中心介绍
中心简介 校长致辞

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邮编:100144

中心简介

 

变频技术北京市工程训练中心依托电气工程学科专业介绍

一、学科介绍

电气工程(Electrical Engineering简称EE)在国民经济发展中具有举足轻重的地位,也是现代化社会建设中的核心学科之一,从某种意义上讲,电气工程技术的发达程度代 表着国家的科技进步水平。正因为此,电气工程的教育和科研一直在发达国家大学研究生教育中占据十分重要的地位。

电气工程学科领域主要研究发电、输电、配电、电机与电器制造、电力电子与电气传动、高压技术与绝缘技术、电动车传动技术与电池充放电及电池管理、新工理论与技术的相关科学技术。

本专业硕士研究生可在高等院校、科研院所、公司及企事业单位等从事电气工程及其自动化方面的教学、科研、工程设计、科技开发、管理等工作。

北方工业大学的电气工程学科主要研究领域或方向为:电机传动、电力电子变换器(重点是变频技术)、新能源技术(重点是风力发电与光伏发电)、大功率电源技术、电磁设备、电气自动化装备与集成技术等。

每年招收30名左右硕士研究生(学制3年),联合培养两名左右博士研究生。

北方工业大学电气工程学科主要依托北京市变频技术工程技术研究中心(也是电力电子与电气 传动北京市工程研究中心)开展研究。该学科领域目前有6名教授,7名副教授,有电气工程北京市优秀教学团队,电动汽车北京市学术创新团队,有一名北京市突 出贡献专家、2名北京市高层次人才、2名北京市科技新星。

近5年本学科承担国家863、国家自然科学基金和北京市自然科学基金课题5项,国家重大 科技支撑项目子项目15项,其它项目百余项,年均科研经费600万元,取得国家发明专利12项,软件著作权7项,获省部级成果奖7项,在核心期刊及国内外 学术会议发表学术论文700余篇,出版高水平专著15本。

在产学研合作方面,电力电子工程技术研究中心与北京合康变频技术公司、北京东标电子公 司、中科院电工所、清华大学电机系、中国有色金属工业总公司、首钢国际工程技术有限公司等单位建立了长期合作关系。罗克韦尔、三菱电气、海尔、合康亿盛、 达盛科技等企业、中国第22冶金建设公司、北京运通伺服系统公司等公司在我中心建有科研基地,上述企事业单位为该学科的学技术研究、科研成果转化等方面提 供了非常有利的合作平台。

电气工程研究生均参加科研实践活动,参加和完成学术报告。本学科定期组织国内外著名专家学者在电力电子专业研究方向开展学术交流活动。学生有机会参加国内国际学术会议。

二、科研成果

1、电力电子运动负载变换器技术研究方向

该研究方向在交流电动机参数在线辨识研究、自适应矢量控制系统、高性能永磁电动机伺服控 制技术、无速度传感器技术、直接转矩控制技术等方面进行了深入的研究,承担了3项国家自然科学基金项目,2项北京市自然科学基金资助项目,企业委托和合作 项目30多项,在逆变器的三电平调制技术、高压串联技术领域开展的产品研发取得了显著的成果。

主要成果应用情况:

1)基于DSP的500kW/700V标量控制变频器控制板已经产品化,成果转让于北京东标电子公司,并应用于湖北宜昌冷轧带钢机传动设备上;

2)200kW/380V双PWM电磁搅拌机已研制成功,性能达国内领先,已交付河北尤利科公司生产;

3)开发的大功率无速度传感器矢量控制系统频率可调至0.5HZ,转子参数辨识精度已超过德国西门子同类变频器,性能良好。这两项技术已由北京天华博实电气技术公司成功应用于带钢连轧机传动用变频器上;

4)与韩国收获电气技术公司合作开发了吊车用变频器,拥有独立自主知识产权的技术已经通过了产品化测试,得到了对方的高度评价;

5)与湖南湘电集团、英国UCLAN大学联合成立了10kW直驱式非并网式风力发电装置 的研发机构,完成了英格兰政府委托项目“10KW牧场用风力发电机电气控制系统”,该项目可面向中国农村地区推广。变流控制系统是核心设备,主要解决额定 风速以下的最大风能捕获、额定风速以上的偏航功率调节以及整机系统离网和并网运行及其平滑切换,这些问题是目前风力发电应用领域的重点和难点。基于上述技 术,形成了小功率(30kW)以下太阳能发电并网技术;

