电力电子节能技术与装备实验室
1. 概况
西华大学电力电子节能技术与装备四川省高等学校重点实验室成立于2013年,致力于电力电子节能技术的研究。 2008年,本学科成为了四川省“电力电子与电力传动” 重点学科。实验室紧密结合国家能源改革、西部地区电力电子行业和装备发展重大需求,致力于为推动地方经济发展技术支撑并力争科技引领,重点发展高效节能技术产品,积极发展先进环保技术装备和产品,加快资源循环利用关键共性技术研发和产业化。结合本学科特色,凝聚一流人才,培养电力电子复合型人才,整合交叉协同团队,成为有国内影响力的电力电子学科创新基地。围绕上述总体目标,紧紧围绕以下方向开展科学研究:
(1)新能源变换技术研究
主要内容有光伏发电及并网技术、风力发电和并网技术和分布式微网管控技术。
(2)工业装备节能技术研究
主要内容有电能质量分析及有源电力滤波、新型高功率因数整流技术、大功率PWM电源技术和高频感应加热新技术。
(3)智能化电器设备与节能技术研究
主要内容有高压开关(包括交流断路器、直流断路器等)、非常规电子式互感器和电气设备的在线监测与故障诊断研究。
(4)电机驱动及控制技术研究
主要内容有新型异步电机、新型永磁同步电机(PMSM)技术、伺服电机、同步电机和开关磁阻电机等节能型电机研究及新型电机的先进驱动技术。
通过持续研究在大型贯流式水轮发电机阻尼系统故障抑制关键技术、超高速机械开关的基础理论及系统集成、梯级水光蓄互补电站联合运行控制与智能调度、新能源电动汽车车载电源关键技术等方面取得具有原创性成果,培养了一批基础宽厚、学术水平高、具有国际视野和创新能力的优秀人才,并成为有鲜明特色和重要影响力的电力电子与装备科学研究基地。
2. 实验室设
实验室拥有各类型设备200余台套,总价值1500余万元。大型设备主要包括新能源微电网发电平台,ADPSS电力系统仿真系统,电力电子半实物仿真研究平台,电机与拖动综合研究平台,电力电子器件特性分析平台,电磁兼容分析平台、高电压实验平台以及高性能探头、示波器、功率分析仪器等。广泛服务于新能源技术研发、电力系统自动化、电力驱动变换、电力电子器件、电力引发森林火灾防治等领域的科研和教学工作,每年使用时间不低于600小时。同时实验室设备每年对外开展科普教育服务2000余人次,承接企业培训50余人次,充分发挥重点实验室的开放职能,社会反响良好。
(1)电力电子基础设备装置
功率器件测试仪 LCR测试仪
直流电源 电子负载
动力电池测试仪 回收式电网模拟电源
(2)RT-LAB仿真平台
RT-LAB是由加拿大Opal-RT 推出的一套工业级的系统平台软件包,可以直接将利用MATLAB/Simulink建立的动态系统数学模型应用于实时仿真、控制、测试以及其它相关领域。
快速控制原型验证(RCP) 硬件在环测试(HIL)
(3)新能源微网平台
新能源微电网平台主要由能量管控平台、光伏发电单元、直驱风力发电单元、双馈风力发电单元、燃气轮机发电单元、储能单元及负载单元构成。可开展分布式电源变换控制技术研究、微电网能量管理控制技术研究、微网电能质量优化、微网保护技术、协调控制技术、孤岛运行控制等领域的研究。
平台实景
3. 实验室成员
序号 | 姓 名 | 最后 学位 | 现从事 专业 | 技术 职称 | 在实验室 工作期限 |
1 | 王军 | 博士 | 电气工程 | 教授 | 2013-至今 |
2 | 雷霞 | 博士 | 电气工程 | 教授 | 2013-至今 |
3 | 曹太强 | 博士 | 电气工程 | 教授 | 2013-至今 |
4 | 范镇南 | 博士 | 电气工程 | 教授 | 2015-至今 |
5 | 黄涛 | 博士 | 电气工程 | 教授 | 2017-至今 |
6 | 方春恩 | 博士 | 电气工程 | 教授 | 2013-至今 |
7 | 张彼德 | 博士 | 电气工程 | 教授 | 2013-至今 |
8 | 阎铁生 | 博士 | 电气工程 | 副研究员 | 2015-至今 |
9 | 王涛 | 博士 | 电气工程 | 副教授 | 2017-至今 |
10 | 夏焰坤 | 博士 | 电气工程 | 副教授 | 2015-至今 |
11 | 宋潇潇 | 博士 | 电气工程 | 副教授 | 2013-至今 |
12 | 李艳玲 | 博士 | 电气工程 | 副教授 | 2017-至今 |
13 | 陈海川 | 博士 | 电气工程 | 副教授 | 2013-至今 |
14 | 邱晓初 | 博士 | 电气工程 | 副教授 | 2013-至今 |
15 | 孙章 | 硕士 | 电气工程 | 高级实验室 | 2013-至今 |
16 | 杨帆 | 硕士 | 电气工程 | 实验室 | 2013-至今 |
17 | 王爱民 | 博士 | 电气工程 | 讲师 | 2020-至今 |
18 | 林轩 | 博士 | 电气工程 | 讲师 | 2020-至今 |
4. 近五年承担的主要科研项目
序号 | 课题名称 | 负责人 | 起止时间 | 经费(万元) | 类别 |
