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动力系统控制及能量管理技术
01. 成果简介 质子交换膜燃料电池系统具有污染低，排放少，高比功率等优点，在汽车上有着越来越广泛的应用。燃料电池汽车一般包含两个动力源，即燃料电池和动力电池，如何实现两个动力源间最优的功率分配，提高能量利用率和使燃料电池大部分工作在稳态工况下，提高燃料电池的使用寿命，是动力系统控制和能量管理的重点。 针对动力系统控制，提出了一种燃料电池混合动力整车控制方法和基于多信息融合的整车控制方法等。整车控制器通过实施读取车辆状态参数，预测整车需求功率，根据动力电池SOC状态，计算预测未来一段时间内动力电池的目标最优SOC轨迹，同时计算整车的辅助功率等，实现整车目标功率在动力电池和燃料电池之间的优化分配。 针对能量管理，提出了一种燃料电池汽车的热管理系统和基于地理位置信息的能量管理方法等。新型热管理系统采用水冷方式控制燃料电池工作在合适的温度，利用燃料电池工作时产生的热量以及辅助电加热器产生的热量，用于车辆冬季取暖，同时用于锂离子电池在冬季的保温。基于地理位置信息的能量管理方法将车辆的地理位置信息与车辆的功率需求结合起来，通过多时间尺度的通讯，融合马尔可夫模型和动态规划算法，实现了工况预测和最优的能量管理。 同时还针对燃料电池等混合动力汽车，提出了多种网络通讯方法和通讯网络测试系统。提出了基于有限状态机的分布式控制系统、基于时间出发的分布式控制系统CAN网络通讯方法和基于TTCAN的整车通讯网络测试系统等。简化了控制流程设计，通过确立系统节点间信息交互模式可方便的规划各节点间的协同工作，避免网络仲裁和冲突，提高网络安全的实时性和安全性。02. 应用前景 本成果可应用于质子交换膜燃料电池领域。03. 知识产权 本成果涉及10项发明专利。04. 团队介绍 项目团队主要研究方向新能源汽车动力系统，团队成员包括欧阳明高、李建秋、杨福源、王贺武、卢兰光、李希浩、徐梁飞、杜玖玉、韩雪冰、冯旭宁等，课题负责人为李建秋，获得国家技术发明二等奖两项，北京市科学技术一等奖一项、中国汽车工业技术发明一等奖一项，论文发表200余篇。项目团队深度参与了中国新能源汽车的战略规划、科技研发、国际合作、示范考核和产业化推进的全过程，培育出多家学生创业型高科技企业，为中国新能源汽车跻身世界先进行列作出了重要贡献。05. 合作方式 技术许可。06．联系方式 邮箱： zhangyan2017@tsinghua.edu.cn
清华大学
2021-04-13
电动汽车动力驱动系统技术及应用（产品）
成果简介：续流增磁永磁电机是一种复合励磁的直流电动机，兼顾了串励直流电机和他励直流电机的优点。采用稀土永磁和增磁绕组复合励磁方式，转子采用无槽结构，把增磁绕组接在电动机续流回路中，利用续流回路内的电流进行增磁，从而使永磁直流电动机产生复合磁场，产生了全新的自动弱磁调速理念。该系统很好的满足了电动汽车低速增磁增扭、高速弱磁增速的特性需求；而且能在双象限范围内运行，实现电动汽车再生制动；采用高频脉冲调宽（Pulsewidthmodulation,PWM）斩波控制，运行时噪音低。新型续流增磁永磁电动机控制
北京理工大学
2021-04-14
系统级预测性维护及质量提升技术
1.痛点问题
预测性维护（PdM）以资产密集型企业为服务对象，用于确定在役设备状况，预测何时应做维护。只在确有必要时才做维护，比日常或定期进行的预防性维护能节省成本。调查数据显示，引入预测性维护的企业，能够大大节约企业生产成本、带来效益增加、有效提高企业竞争力。预测性维护代表着工业服务化和未来商业模式转变的历史选择。而现有运维技术的低可靠性与高复杂度，以及在此过程中形成的数据孤岛都极大地限制了企业的效率，企业对预测性维护的需求日益强烈。
目前，预测性维护的主要提供商仍仅局限于某几个领域，行业内和行业间的竞争远未充分，市场发展潜力巨大。
2.解决方案
