当前所在位置:首页>>办学特色>>办学特色正文

协同促创新 风电领风骚——“风电装备与电能变换协同创新中心”发展纪实


作者:黄峰 发布时间:2018/1/9 8:58:50 点击次数:127 来源:

近日,湖南省科技厅对2017年度省科学技术奖项目进行公示,由“风电装备与电能变换协同创新中心”(简称风电中心)专职研究人员龙辛高工负责,黄中华等人参与的“5兆瓦直驱永磁海上风力发电机组的研发与应用”在列。之前,科技厅公布了2017年度湖南省重点研发计划项目立项项目,中心与湘电风能联合申报的“智能型超大功率(7-8MW)风电机组研发”获得立项资助,项目合同经费176万元。同时,中心组织校内专家参与的2017年度湖南省创新创业技术投资项目“高端装备电气传动系统产业化”项目也成功获批,经费350万元。

作为湖南省高校首批2011协同创新中心,风电中心结合国家新能源发展战略和湖南省风电装备行业的重大需求,围绕大型风电机组设计、制造、运行、维护等环节中涉及的重大理论与技术问题开展科学研究,目前已成长为湖南省风电领域重要研究基地,扩大了学校的影响。这两年来的中心的发展,主要成果主要体现在学科平台密集落地、人才汇聚效应明显、学术交流频繁开展、产生一批科研项目与成果、服务特需硕士人才培养取得丰硕成果等五个方面。

一是学科平台密集落地

风电中心建设的重要目标是打造我国风电领域创新研究基地。2013年10月18日中心成为首批立项培育的省级协同创新中心,2014年9月29日通过省教育厅组织的认定。三年来,中心紧紧抓住平台建设这个重中之重,联合我校相关教学单位,先后申报并获批了“风力发电机组及控制”湖南省重点实验室(2015年)、“风电运维与测试技术”湖南省工程实验室(2016年)、“海上风机安全服役关键技术”湘潭市协同创新团队(2017年)。目前,我校在风电装备与技术方面的省市级科研平台数量位居全省高校第一。

二是人才汇聚效应明显

风电中心秉承“科技是第一生产力、人才是第一资源”的建设理念,率先开展了人员聘任、人才评价、考核制度建设,出台了中心“人员聘用及薪酬分配暂行办法”、“考核管理暂行办法”等相关文件。2015年吸纳湖南大学为协同单位,进一步加强了中心力量。建立了风电装备先进制造技术、电能变换技术、运行控制技术、风电装备测试与故障诊断技术、海上风力发电技术等5个研究团队,根据创新任务需要,组建了“风力发电机设计与控制技术”创新团队。

目前,中心聘有专职研究人员67人,队伍年龄结构和学缘结构更趋合理:其中国家“千人计划”1人,教育部新世纪优秀人才2人,973计划项目首席专家2人,国家科技支撑计划项目首席专家5人,863计划项目首席专家3人,湖南省121人才4人,教授21人、博士33人。

三是学术交流频繁开展

为了提高学术水平,扩大中心影响,中心十分注重学术交流。中心承办了系列国际国内会议,包括2016年与湖南工业大学等联合承办的“第五届复杂系统和应用(ICCSA 2016)”国际会议,2017年承办中国振动工程学会转子动力学九届二次理事会暨2017优秀青年论坛,协办中国电工技术年会、新能源与环境国际合作发展论坛等重要国际、国内学术会议。中心还鼓励并资助成员积极参加风电行业相关的各类会议。目前每年进行学术交流达50余人次。

与中车交流用3.jpg

车间考察用2.jpg

中心积极邀请国际国内知名专家来中心讲学,包括国际知名风资源评估和风力发电机故障诊断和状态监控专家、英国拉夫堡大学Simon Watson教授,国家杰青、上海交通大学张文明教授,美国密歇根大学高飞教授,英国纽卡斯大学杨文献教授,上海交通大学彭志科教授等。

中心注重团队内部学术交流,专门下发文件要求每个研究团队每年至少开展2次内部学术交流,至少邀请国内外知名专家举办学术讲座1次。中心理事会提出“中心技术研究必须服务企业技术需求”,2016年5月13日,中心与湘电集团举办“技术需求对接大会”。中心专家与湘电集团十四名技术人员就风电领域急需解决的技术问题进行深入交流。结合问题大力开展科学研究,在服务企业的同时也提升了科研针对性,提升了自身科研水平。

四是获得一批科研项目与成果

三年来,风电中心新增国家级项目22项,省部级科研项目46项,横向课题53项,申请发明专利33项,授权专利39项,获省市级科技奖励8项,主要标志性成果有:

5MW及以上海上永磁风力发电机技术研究。完成了大型海上永磁风力发电机散热性能分析、大型海上永磁风力发电机防盐雾防腐蚀设计、大型海上永磁风力发电机功率变流试验,实现了我国真正意义上的海上5WM风力发电机组(XE128-5000)小批量生产,已装机10台,新增销售收入3.6个亿,相关技术先后获湖南省科技进步一等奖、教育部科技进步二等奖。

直驱永磁风力发电系统机电耦合建模与优化设计。建立了系统电、磁、热、力等多物理场耦合分析模型,发明了PWM整流器控制下直驱永磁风力发电机多工况全局效率最优设计方法和单轴承支撑的直驱永磁风力发电机,突破了复杂条件下发电系统参数优化匹配的关键问题,发电机有效材料消耗降低10%、平均效率提高3.7%,提出了基于重复齿槽单元的齿槽转矩削弱方法,发电机齿槽转矩降低65%,获湖南省科技进步一等奖、二等奖各1项。