1 | 分布式光伏与梯级小水电互补联合发电技术研究及应用示范-梯级水光蓄互补电站联合运行控制与智能调度系统 | 王军 | 2018-07-01至 | 56.53 | 国家科技支撑计划 |
2 | 大脑启发的膜计算模型及学习机理构建 | 王军 | 2021-01-01 至2024-12-31 | 58 | 国家自然科学基金 |
3 | 基于动态复杂网络理论的含拓扑物理及运行特性的大规模复杂电网脆弱性评估 | 黄涛 | 2019-01-01 至2022-12-31 | 57 | 国家自然科学基金 |
4 | 基于脉冲神经膜系统的智能输电网故障诊断模型及其自动设计方法研究 | 王涛 | 2018-01-01 至2020-12-31 | 25 | 国家自然科学基金 |
5 | 基于同步开关技术的空载变压器励磁涌流和过电压抑制关键问题研究 | 方春恩 | 2015-01-01 至2018-12-31 | 81 | 国家自然科学基金 |
6 | 基于多物理场耦合分析与逆问题优化设计的灯泡贯式流机组极靴表面烧蚀故障研究 | 范镇南 | 2017-01-01 至2019-12-31 | 22 | 国家自然科学基金 |
7 | 基于虚拟能量总线的非对称结构无线电能传输系统能量分享方法 | 李艳玲 | 2020-01-11 至2023-12-31 | 59 | 国家自然科学基金 |
8 | 智能电动阀门研制及产业化 | 曹太强 | 2018-03-22至 2019-12-31 | 80.5 | 省经信厅项目 |
9 | 城市轨道交通杂散电流智能化监测与防护系统研制及其产业化 | 王军 | 2019-10-31至今 | 72 | 省经信厅项目 |
10 | 光伏离网新一代智能阀门电动执行器研制及产业化 | 曹太强 | 2017-01-09至 2021-05-28 | 60 | 省经信厅项目 |
11 | 新一代高端变频正弦波恒流助航调光电源系统研制及其产业化 | 王军 | 2019-03-01 至2020-12-31 | 52.5 | 省经信厅项目 |
12 | 等离子燃煤点火电源系统研制及产业化 | 阎铁生 | 2017-12-01 至2018-12-31 | 50 | 省经信厅项目 |
13 | 新能源汽车高性能电子油泵电机研制及产业化 | 宋潇潇 | 2022-01-01 至2023-12-31 | 30 | 省科技厅项目 |
14 | 多种新能源发电及应用科普互动展示平台研制 | 孙章 | 2017-01-01 至2017-12-31 | 30 | 省科技厅项目 |
15 | 水产养殖智能“底排污”关键技术研发 | 林轩 | 2022-01-01 至2024-12-31 | 20 | 省科技厅项目 |
16 | 高原长大坡道川藏铁路牵引供电系统动态运行关键技术研究 | 夏焰坤 | 2020-01-01 至2021-12-31 | 20 | 省科技厅项目 |
17 | 面向能源互联网的终端用户智能能量管理系统 | 王军 | 2019-01-01 至2020-12-31 | 20 | 省科技厅项目 |
18 | 基于区域综合能源系统优化运行的主动配电网扩展规划关键技术研究 | 雷霞 | 2019-01-01 至2020-12-31 | 20 | 省科技厅项目 |
19 | 灯泡贯流式水轮发电机转子过热故障机理分析与防范优化研究 | 范镇南 | 2018-01-01 至2019-12-31 | 20 | 省科技厅项目 |
20 | 智能水利水电成套装备研制及应用——课题二:太阳能提灌系统研究与应用 | 阎铁生 | 2017-01-02 至2019-06-30 | 120 | 成都市科技局项目 |
5. 近五年主要研究成果
序号 | 成果 类型 | 成果名称 | 完成人 | 成果简述 |
1 | 科技奖励 | 大型贯流式水轮发电机阻尼系统健康状态优化关键技术及应用(四川省科技进步二等奖) | 范镇南 | 本成果针对大型贯流式水轮发电机阻尼条过热损坏、空载电压波形恶化等阻尼系统严重故障,率先突破了上述故障多物理场分析与针对性防治设计的技术瓶颈,消除了其非接触实时监测技术短板。 |
2 | 科技奖励 | 大型贯流式水轮发电机阻尼系统故障抑制关键技术及应用(中国机械工业科学技术奖科技进步三等奖) | 范镇南 | 创建了阻尼条过热断条等故障的多物理场耦合分析模型,提出了防治设计方法,研发出监测预警装置 |
3 | 论文 | Improving the polarisation and depolarisation current measuring method to avoid ground wire interference. IEEE High Voltage , 2022.(SCI 1区) | 杨帆 | 提出一种使用高压等电位皮安表从高压侧测试极化去极化电流(PDC)的方法,以避免传统PDC测量过程中,接地线受到工业现场1μA以上电流的严重干扰。设计了具有多量程自动切换功能的检测装置,可检测1pA至10mA范围内的电流其最小分辨率为1pA。 |
