双碳目标下，我国正逐步构建起以新能源为主体的新型电力系统。风电是其中关键一环，发挥着愈加重要的作用。随着风电机组的高度变高，以节省成本为目的进行结构轻量化设计是当前风电发展的必然方向。其中海工基础与风电机组由于设计分工不同，国内一直沿用传统的分离式设计，在塔架底部进行数据交互与迭代设计，导致投资占比增高，设计方法冗余度大，建设阶段成本浪费。如何解决分离式设计的弊端，开发更高效的一体化轻量化设计方法是破局痛点的关键所在。 针对钢制塔筒结构，开展失效型式分析，考察不同参数对钢筒性能的影响；针对海上风电机组基础结构成本高、材料浪费严重的问题，以NREL 5MW海上风电机组的三脚架和导管架基础结构为例开展拓扑优化轻量化设计研究，最终实现结构轻量化设计，得到性能更优，质量更轻的海上风电机组基础结构。 创新点 针对钢制塔筒结构，开展了各类失效型式分析，并考察了设计参数对结果的影响，形成一套钢制塔筒轻量化设计方法。 以5MW海上风电机组模型作为参考模型，将拓扑优化方法引入海上风电机组三脚架和导管架支撑结构的轻量化设计，并进行模态分析、刚强度计算，得到一套在概念设计阶段、考虑结构－载荷耦合效应下海上风电机组三脚架和多导管架的拓扑优化设计及仿真流程。 市场前景 在目前陆上、海上风电机组大型化的趋势下，结构的安全设计、轻量化设计将会成为制约行业发展的一个重要难题，而将拓扑优化及有限元仿真引入风电机组结构设计中可有效解决此类问题。 应用案例 航天万源2MW直驱风电机组塔筒，减重10tons； 5MW海上风电机组三脚架支撑结构，减重276.54tons; NREL 5MW海上风电机组导管架支撑结构，最大位移减少14.89%、最大等效应力减小26.66%。 获奖情况 张承婉、杨晓宇、陈卓；指导教师：龙凯，一带一路暨金砖国家技能发展与创新技术大赛－工程仿真创新设计赛项（研究生组），团体优秀奖 张承婉；指导教师：龙凯，第三届中国工业互联网大赛二等奖 丁文杰，本科生，2020年毕业，论文题目“塔筒法兰螺栓疲劳失效机理和法兰轻量化设计”，校级优秀论文 丁文杰、李泽阳、季元、张承婉；指导老师：廖海涛、龙凯，兆瓦级海上风力发电机组三脚架基础结构设计与强度校核分析APP，第三届中国工业互联网大赛，工业互联网+数字仿真专业赛二等奖 张承婉、陆飞宇、张锦华；指导老师：龙凯，中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛北京赛区一等奖 张锦华，指导老师：龙凯，海上风电机组多导管架的拓扑优化方法研究.2020年北京市普通高校优秀本科毕业设计（论文）

本技术采用电化学技术实时监测钢管桩涂层老化度和阴极保护效率；同时采用膜电阻探针技术监测电子电气系统的大气腐蚀速率，以及风电舱室内的盐雾沉积量，结合远程网络和云服务技术，实现电气装备腐蚀速率、牺牲阳极保护效率和涂层老化状态的长期在线监测，及早发现腐蚀隐患并预警，通过预防性维修和养护，将海上风电腐蚀灾难降低到最低值，提高海上风电基础和电气装备的防腐蚀管理的自动化和信息化水平。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 随着我国海上风电的快速发展和投运，部分海上风电基础生命期已经步入服役中期，海洋环境腐蚀带来的检测、评估、修复问题日益显著，并且随着海上风电场址选择的深远化、技术经济的精益化，对海上风电基础和高、低压电气装备的腐蚀与防护智能化水平提出了更高的要求。 本技术采用电化学技术实时监测钢管桩涂层老化度和阴极保护效率；同时采用膜电阻探针技术监测电子电气系统的大气腐蚀速率，以及风电舱室内的盐雾沉积量，结合远程网络和云服务技术，实现电气装备腐蚀速率、牺牲阳极保护效率和涂层老化状态的长期在线监测，及早发现腐蚀隐患并预警，通过预防性维修和养护，将海上风电腐蚀灾难降低到最低值，提高海上风电基础和电气装备的防腐蚀管理的自动化和信息化水平。