高压中型网络群控综合测试系统。该系统集电机试验、变频技术、测控技术等专家于一体,达到试验过程节约能源、低噪声的绿色制造友好性目的,是目前国内最完善的风力发电机满功率试验平台之一,为“国家能源风力发电机研发(实验)风电中心”的核心装备,试验能力国内领先、国际先进,相关成果获湖南省科技进步二等奖1项。

变桨电机验收用1.jpg

高性能变桨偏航电机研制及其控制技术研究。完成了兆瓦级风电他励串励电机、永磁变桨电机电磁设计,偏航电机型式试验和可靠性试验、变桨电机型式试验和可靠性试验,到2016年底已完成3500台套,产值超过1亿元,打破了国外变桨伺服电机垄断市场的格局。

风电机组智能控制技术研究。提出了模糊神经网络优化的空间矢量调制方法和基于自适应模型预测控制的DFIG直接功率控制方法,提出了基于无功功率参考模型的转子电阻在线辨识方法、基于模糊神经网络的定子电阻辨识方法、基于参数辨识和扩展状态观测器的转子磁链和转速观测方法,提出了神经网络自适应闭环磁链观测器,解决了低速区交流电机磁链难以准确观测的问题,发表期刊论文17篇,SCI、EI收录8篇,科学出版社出版专著《多变量系统模糊/神经网络自适应控制》,获湖南省自然科学三等奖。

风电装备关键零部件故障发生机理研究。研究了风电装备关键零部件的故障发生机理,提出典型零部件的失效准则,针对叶片、变浆轴承、齿轮箱等关键零部件典型故障发生机理进行了研究,结合湘电风能多个风电场提供的典型故障信号特征,提出了叶片,变浆轴承,齿轮箱等零部件的失效准则,发表相关学术论文6篇,申报发明专利2项,获湖南省自然科学三等奖1项。

大型风电机组性能试验技术及应用。提出了一种采用交流变频器控制永磁电机模拟风电机组风轮载荷的方法,通过发电机输出转矩与模拟风速的匹配控制,实现被试发电机工况模拟;提出了一种双馈风电机组轴系弯曲振动和扭转测试测试方案;试验装置已为多家风电整机生产企业、风电变流器生产企业开展试验测试,制定行业标准2项,发表学术论文3篇,授权发明专利1项、实用新型专利2项,获湘潭市科技进步二等奖1项。

抗暴风型风力发电机组的研发与应用。应用了暴风停机保护策略,优化设计了风机控制软件和实测台风数据风模型计算方法,开发了具有自主知识产权的智能化风机数据实时采集及分析系统,并针对极端载荷设计关键承力部件,解决了台风等暴风极端天气下大型风机安全运行及可靠性技术难题,开发出2MW系列抗暴风型直驱永磁风力发电机组产品,取得发明专利3项,填补了国内空白,获湖南省科技进步三等奖、湘潭市科技进步奖二等奖。

直驱永磁风力发电系统快速功率控制与高品质电能转换。建立了直驱永磁风力发电系统电能转换与功率控制综合模型,发明了基于PWM整流器的直接功率预测控制方法和基于虚拟同步的无功功率控制方法,突破了风速易变条件下发电系统有功功率和无功功率快速响应调节的关键技术;提出了发电系统并联变流器环流和谐波抑制方法,系统环流降低65%,电流畸变率(THD)抑制到1.5%,获教育部科技进步二等奖。

五是人才培养取得丰硕成果

2011年,动力工程(风电技术方向)获批为专业硕士学位点,研究生由我校与湘电集团联合培养。中心作为双方科研合作的重要平台,为高层次人才培养提供了实质性帮助。

一是提供师资条件、实验条件、技术开发和学术研究条件等,将人才培养与技术开发、工程建设和生产实际结合。多名中心专职人员进入湘电开展风电研究工作;湘电的技术人员来到动力工程(风电技术方向)专业学习后返回公司继续工作。湘电集团有15位工程技术人员在我校担任硕士生导师。二是整合协同创新体各组成单位的优势科技资源平台,通过协同体各单位的博士后工作站、工程技术风电中心、重点实验室等资源,多渠道强化对人才的培养。目前协同体单位为人才培养开放的平台20余个。

三年多来,中心共培养研究生24名,培训企业骨干300余人次。高质量的研究生培养,为企业解决了技术难题。谢卫才副教授带领研究生张海、贺斌等进行大型风电机组变桨电机研发。成功研制出拥有自主知识产权、多型号、系列化的变桨伺服电机,率先实现兆瓦级风机关键部件国产化,结束了风电变桨伺服电机长期依赖进口的格局。杨跃龙教授、赵毅君教授带领研究生陈晓雷、罗浩等研制成功了数字化电机测试平台,研制过程中攻克了能量回馈处理等难题,目前已推广到包括湘电集团、大亚湾核电站在内的50多家企业,为企业直接节省测试成本近亿元。研究生张明阳在北京金风科创风电设备有限公司进行专业实践期间,针对风力发电变桨系统滑环在使用过程中维护困难、故障率高等问题,研究采用无线电能传输方案的滑环取代常规滑环,提出了控制信号、动力信号分离、中继器抗扰的方案,企业采用这种方案后将滑环故障降低60%。

 

长风破浪会有时,直挂云帆济沧海。风电中心在探索协同创新机制,服务社会,提升我校人才培养、学科建设和科学研究能力的同时,将突破一批风电领域急需解决的基础理论和关键技术,为我国风电装备制造业持续健康发展提供技术支持和理论支撑。




Copyright © 湖南工程学院 2017-2022 all right reserved
电话(fax):0731-58683629 电子邮件:gjs@hnie.edu.cn 地址:湖南省湘潭市福星东路88号