4 | 论文 | Coordinated Planning of Fast Charging Station and Distribution Network Based on an Improved Flow Capture Location Model. Journal of Power and Energy Systems. 2022(6): 1-11. (SCI 2区) | 萧士渠,雷霞,黄涛,王湘 | 提供了一个随机二层优化的模型确定电动汽车快充站配置和配电网规划的协调优化方案。提出一种新的序贯截流选址模型以进行快充站定位,模型中考虑了负荷的不确定性。 |
5 | 论文 | Spiking neural P systems without duplication. Information Sciences, 2022(612):75–86. (SCI 1区) | 孙章,宋潇潇 | 通过移除复制功能,提出一种不带复制功能的新型脉冲神经P系统。在系统中,某神经元触发后,只有一个后续神经元能收到信号。文章验证了该类系统在计算数和函数方面的能力,证明其具有和图灵机等价的计算能力。 |
6 | 论文 | Study on the estimation of harmonic impedance based on Bayesian optimized Gaussian process regression. International Journal of Electrical Power and Energy Systems, 2022(142). (SCI 2区)
| 夏焰坤,唐文张 | 系统谐波阻抗是评价谐波发射水平和分配谐波责任的关键参数。为了解决背景谐波不同时谐波阻抗的计算问题,提出了一种基于贝叶斯优化高斯过程回归(O-GPR)的谐波阻抗计算方法。谐波阻抗计算方法基于公共耦合点(PCC)处的谐波电压和谐波电流,采用高斯过程回归的贝叶斯优化方法计算系统的谐波阻抗。分析了该方法在不同背景谐波下的精度,并通过误差比较分析评价了其鲁棒性。实例分析进一步验证了该方法的有效性,为实际工程应用提供了思路。 |
7 | 论文 | A novel fault diagnosis method of smart grids based on memory spiking neural P systems considering measurement tampering attacks. Information Sciences: 2022(596):520-536. | 王涛.刘伟 | 本文提出了一种基于记忆脉冲神经P系统的新型故障诊断方法,它可以区分由测量篡改攻击引起的假故障。该方法由三个模块组成,分别具有可疑故障段检测、测量篡改攻击识别和故障诊断功能。 |
8 | 论文 | Spiking neural P systems with autapses. Information Sciences: An International Journal, 2021(819):570-570.(SCI 1区) | 宋潇潇 | 文章将细胞生物学中发现的自突触引入到脉冲神经P系统中,提出一种新型的P系统。文中通过理论推导和仿真实验证明了具有自突触的P系统在生成数和计算函数方面的通用性,具有和图灵机等价的计算能力。 |
9 | 论文 | Spiking Neural P Systems with Delay on Synapses. Int J Neural Syst. 2021 Jan;31(1):205004(SCI 1区) | 宋潇潇,彭宏 | 通过考虑轴突和树突的长度以及脉冲信号的传输速度,文章将延迟引入到脉冲神经P系统中,提出一种带突触延迟的新型P系统。文中通过理论推导和仿真实验证明了具有该系统在生成数和计算函数方面的通用性。 |
10 | 论文 | The mechanical, vibrational and thermodynamic properties of glassceramic lithium thiophosphates Li4P2S6. Journal of Alloys and Compounds. 2020(819)(SCI 期刊) | 陈海川, 洪涛 | 文章通过建模分析了锂离子全固态电池中固态电解质Li4P2S6材料的机械、振动和热力学等特性,研究成果为该新型材料在固态电池领域的推广应用奠定了理论和数据支撑。 |
11 | 论文 | A weighted corrective fuzzy reasoning spiking neural P system for fault diagnosis in power systems with variable topologies. Engineering Applications of Artificial Intelligence. 2020(92) | 王涛,魏夏光 | 本文研究了基于实数的加权纠错模糊推理脉冲神经P系统 (rWCFRSNPSs) 的电力系统故障诊断。在提出的图形化的故障诊断方法FD-WCFRSNPS中,提出了rWCFRSNPS来模拟故障与警告信息之间的逻辑关系。还开发了一种基于rWCFRSNPSs的分层建模方法以适应电力系统的拓扑变化,并设计了一种基于因果网络的时序信息处理方法来纠正故障报警信息。 |