本项目的技术核心是用于系统优化的数学模型和预测算法。项目团队深耕机器学习、大数据算法以及运维调度、鲁棒优化算法，取得了机理与算法之间逻辑耦合的关键技术突破，建立了自主知识产权的系统级智能监测体系及整体性的运维解决方案，为企业提供生产及质量的全面动态优化，其覆盖面广、可靠性高、操作简单、经济效益显著。
合作需求
1）市场资源：轨道交通业、无人驾驶行业、先进制造业等，有实现高质量发展愿望的、旨在增效减负的资产密集型企业市场资源对接；
2）资金：天使轮拟融资500万元，用于完成开发平台的搭建，推出两款拥有自主知识产权的预测性维护产品。
3）其他资源：办公场地、实验场所及设备、人才支持等。
清华大学
2022-07-15
高支模施工安全监测设备及系统成套技术
高支模是工程结构施工中危险性较大的分部分项工程之一，尽管出台了多项管理文件，高支模垮塌事故仍时有发生（2019年发生了5起），造成人员伤亡，因此，研发高支模的施工安全监测设备及系统极为重要，一方面可以对整个施工过程的安全状态予以把控，另一方面可以通过多个工程的监测为模板支撑体系规范编制提供数据支撑。研究团队于2019年3月研发了高支模施工安全监测设备及在线釆集与分析系统，已在多个工程项目中进行试验测试。
南京工程学院
2021-01-12
卫蓝新能源 — 北京卫蓝新能源科技
北京卫蓝新能源科技有限公司是一家专注于混合固液电解质锂离子电池与全固态锂电池研发与生产、拥有系列核心专利与技术的国家高新技术企业，是中国科学院物理研究所清洁能源实验室固态电池技术的唯一产业化平台。公司成立于 2016 年，总部位于北京，在北京房山与江苏溧阳拥有 2 大生产基地，总投资超过 3 亿元。公司融合了电池材料、电芯、系统等领域的高精尖人才，聚焦高能量密度、高安全、高功率、宽温区、长寿命的混合固液电解质电池和全固态电池产品，通过原始创新突破现有技术瓶颈，应用覆盖新能源车船、规模储能、3C 消费、其他行业等领域。公司成立时间 2016 年 8 月 11 日，注册资本金 4520 万元人民币。
中国科学技术大学
2021-04-13
炼铁生产过程伴生能源的整体梯级回收系统
本发明公开了一种炼铁生产过程伴生能源的整体梯级回收系统,包括:包含燃气轮机的高炉煤气燃机发电系统和包含双压余热锅炉的余热回收发电系统;还包括烧结烟气回收系统和冷却热废气回收系统。所述的烧结烟气回收系统将来自烧结机的烧结烟气经除尘器除尘后,在第一引风机的抽吸作用下送入双压余热锅炉;所述的冷却热废气回收系统将冷却热烧结矿后产生的热废气在第二引风机的抽吸作用下也送入双压余热锅炉。本发明系统将烧结工艺显热和炼铁过程伴生的低热值高炉煤气进行整体回收,并且梯级利用,形成完整的、能稳定运行的中低温余热、低热值高炉煤气高效综合利用系统。
浙江大学
2021-04-11
一种能源回收自清洁的垃圾输送系统
本发明公开了一种能源回收自清洁的垃圾输送系统，包括：用于输送垃圾桶升降循环的升降机构，所述升降机构具有环形输送件，环形输送件上间隔布置有多个连接座，每个连接座上转接有所述的垃圾桶；安装在所述升降输送机构两侧并用于保持垃圾桶升降运动姿态的限位轨道，靠近所述升降机构的底部设有无限位轨道作用的垃圾倾倒位；置于各楼层并用于控制垃圾桶在垃圾投放口停止的即停机构；位于所述升降机构下方的垃圾储存箱，用于储存各垃圾桶翻转倒出的垃圾。本发明适用于高层建筑各楼层垃圾的升降输送；节省电梯运输垃圾的功耗，节能减排；减少垃圾处理的人力消耗，降低管理成本。
浙江大学
2021-04-11
基于大数据的能源互联网能量管理系统
