科学研究

1. 电感器件的电磁热场数值模拟设计与产业化

青岛大学澳门威尼娱乐网址手机版与青岛云路新能源科技有限公司合作“电感器件的电磁热场数值模拟设计与产业化”项目,成功地解决了诸如新能源汽车充电桩LLC谐振电感局部过热烧坏、中央空调三相电感能效较低、单相空调PFC电感温度梯度较高、风力发电系统及光伏发电系统用电抗器的能效低和噪声高等系列问题,推出的新产品研发周期由原来的3个月缩短到1周,极大地提高了劳动生产率,推动了电感器的批量生产。公司生产的电感器各项性能指标如能效特性、温升、噪声、绝缘等参数在世界上处于领先水平。电感器类产品的销售额从2016年度的7.2亿上升到了2017年度的10.95亿元,新增销售额37488万元,同比增长152%;在2018年中美贸易战、国际和国内制造业萧条的背景下,全年电感器类产品的销售额从2017年度的10.95亿元上升到了2018年度的12.52亿元,比2017年又新增销售额15692万元,同比增长114%,新增利润3052亿元。

2019328日,青岛华慧泽知识产权代理有限公司对“电感器件的电磁热场数值模拟设计与产业化”成果进行了标准化评价。根据评价标准和咨询专家的意见,该成果技术成熟度为13级,技术创新度为4级,技术先进度为6,经济效益非常巨大,建议该成果整体水平达到国际先进水平,其中结构参数优化技术已处于国际领先水平。

2. 三相永磁电机电磁设计

2017年与青岛云集控制技术有限公司合作以来,针对公司现有三相永磁电机电磁设计、电机和控制器一体化仿真等理论薄弱环节,通过产学研结合,充分发挥双方各自特长,优化了产品性能,缩短了产品开发周期,延伸了公司产品线,提高了产品定制化能力,市场竞争力进一步提高。先后合作开展的研发工作包括:3kw小功率测功机、50kw对拖试验台、交直流测试电源、小规模贴片机、波峰焊机,高温测试箱;无传感器测速定位技术、SPWM电源技术、定子磁场定向矢量控制算法、基于ARMDSPimotion芯片的软件方案等。目前,青岛云集自主研发、测试的电机与控制器一体化配套,已经批量打入新能源风电散热系统、氢燃料电池循环泵、5G移动基站冷却泵、空调风机、木工机械、工程机械注油系统等领域。2017年销售额达1200万元,2018年销售额达1900万元。

3. 一种基于ATmega8单片机控制的新型高频耦合灯

高频耦合灯是继荧光节能灯之后、电光源应用技术的又一成果。由于其内部无需灯丝,因此光源寿命长。经与青岛鑫能能源科技有限公司合作,以ATmega8单片机为控制核心,使输出功率、电压、电流及频率等恒定,且启动迅速、电光转换效率高,显色性能好,无闪频、低眩光,安装及维修方便,能够广泛应用于(高速)公路、桥梁、隧道、厂房、综合性大型体育场馆、剧院、车站、港口、广场等场所。

该成果获青岛市科技进步二等奖,并获国家实用新型专利。通过在青岛港、青岛韩国贞花服装城、济南卷烟厂、青岛卷烟厂、青岛北海船厂、莱州金矿等地的安装使用,取得了良好的经济效益。例:青岛北海船厂原使用的1000W的金卤灯,可采用本产品400W高频耦合灯替换,且照度还提高了40Lux,经济效益显著。

4. 锂离子电池储能系统的电气模型及优化研究

2016年,主持的863项目子课题项目锂离子电池储能系统的电气模型及优化研究,针对锂离子电池储能系统研究的需要,建立相关的电气模型,然后通过模型的优化,建立与锂离子电池储能系统相关的储能系统,进而搭建对应的储能系统,进行对应的性能测试与优化;通过优化算法,使锂离子动力电池单体能量密度180Wh/kg、功率密度160W/kg、循环寿命1800次,模块能量密度150Wh/kg、功率密度110W/kg、循环寿命1400次,各项指标有一定的提高。

该方法提升车用电池的性能,提高循环寿命及安全性,并将所设计的储能系统进行示范推广在山东威能环保电源科技股份有限公司,通过该项目的实施,能够将储能系统领域得到广泛应用及并实现产业化,并将其推广到电动公交、短途乘用车、货车、观光车、环卫车、储能系统、军品能源和出口国外等领域,实现销售收入约600万元,年增税收约100万元,年增利润约150万元。

5. 长岛县供电公司并网风力发电机组

长岛县位于山东半岛北部,风力资源丰富,适合大规模风电并网运行。传统风力发电由于安装位置原因对鸟类栖息环境造成严重破坏。考虑环保要求,长岛计划发展海上风电,同时建立需求侧经济管理机制来促进分布式电源的消纳。

我们课题组依据长岛县供电公司2016年已并网风力发电机组和地区负荷在各个时段的发电量和负荷采集数据得到:日用电高峰时段通常在中午11点左右和下午5点以后,相比之下分布式风能发电表现出较强的随机性,风机出力高峰期多集中在上午8-9点期间,在用电高峰期间风机有功出力明显不足。为了有效缓解电网供电压力,降低购电费用,提升环保效益,我们对长岛地区分布式能源并网节点与容量配置做了进一步研究与规划并提出了几种备选方案,与此同时还制定出合理可行的需求侧经济管理策略来消减风机并网给系统带来的随机扰动,提高电源侧备用容量裕度,改善系统负荷特性,降低线路供载压力,实现削峰填谷的目的。