12 | 论文 | Small Universal Asynchronous Spiking Neural P Systems with Multiple Channels. Neurocomputing. 2020(378): 1-8(SCI 2区) | 宋潇潇,彭宏 | 在异步环境下,激活的神经元可以保持不触发。文件研究了多通道P系统在异步环境下的计算能力,验证了其在计算数和函数方面的能力,证明该系统具有和图灵机等价的计算能力。 |
13 | 论文 | Interval-valued fuzzy spiking neural P systems for fault diagnosis of power transmission networks. Engineering Applications of Artificial Intelligence. 2019(82):102-109. (SCI 1区) | 王军 | 本文针对电力系统故障诊断中的不确定性问题提出了一种基于区间值模糊脉冲神经P系统(IVFSNP)的模糊推理算法,该IVFSNP系统能够描述与电力系统配套的监控和数据采集系统发出的不完整和不确定的故障信号,从而准确、有效地诊断输电网络中地故障区段。 |
14 | 论文 | Establishment of effective biomarkers for depression diagnosis with fusion of multiple resting-state connectivity measures. Front Neurosci. 2021(15): 729958. (SCI 2区) | 李艳玲 | 文章使用独立成分分析来定义三重网络,并使用静态功能连接性(RSFCs)、动态因果建模(DCM)测量的有效连接性(EC)和滑动窗口法测量的动态功能连接度(dFC)建立三重网络子成分之间的功能交互。 |
15 | 论文 | 一种新型不对称三相准四电平四桥臂逆变器及abc坐标系下三维空间矢量脉宽调制算法。中国电机工程学报, 2021(41): 2844-2855. | 邱晓初 | 一种新颖的三相准四电平四桥臂逆变器拓扑结构及其空间矢量脉宽调制算法,不需要钳位二极管或飞跨电容,简化结构并节约成本。相较于传统三电平逆变器,其输出谐波含量及开关频率更低,且转换效率提高近2%。 |
16 | 论文 | 地震灾害下配电网的脆弱性分析及弹性提升措施. 电网技术, 2021(45): 3674~3680 | 郑国鑫,雷霞 | 根据地震动参数衰减方程估算配网区域地震动强度,结合配电设备脆弱性模型计算受损设备比例,利用复杂网络理论评估网架受损程度,从而进行地震后的配网风险评估,以辨识配网薄弱点供灾前预防。 |
17 | 论文 | 一种一次侧控制的Buck-Flyback单级功率因数校正变换器LED驱动电路. 电工技术学报, 2019, 34(16):11. | 阎铁生,李明洪 | 文章研究了一种一次侧控制的Buck-Flyback单级功率因数校正(FCP)变换器LED驱动电路。该LED驱动电路无需使用光耦和二次电流采样电路,仅使用一个开关管和一个控制器,就能够实现高功率因数、高效率、低成本和无频闪。 |
18 | 论文 | 基于三相联动断路器的空载变压器选相关合. 高电压技术, 2020(3):8. | 方春恩,曾俊龙 | 研究了基于三相联动断路器的空载变压器合闸暂态过程中铁芯动态磁通的变化规律,并提出针对三相联动断路器的选相关合策略;基于PSCAD/EMTDC软件对所提选相关合策略进行仿真,仿真结果证明了此技术的有效性;搭建动模试验平台,对空载变压器进行了随机关合、选相关合试验。 |
19 | 论文 | 三相交错并联双向DC-DC变换器动态休眠控制策略. 电工技术学报, 2020, 35(15):10. | 曹太强, 王朝强 | 文章研究了三相交错并联双向DC-DC变换器工作时开关器件长时间处于导通关断的状态导致其工作寿命缩短的问题,提出了一种相应的动态休眠控制策略。相比传统双闭环控制策略,各个开关器件均处于动态休眠状态,有效地延长了开关器件和变换器工作寿命。 |
20 | 论文 | 基于短路电流法的温差发电最大功率点跟踪控制(电工技术学报. 2020,35(02):318-329) | 王军,阎铁生,陈亮 | 提出一种新的温差发电短路电流最大功率点跟踪控制算法,推导出根据电感电流瞬时值及其斜率估算温差片短路电流的方法,使用PI控制器将电感电流有效值控制在短路电流的一半,从而实现最大功率点跟踪。 |