随着电网数据规模越来越大，所蕴含的价值也越来越多。清华大学信研院研发了基于机器学习方法的能源互联网能量管理系统，主要功能为对电网的稳定性进行预测和可视化。系 统分为训练部分和预测部分。训练部分通过历史数据进行机器学习，建立一个电压稳定性的 分类器。分类器训练完成后，再对新增的未知数据进行预测。训练部分主要分为特征提取、 类别标记、特征压缩、分类器类型选择。预测部分主要分为分类器数据启动阶段和预测输出 阶段。本系统提出利用机器学习方法对电网电压稳定性进行预测，进一步综合多个节点给出 电网态势感知的评估结果。在训练每一个节点分类器的时候，本系统将特征选取的时段和预 测时间节点拉开，形成一种延时的预测方法，本发明对复杂系统有着更好的还原效果。2 应用说明本系统实施电压稳定性预测的具体步骤为:步骤 1:通过部署在关键测点的同步相角测量单元 PMU 采集电网实时数据，所述 实时数据包含电网中每个关键测点的电压 U、 有功 P、无功 Q、电流 I;分别计算 U 的衍 生量 dU/dt，Q 的衍生量 dQ/dt，电压的变化 量比上无功的变化量的衍生量 dU/dQ，用这 些衍生量作为特征，来表征量的时间变化速 率;步骤 2:对步骤 1 中提取的特征进行数 据降维与压缩;根据特定时刻电压 U 是否恢 复到标准值的 0.8 倍来区分每组样本组是否 稳定，用 0 标记稳定，用 1 标记不稳定;步骤 3:选择分类器，建立一个电压稳 定性的分类器;步骤 4:训练分类器;当分类器训练完 成后，将训练好的参数储存起来;步骤 5:进入预测部分的数据启动阶段， 填充特征矩阵，没有输出;步骤 6:把多个节点的特征按照顺序排列，形成特征矩阵;特征矩阵填充完成后， 根据分类器给出的预测结果;特征时段向前滑动，最初的特征被抛弃，新特征补充在队尾， 分类器持续给出预测结果;步骤 7:每隔一定时间间隔 ，要把新收集来的数据与以前的数据一起，重新回到步骤 4 训练分类器，更新参数。在具体系统搭建过程中，我们充分利用现有机器学习平台。其中 Hadoop 的文件管理系统 HDFS 负责数据存储;Spark 负责模型训练;Storm 负责在线预测;Kafka 负责在 Storm 和Hadoop 之间传递更新后的模型参数。
清华大学
2021-04-11
含虚拟惯量新能源并网系统的区域协同控制
成果围绕互联电网中风电、光储的虚拟同步控制技术展开研究，通过量化评估风电、光储虚拟惯量和区域电网惯量，利用功率跟踪优化、变桨减载以及混合储能，提出了风电、光伏并网系统的惯量及一次调频控制策略。在此基础上，分析含虚拟惯量互联区域电网的暂态稳定机理，研究虚拟惯量与阻尼的多区域协同优化方法，使风电、光储设备兼具为频率、阻尼及功角提供暂态稳定的支撑能力。
创新点
发明风电、光储并网系统的虚拟同步耦合控制技术，建立风机、蓄电池及超级电容与系统频率间的虚拟同步耦合关系，提升高比例新能源并网系统的惯量支撑能力；发明多区域风电、光储虚拟惯量的协同控制优化运行系统，在变惯量控制下，分别构建高比例接入风电、光储区域互联电网的等值模型，掌握惯量、频率调整及低频振荡多重控制目标之间的规律，通过多区域协同惯量控制，提高含高比例新能源电力系统的稳定性。
获奖情况
华北电力大学
2023-07-19
光储一体能源系统研究与开发
本项目针对光伏发电分散式接入电网的模式，设计了对电网友好可控的带储能装置的多端口变换器光储一体能源系统。应用环境有公共建筑、工业厂房和居民家庭等有公共电网的地方，或者无公共电网但有电力需求的地方如偏远山区、海岛等，该光储能源系统能够经过自我调节和控制与大电网互为支撑，向重要负载不间断供电等功能。 本项目成功开发50Kw光储一体能源系统，系统含有光伏端口、电池端口和交流端口，光伏组件通过Boost变换器接入直流母线；蓄电池通过双向DC/DC变换器也接在直流母线上；变换器的交流端口可以接电网，也能为三相负载供电，逆变器采用三相四线制结构，直流母线分裂电容的电压均衡由均压桥臂（S11，S12）平衡。本系统有三大特征：采用双路光伏MPPT输入，使安装在不同方向的光伏阵列最大限度获取太阳能；能量采用直流母线汇聚形式，降低了系统损耗和效率；负载接口分为重要负载和可控负载接口，确保系统维持对重要负载的供电，实现能量的平衡自治。 项目具有重大的科研价值，项目成功实现产品转化，将应用于海南某小区几个单元的供电系统，实现能量自给自足、余电上网模式，开启绿色环保、低碳节能的新用电方式。
上海交通大学
2021-04-13