已形成具有自主知识产权的现代大型风力机及海上风力机气动、结构设计与 仿真平台，具有大型风洞和噪声实验室，可开展各类翼型及缩比风力机整机气动 和结构试验。在该领域已团队已处于全国领先水平，一些成果处于世界领先水平。如地震、 台风对风力机气动、结构影响;风电场优化;风/浪模型研究以及数学分形学在 风力机(包括海上风力机及其各类平台)结构、流动控制以及动态仿真分析等。主要成果有:(1)风力机高效获能及流动控制理论研究 (2)极端环境下风力机结构动态影响研究 (3)

本项目针对国内外大规模海上风电场电力并网研究的难点，并依据本研究组已经建立的基于DSP+ARM+FPGA架构的通用分布式控制平台和基于Labview开发的监测平台等先进的技术和工具，从模块化多电平换流器（MMC）动态建模入手，揭示了MMC内部复杂的动态特性并分析了换流器内部动态与外部动态之间的耦合关系，在此基础上提出了通过控制换流器能量来实现内部动态的优化控制，通过优化开关调制序列得到简单有效，适用于实际工程的调制策略，能够降低谐波和损耗。 通过本项目的实施，在探索大规模海上风电场电力并网换流器拓扑和控制策略设计等这一国际新能源接入与并网前沿领域有所进展，为使我国实现清洁的海上风电场电力代替部分化石能源，提高风电并网稳定性和实现“黑启动”向无源网络供电等目标提供技术支持。 在本项目实施过程中，与上海科委合作，利用自主研发的30kW小功率MMC试验样机模拟了应用于海上风电场电力并网的换流器，对提出的优化控制策略进行了实验验证。相关研究成果发表论文6篇，申请国家发明专利2项

本成果是基于新材料和高速激光熔覆的海上风电机组、海洋装备和船舶的长效、环保防腐新技术。针对海上风电机组、海洋装备和船舶的海水腐蚀问题，突破了现有防护期效短（防腐涂料期效一般为1—5年）、涂层易剥落以及涂料中所含有机化合物（VOC）污染环境的局限性，自主开发了激光熔覆用高性能耐蚀合金粉末材料和制备高耐蚀熔覆层的高速激光熔覆系统，利用高速激光熔覆技术在海上风电机组、海洋装备和船舶的重要部件上制备超长寿命（≥50年）的耐蚀熔覆层，从根本上解决重要部件全寿命周期内腐蚀防护问题。该项技术的成熟度达到8级，具备批量生产条件。已获授权发明专利20余项、授权GF发明专利2项。 创新点 1、研发了系列专用于高速激光熔覆的镍基高性能耐蚀合金粉末材料。 2、开发了基于高速激光熔覆的耐蚀层制备技术与装备,防腐层与基体冶金结合（结合强度≥200MPa）。 3、提供了一种长效、环保的腐蚀防护新技术，材料不含VOC及其他有毒化合物，耐蚀寿命≥50年。 市场前景 腐蚀使全球每年损失的钢铁约6000万吨，随着我国海洋经济迅猛发展，我国海洋工程95%的材料都是钢铁或钢筋混凝土，海洋工程防腐已成为发展中急需解决的重要课题。我国已成为世界海洋涂料使用量第一的国家，2010年我国海洋涂料市场规模已超350亿元，海洋涂料的需求量年均增速超过20%。目前防腐涂料作为海上风电机组、海洋装备及船舶应用最广泛的腐蚀防护途径，但存在有效防腐期较短、所含有机化合物污染环境等问题。因此，迫切需要开发防腐效果更好、时效更长、低毒环保的新方法。 应用案例 自2017年以来，成果已应用于船舶水线以下与海水接触的钢板、压载泵大轴、尾舵及其它部件，已有的结果表明，熔覆层完全耐蚀，预计其耐蚀寿命大于50年。 获奖情况 耐蚀新材料与制备技术成果于2021年经过由中国电机工程学会组织、刘振东院士任主任委员的鉴定，鉴定结论为“该项目成果整体技术居国际领先水平”。高耐磨耐蚀新材料与熔覆层的制备关键技术入选“2016中国黑科技百强”。