6. 辨识电力系统及装置的参数

同步发电机模型及其参数在电力系统数值仿真计算中具有至关重要的作用。基于GPS的同步相量测量技术的出现,PMU的大量安装与应用,从而为辨识同步发电机的参数提供了方便条件。研究一种简单实用的确定发电机模型参数的方法已成为可能,从2016年起至现在,本学科瞄准这一研究领域展开了大量的研究工作。

利用PMU提供的数据辨识同步发电机参数能直接计及电机在运行中所受的各种因素的影响,对推动同步发电机模型和参数的研究具有重要意义;准确的同步发电机模型参数在电力系统仿真计算中的应用提高了分析系统运行状态的准确性,为运行人员的科学决策提供了依据。

基于离线试验的常规发电机参数测量方法,从参数的物理意义出发,有一定的适应性,但实验条件与实际工况仍有较大差异,所得参数还是不能够真实反映电机的实际运行状态,需要改进;基于实时测量的在线发电机参数辨识方法,直接计及电机运行的各种因素,计算简单,不用附加过多假设条件,不影响电机正常运行,所得参数能很好地反映电机的运行状态,也是本学科主要采用的方法。通过多年的深入研究,成果已经应用到华北电网的生产实践之中,取得了明显的社会效益和经济价值。

7. 建立并网型太阳能光伏发电站

20137月在青岛大学建立了光伏电站,先后有“山东省教育厅”、“青岛大学”等20多家媒体进行了报道。该“校园并网电站”位于学院楼4层外平台,占地70平方米,由22块电池板组成,总功率为近6kW,对青岛市创造低碳城镇及光伏产业的发展仍然发挥着示范和引领作用。

青岛高校首个并网电站的建成,引起了广泛的关注,热情接待单位或个人要求上门参观。比如中国海洋大学在咨询后也建设了校园电站;青岛冠中集团原来是一家生产太阳能集热管热水器的企业,在参观并咨询后成功实现了企业转型,2014年在山东省从事光伏并网电站建设规模已达200MW;从201311月到现在先后为“青岛云路新能源科技有限公司”、“青岛鼎信通讯科技有限公司”、“力神(青岛)新能源有限公司”等企业新上产业园项目的光伏屋顶电站项目做了项目的咨询。

早在2011年,本学科就在青岛大学开设了“光伏并网发电”的公共选修课,校园光伏电站的建成也为他们提供了实习基地。为了获得本地区第一手资料,师生们连续做了2年多光伏发电实验记录,包括记录每天的日出日落时间、13次的光照度及功率、风力、气压、温度、湿度及阴雨天、全天发电量等数据。该平台培养了光伏逆变并网方面人才,发挥了学校对分布式光伏的智力支持。

8. 解决电力机车电磁兼容问题

动车组大量采用大功率、高压、大电流设备以及高频逆变装置,整车电磁环境复杂。中车四方机车车辆股份有限公司的CRH380A自投入生产和运营以来,暴露出诸多电磁兼容性问题,有些问题直接影响到交车进程和车辆的正常运营等,目前比较突出的问题是通讯信号的传输不良问题。

本学科多次到公司技术中心电气开发部现场解决动车电磁兼容问题。应用所学知识在现场展开讨论,有些复杂问题则从现场带回尽快想法解决,以不耽误动车运行为目的。对于一些难度较大且在短期内无法解决的问题,在不影响机车正常运行的情况下,组织科研团队集体攻关,取得了明显的效果,得到了技术中心领导与研发人员的广泛认可。

本学科老师跟随研发人员去南宁协助解决6170列通讯传输不良故障,找到了故障的根源,避免了同一问题的再次发生。本学科老师协助解决了开关量闪报故障,根据现场故障情况分析,针对通讯传输时断时续的故障,开发了高阻抗频率衰减器,经过现场调试以及一段时间的运行表明该转置效果良好;另有针对开关量闪报类故障,本学科老师开发了低阻抗频率衰减器,样机在现场正常运行了很长的时间,效果得到了检验。上述两种频率衰减器目前已批量生产,已装车数百只,目前没有再次出现以前的故障,有效解决了系统的电磁兼容问题,取得了明显的社会经济效益。

9. 开发青岛电网短期负荷预测系统

承担青岛供电公司委托项目“基于负荷特性的青岛电网短期负荷预测系统”,是一个集负荷预测和负荷特性分析于一身的综合系统。该系统的建设并投入运行,提高了负荷预测、分析和管理的科技含量,准确把握了负荷的走势。通过研发和使用该系统,提高了工作效率和工作质量,降低了调度运行与管理成本,进一步提高了调度水平,取得了较为显著的经济效益。

1)该系统通过公司调度自动化、变电站远程抄表等系统提供的基础数据进行负荷分析与预测,通过稳定的信息采集渠道,经过整理后集成在统一平台下,使所有应用完全处于同一平台。充分利用了现有资源,减少了浪费,提高了劳动生产率,减少重复劳动,做到了数据采集高效、准确、可靠。

2)该系统以对电网负荷特性进行了全面深入的分析为基础,采用数据挖掘理论、模式识别理论和聚类、分类方法,得出电网运行的特点,探求了电力负荷变化的规律,为实时准确地分析和预测提供了基础。

3)该系统采用较先进的分析预测模型,研究了实时精确的负荷预测模型,能做到较为准确的把握本地区负荷的变化趋势,较好地完成负荷的统计分析与预测,使企业内部负荷管理效率更高,管理成本相应降低。

4)该系统可实现对分区变电站负荷和分类型负荷进行更加精细化的分析和预测,深入掌握用电大户的电力负荷需求情况。

 



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