6)2009年参加了北京市科委和北京市发改委联合举办的“首都高校科研成果落地区县对接会”上,“双PWM大功率变频器”技术的产业化项目为全北京市遴选的33个项目之一,目前正与北京合康益盛公司就技术转让洽谈中。

7)受中科院电工所委托开发的60kV电子束焊机设备,采用了IGBT和DSP的高频斩波技术和大功率铁氧体材料的变压器,研制了国内第一台高频斩波型电子束高压焊机,已经推向市场。

8)1kW低成本洗衣机变频器。该项目是北京市重大科技成果转化和产业统筹项目,并与深 圳锐钜电子公司达成产品合作开发协议。硬件设计成本低,性价比高,具有家电行业市场竞争力。变频调速系统为无速度传感器矢量控制系统,低速带载带载能力 强,正反转切换平滑稳定,稳定运行最低频率为1Hz,最高运行频率为300Hz,电机转速可达到18000rpm。

2、电力电子静止负载变换器技术方向

在基于DC-DC 变换器的大功率灯光镇流器的研制方面,承担了4项国家自然科学基金项目,研发出了高性能千瓦级灯光镇流器,已由北京莱斯达电子有限公司等单位开始生产,所 生产的影视照明用电子镇流器系统系列产品在国内外享有盛誉,使我国成为继德国之后第二个掌握这种技术的国家,整体性能国内领先,2008年用于北京奥运会 主火炬的照明设备上。

3、电动汽车控制技术研究方向

北方工业大学电力电子与电气传动工程研究中心是我国电工技术学会电动汽车分会的秘书长单 位,于1994年开展电动车技术研究与开发工作。本中心建有电动汽车驱动系统试验平台以及动力电池测试平台。近年来承担了国家“十五”、“十一五”、 “863”电动汽车重大专项的相关课题,在电动汽车驱动控制技术、电池管理技术、CAN总线通讯技术、检测与故障诊断技术等方面取得了一系列成果。开发出 电动车、电动船等多款电动交通工具,获得多项专利授权。研究成果已成功应用于一汽、东风公司的混合动力大客车,技术在国内领先。


科研成果之一:全数字高频高压电子束焊机电源

 

 

科研成果之二:提升机变频器


 

提升机变频器,具有低速大转矩的特点,达到国内领先水平,已经输出到韩国,并在国内唐山钢铁集团建生产线(钢厂吊车用)。

科研成果之三:永磁同步机驱动装置

 

 

永磁同步机驱动装置,调速比可达1:10000,达到国内领先水平,现在北京恒通伺服系统公司进行产业化。

科研成果之四:双PWM变换器

 

 

双PWM变换器,替代可控硅整流逆变电磁搅拌电源,达到国内先进水平,并获得国家支撑计划项目支持,获得北京市科委装箱基金支持。

科研成果之五:洗衣机变频

 

 

洗衣机变频器,达到国内先进水平,硬件设计成本低,性价比高,具有家电行业市场竞争力。现在深圳锐钜电子公司进行产业化。

科研成果之六:轧机变频器

 

轧机变频器,可以替代西门子6SE70系列变频器,达到国际先进水平。在东标电子系列冷轧生产线变频器上得到产业化应用。

科研成果之七:三电平变频器

 

 

三电平变频器,其调制软件与死区补偿技术达到国际领先水平,输出到韩国,并在国内推广应用中。

科研成果之八:高性能新型可调电抗器

 

 

高性能新型可调电抗器,获得国家自然科学基金支持,达到国内领先水平。

科研成果之九:间接矩阵式变换器

 

 

间接矩阵式变换器,获得国家自然科学基金支持,达到国内领先水平。

科研成果之十:容量风光互补发电系统

 

 

风光发电互补系统,获得北京市自然基金支持,达到国内领先水平。与湘潭电机厂合作的产品出口到英国。

科研成果之十一:车用高比功率镍氢动力蓄电池组管理系统

 

 

车用高比功率镍氢动力蓄电池组管理系统,达到国内领先水平。已经安装于安装在东风混合动力客车上。

科研成果之十二:PT功率变换器

 

 

PT功率变换器,技术达到国内领先水平。研制产品由北京莱斯特灯具公司生产,用于08年北京奥运会火炬照明。

目前承担的主要科研项目

 