本实用新型公开了一种用于海上风机基础室内试验研究的多自由度循环加载装置，该装置利用动滑轮和定滑轮组成滑轮系统，结合循环步进电机、弹簧基座以及特殊设计的模型箱、钢框架和法兰盘，通过控制循环步进电机的移动距离和移动速度可以实现任意周期和任何形式的循环加载。此外，改变钢框架与模型箱的连接位置，转动法兰盘，同时利用控制基座底部的万向轮，可以实现任意角度的循环加载。本实用新型易于加工安组装，具有较高的经济性和实用性，可以应用于海上风机基础的室内模型试验研究。

本项目针对大型海上风电场功率外送问题，研究采用基于模块化多电平换流器的柔性多端直流输电系统并网的关键技术问题，从稳态、暂态和稳定性等三个方面深入探究系统的运行与控制特性，揭示系统不稳定性产生机理，提出增强互联系统稳定性的设计原则及镇定措施，攻克柔性多端直流输电系统交、直流故障保护难题，并搭建基于MMC的四端柔性直流输电系统实验平台及风电机组模拟平台，对所提理论进行实验验证。 通过本项目的实施，能够使我国相关技术人员掌握该领域的核心关键技术，为大型海上风电场经MMC-MTDC并网实际工程建设提供人才支撑和理论指导，为使我国柔性多端直流输电技术研究进入国际先进行列打下扎实的基础。 在本项目实施过程中，与国家电网和南方电网紧密合作，充分调研大型风电场经柔性多端直流并网实际工程的运行特性及出现的问题，密切结合理论研究，揭示问题产生原因，提出问题解决方案。本项目所取得的研究成果均已在国内外高水平期刊上发表，共发表论文二十余篇，其中SCI检索4篇，EI检索16篇，申请国家发明专利5项，已授权2项。

 本项目针对大型海上风电场功率外送问题，研究采用基于模块化多电平换流器的柔性多端直流输电系统并网的关键技术问题，从稳态、暂态和稳定性等三个方面深入探究系统的运行与控制特性，揭示系统不稳定性产生机理，提出增强互联系统稳定性的设计原则及镇定措施，攻克柔性多端直流输电系统交、直流故障保护难题，并搭建基于MMC的四端柔性直流输电系统实验平台及风电机组模拟平台，对所提理论进行实验验证。 通过本项目的实施，能够使我国相关技术人员掌握该领域的核心关键技术，为大型海上风电场经MMC-MTDC并网实际工程建设提供人才支撑和理论指导，为使我国柔性多端直流输电技术研究进入国际先进行列打下扎实的基础。 在本项目实施过程中，与国家电网和南方电网紧密合作，充分调研大型风电场经柔性多端直流并网实际工程的运行特性及出现的问题，密切结合理论研究，揭示问题产生原因，提出问题解决方案。本项目所取得的研究成果均已在国内外高水平期刊上发表，共发表论文二十余篇，其中SCI检索4篇，EI检索16篇，申请国家发明专利5项，已授权2项。

技术成熟度：技术突破 本成套设备，以电供暖的各个电暖气为控制对象，以建筑内不同房间不同区域的取暖温度为控制参数，自下而上，组成了由单片机现场控制器（控制室单独使用PLC控制器）、PLC中间层算法控制器、工控机为上位机构成监控界面的DCS控制系统，从而实现分散控制集中管理的控制系统。此系统的目的在于替换传统水暖系统，利用合理科学的软件算法，实现节能、环保、减排的效果。设备兼具教学、实验、科研及实用的功能。 成果技术特点：本套装置由四个单片机组成现场控制器，一个PLC组成的控制室控制器，与中间层面的S7-300PLC控制系统，以及顶层监控层的工控机装置，统一安装到了一个整体的平台上。此平台便于实地集中实验、研究，也有利于集中编程与项目演示。 图1 设备实物图 图2 为智能控制系统电脑操作界面

低频神经调控仪是韩济生院士科研成果，应用高科技手段实现了用数字化神经调控治疗仪器代替传统手针。在疼痛，戒毒，孤独症等多种西医没有很好手段的疾病治疗等方面具有很好的疗效。