用。

(5)为省去输入侧多绕组移相变压器,发明了一种新型无变压器级联型高压变频拓扑结构,提出了整流和逆变侧的矢量控制策略和电容电压平衡控制策略,实现了四象限运行。

该项目发表科技论文20余篇,获授权发明专利11项,第二完成单位利德华福在高压变频器市场表现出色,曾连续9年位列中国高压变频器市场占有率之首。2014年销售量即突破10000套,并大量出口俄罗斯、印度和拉美,体现了利德华福在高压变频器行业的领军者地位。在节能领域,高压变频器作为控制高压电动机等大型工业设备节能的主要方式,通过与生产工艺的关联,一般可实现10~30%的节能效果。以此计算,到2016年,利德华福运行在全球各个工况现场高压变频器,年节电量约为144.67亿度,减少对大气排放的废气量约1909.67万吨,相当于种植了3000公顷绿树,为我国的节能减排和环保事业做出了显著贡献。

推广应用情况:

本项目所研发的“全数字化矢量控制型H桥级联高压变频器”、“无速度传感器H桥级联高压变频器”、“四象限H桥级联型高压变频器”等关键技术处于国际先进水平,国内多家知名高压变频企业均采用了本项目的技术成果。合作伙伴利德华福在高压变频器市场表现出色,曾连续9年位列中国高压变频器市场占有率之首。2014年销售量即突破10000套,并大量出口俄罗斯、印度和拉美,体现了利德华福在高压变频器行业的领军者地位。在节能领域,利德华福的成绩同样不俗。高压变频器作为控制高压电动机等大型工业设备节能的主要方式,通过与生产工艺的关联,一般可实现10~30%的节能效果。以此计算,到2016年,利德华福运行在全球各个工况现场的10000余套高压变频器,年节电量约为144.67亿度,减少对大气排放的废气量约1909.67万吨,相当于种植了3000公顷绿树,为我国的节能减排和环保事业做出了显著贡献。另一合作单位广州智光电气股份有限公司的产品自2005年进入市场以来同样表现不俗,近三年创造利润超过2.6亿元。与洛阳源创电气有限公司合作用于矿井提升机系统中,自2014年产品进入市场以来,取得了很好的客户口碑,创造效益2380万元,市场前景良好。在与北京圣非凡电子系统技术开发有限公司的合作中,将本项目成果H桥级联型多电平变换器应用于海军机动通信系统中的甚低频发射机功率放大器中,研制出200kW新型甚低频固态发射机。与传统发射机相比,基于H桥级联多电平技术的新型甚低频固态发射机体积小、机动性强、可靠性高,而且整机效率有大幅提高。目前机动甚低频发射机己完成设计鉴定,授予了型号,并装备部队使用,为我国国防事业做出重要贡献。

曾获科技奖励情况

主要知识产权证明目录

知识产权类别

名称

国家

授权号

权利人

发明人

授权发明专利

带储能单元的多电平变频驱动装置

中国

ZL200710063490.X

清华大学

李永东,饶建业

授权发明专利

一种级联型多电平变换器

中国

ZL200910078309.1

清华大学

李永东,王奎,郑泽东

授权发明专利

无变压器的大容量级联型多相多电平功率变换器

中国

ZL200910077856.8

清华大学

李永东,柴建云,陶兴华

授权发明专利

一种混合级联型多电平储能充放电及均压电路

中国

ZL201110127035.8

清华大学

郑泽东,王奎,李永东

授权发明专利

一种级联型多相变流器

 

中国

ZL200910082692.8

清华大学

李永东,柴建云,陶兴华

授权发明专利

基于DSP芯片的全数字化矢量控制型高压大功率变频器

中国

ZL03149889.2

北京利德华福电气技术有限公司

李敏,倚鹏

授权发明专利

无谐波污染高压大功率变频器

中国

ZL02104140.7

北京利德华福电气技术有限公司

倚鹏,程世宇

授权发明专利

改进型高压大功率变频器

中国

ZL03126473.5

北京利德华福电气技术有限公司

倚鹏

授权发明专利

无谐波污染高压变频器能量回馈装置及其方法

中国

ZL02104139.3

北京利德华福电气技术有限公司

倚鹏

授权发明专利

高压变频调速器的旁路电路

中国

ZL02100667.9

北京利德华福电气技术有限公司

倚鹏

授权发明专利

高压大功率变频器在功率模块故障时的处理方法

中国

ZL03155826.7

北京利德华福电气技术有限公司

倚鹏

 

主要完成人情况:(公示每个完成人情况,包括:姓名、排名、技术职称、工作单位、完成单位、对本项目技术创造性贡献、曾获科技奖励情况。)

排名

姓名

技术职称

完成单位

工作单位

对成果创造性贡献

1

李永东

教授

清华大学

清华大学

项目负责人,全面主持项目工作,提出研究总体方案和路线,提供研究思路、方法并指导研究过程,对所有创新成果均做出了突出贡献。

2

倚鹏

高级工程师

北京利德华福电气技术有限公司

北京利德华福电气技术有限公司

第二完成单位的项目技术负责人,主持项目工程样机研发与产品推广工作,对创新成果1、2、3做出了突出贡献。

3

王奎

助理研究员

清华大学

清华大学

对创新成果5无变压器级联型多电平拓扑的研究做出了突出贡献,参与国家863计划课题以及创新成果3、4的研发与实现。

4

郑泽东

副教授

清华大学

清华大学

对创新成果2、5做出了贡献,参与创新成果2无速度传感器矢量控制的技术开发以及创新成果5无变压器级联型多电平拓扑的研究

5

刘军

工程师

北京利德华福电气技术有限公司

参与项目工程样机研发与产品推广工作,对创新成果1、2、3做出了贡献。

6

王剑

讲师

清华大学

北京交通大学

对创新成果3四象限H桥级联型高压变频器的研究做出了突出贡献。

7

李明才

工程师

清华大学

北京国电四维清洁能源技术有限公司

对创新成果2无速度传感器矢量控制型高压变频器的研究做出了突出贡献。

8

饶建业

高级工程师

清华大学

电力规划设计总院

对创新成果4带储能单元的新型混合H桥级联型多电平变换器研究做出了突出贡献。

9

高跃

研究员

清华大学

中船重工第七一二研究所

对创新成果1做出了贡献,参与创新成果1全数字化矢量控制型H桥级联高压变频器的研究。

 

曾获科技奖励情况:均无。

 

主要完成单位及创新推广贡献:

清华大学作为项目第一完成单位,负责项目总体方案设计,提出研究的主体思路、核心技术路线和研究方法。研发了基于DSP的全数字化矢量控制系统、无速度传感器矢量控制技术、H桥级联PWM整流技术、带储能单元的新型混合H桥级联多电平变换器以及新型无变压器级联型多电平变换器等关键技术。与企业合作开展了上述技术成果的工程实现与推广应用,应用效果良好。发表论文25篇,发明专利5项,相关博士论文4篇,硕士论文3篇。

 

北京利德华福电气技术有限公司作为项目第二完成单位,负责项目硬件电路设计、软件开发、实验测试等工程实现与推广应用。完成了矢量控制型高压变频器、无速度传感器高压变频器以及四象限高压变频器等多项成果的产品化。曾连续9年位列中国高压变频器市场占有率之首。2014年销售量即突破10000套,并大量出口俄罗斯、印度和拉美,为项目成果的推广应用做出了重要贡献。获发明专利6项。