序号

项目名称及编号

项目类型

项目时间

1

异步电机无速度传感器模型预测控制关键技术研究

国家自然科学基金

2013-2015

2

基于间接矩阵变换器的多机传动系统研究

国家自然科学基金

2010-2012

3

6kW光伏逆变器

国家自然科学基金

2013-2016

4

铁晶非晶铁芯垂直激励可调电抗器磁滞回线奇异性变化机理研究

国家自然科学基金

2014-2016

5

基于六西格玛与趋势序列模式的铝电解槽槽况预测模型及算法研究

国家自然科学基金

2011

6

大功率三电平拖入结构

国家自然科学基金

2011-2013

7

风光互补发电协调控制

北京市自然科学基金

2013-2015

8

智能电抗器

北京市自然科学基金

2013-2015

9

直驱式风力发电系统并联变流器关键技术研究

北京市自然科学基金

2012-2014

10

电动车电池管理与充放电

国家863计划

2010-2012

11

电解铝熔炼炉双PWM电源

国家科技支撑计划子课题

2012-2013

12

基于多关系数据挖掘的跨媒体推荐关键技术研究

国家科技支撑计划子课题

2012-2014

13

异步电机无速度传感器模型预测控制关键技术

北京市留学人员科技活动择优资助

2012-2012

14

PWM整流器模型预测控制研究

校科研启动基金

2012-2013

15

单级LED灯用电子镇流器

国家发改委

2010-2013

16

间接矩阵式变换器的理论与关键技术研究

北京市教委

2010-2012

17

电动车交流传动技术

北京市教委

2010-2012

18

基于模型预测控制的高性能变频器研究

校青年重点研究基金

2013-2014

19

鼠笼式异步电动机高性能变频器产业化

北京市变频技术工程研究中心阶梯计划

2011-2012

20

吸附与离子交换模块测试装置设计及研制

横向项目

2012-2013

21

中转导流模块测试装置设计及研制

横向项目

2012-2013

22

水处理动态性能测试设备设计及研制

横向项目

2012-2013

23

500kW大功率太阳能光伏并网系统

横向课题

2010-2013

24

电力机车用同相供电控制系统

横向课题

2011-2014

25

200kW测功机控制系统

横向课题

2011-2013

26

节能型变频器技术开发

横向课题

2011-2013

27

模块化三电平APF控制系统

横向课题

2012-2014

28

大功率链式动态无功功率补偿控制系统开发

横向课题

2013-2015

29

中科院电工所6KW/70KV高压电子束焊机电源的样机

横向课题

2012-2013

30

河北尤利科200KW电磁搅拌电源

横向课题

2011-2013

31

攀钢集团北海特种合金公司电弧炉电极控制系统

横向课题

2011-2013

32

韩国SOHO公司小功率吊车用变频器软件开发

横向课题

2012-2013

33

燃料电池城市客车用高功率镍氢动力电池组系统及其应用技术

横向课题

2011-2013

34

铜电解极间短路监测系统

横向课题

3012-2013

专著

 

序号

名称

出版社

出版年

1

开关变换器的实用仿真与测试技术

机械工业出版社

2010

国防工业出版社

2

电动机实用控制电路

化学工业出版社

2011

3

电机与拖动基础

电子工业出版社

2011

4

电机与拖动基础及MATLAB仿真

机械工业出版社

2011

5

爆炸性环境本安电路功率判别及非爆炸评价

中国矿业大学出版社

2012

6

电力拖动控制系统

机械工业出版社

2012

7

电力电子技术

电子工业出版社

2012

8

异步电机无速度传感器高性能控制

机械工业出版设

2012

9

异步电机传动控制系统

机械工业出版社

2012

10

电力电子技术

水利电力出版社

2013

11

交直流调速系统

电子工业出版社

2013

12

现代电力电子技术

水利电力出版社

2013

13

高性能级联型多电平变换器原理及应用

机械工业出版社

2013

14

CPLD/FPGA控制系统设计

机械工业出版社

2011

发明专利

 

序号

名称

专利类型

授权时间

1

一种交流异步电机电流控制装置及电流控制方法

国家发明专利

2011

2

间接式矩阵变换器多机传动系统及其容错运行控制方法

国家发明专利

2011

3

间接式矩阵变换器多机传动系统的矢量控制方法

国家发明专利

2011

4

全数字电子束焊接高压电源

国家发明专利

2011

5

中小型风力发电机组偏航控制系统

国家发明专利

2011

6

基于ARM控制器的风力发电机组主控系统

国家发明专利

2012

7

一种基于零序电压注入的三电平中点电位平衡控制方法

国家发明专利

2012

8

具有门锁的变频器隔爆壳体

国家发明专利

2012

9

基于功率指令补偿的不平衡电网电压下PWM整流器控制方法

国家发明专利

2012

10

电网不平衡时风力发电机网侧变流器电流控制方法和系统

国家发明专利

2012

11

不平衡电网下的无刷双馈风力发电机网侧整流器控制方法

国家发明专利

2012

12

基于电流指令生成的电网不平衡时PWM整流器控制方法

国家发明专利

2012

三、科研环境与条件(科研平台)

变频技术北京市工程研究中心

 

 

实验室面积1500平米,固定资产3500万元。

建有国内一流的高水平的研究、实验平台14个。

 

                     

  实验平台名称

  1. 三电平变频器数字化系统实验平台

  1. 异步电动机直接转矩控制实验研究平台

  1. 异步电动机SPWM、SVPWM调制方法研究平台

  1. 同步电动机调速系统实验研究平台

  1. 永磁同步电动机伺服系统实验研究平台

  1. 异步电动机矢量控制实验平台

  1. 风力发电综合研究平台

  1. 光伏发电电气控制系统实验与测试平台

  1. 3.3KV高压级联变频实验与测试装置

  1. 电磁兼容与抗干扰测试与实验平台

  1. 大功率灯光镇流器研究平台

  1. 高性能开关电源实验平台

  1. 大功率无功补偿装置中试平台

  1. 洗衣机变频器研发平台

 

                                 中试基地

  • 低压高性能变频器中试基地---北京东标电气股份公司

  • 中高压频器中试基地---北京合康亿盛变频科技有限公司

四、研究方向与研究内容

 

研究方向

研究内容

高性能交流电机调速理论与技术

  • 无速度传感器交流电机矢量控制技术

  • 交流电机直接转矩控制技术

  • 交流电机参数在线辨识技术

  • 交流电机自抗扰控制技术

  • 同步电机调速技术

新能源并网发电技术

  • 10kW风力发电技术

  • 兆瓦级风力发电技术

  • 太阳能并网发电技术

  • 分布式发电系统

新型电力电子拓扑及调制技术

  • 有源箝位5电平拓扑及调制技术

  • 双极式矩阵变换器拓扑及调制技术

  • 多电平逆变器拓扑及调制技术

  • 高压大功率调速装置

电动汽车驱动与电池管理系统

  • 电动汽车永磁电机调速器

  • 电池管理系统

DC/DC开关变换技术

  • 开关变换器建模与仿

  • LED绿色照明电源

电能质量控制技术

  • 有源电力滤波器研究

  • 无功功率补偿装置

电磁兼容与电磁干扰

  • 可控电抗器研究

  • EMC抗干扰设计

变频技术在国计民生、经济发展中具有重大意义

  • 大功率电力电子变频器是国家重大技术装备的关键设备;

  • 变频装置是电能变换与信息控制的关键环节;

  • 变频技术是节能环保、高端装备制造、新能源和新能源汽车等四个国家发展战略新兴产业的核心技术;

 

 

五 导师队伍

目前,该学科领域有6名教授/研究员,8名副教授,其中博士生导师2名。

电气工程教学团队为北京市优秀教学团队。电动汽车团队为北京市学术创新团队。

 

姓  名

年龄

职  称、学历

毕业学校

专业、方向

1

李正熙

57

教  授、博士

北京科技大学

电气工程、控制工程

2

张卫平

56

教  授、博士

浙江大学

电力电子技术及应用

3

孙  力

45

研究员、博士

中科院自动化所

电动汽车驱动技术

4

陈亚爱

51

教  授、硕士

同济大学

电机拖动

5

樊生文

44

教  授、硕士

北方工业大学

电气工程

6

孟庆海

42

研究员、博士

中国矿业大学

电气工程

7

周京华

37

副教授、博士

西安交通大学

电力电子技术

8

杨立永

36

副教授、博士

北京科技大学

电气传动、矢量控制

9

蒋正荣

40

副教授、博士

清华大学

电抗器、电磁兼容

10

梅  杨

32

副教授、博士

清华大学

电力电子、矩阵变换器

11

张永昌

31

副教授、博士

清华大学(海归)

变频技术

12

刘丛伟

34

副教授、博士

清华大学(海归)

电气工程

13

张海峰

33

副教授、博士

清华大学

电气工程

14

赵仁涛

39

副教授、硕士

北京科技大学

电力传动、调节器

15

温春雪

33

讲  师、博士

中科院电工所

电力电子、风力发电

16

张  虎

35

讲  师、博士

北京科技大学

电气传动

17

朴政国

34

讲  师、博士

韩国朝鲜大学(海归)

光伏发电

18

胡长斌

31

讲  师、博士

北京科技大学

控制工程





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