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1. 痛點(diǎn)問(wèn)題 由于絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）具有驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、開(kāi)關(guān)速度快并且損耗小、飽和壓降低、耐壓高、電流大等優(yōu)點(diǎn)，在柔性直流電網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)有的MMC換流閥裝備均是采用IGBT開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行設(shè)計(jì)。事實(shí)上，IGBT于二十世紀(jì)八十年代初誕生，在九十年代得到飛速發(fā)展。然而傳統(tǒng)的焊接式IGBT容量較小、可靠性較低且失效后呈斷路特性，因此早期的IGBT主要應(yīng)用于中低壓領(lǐng)域，直至壓接式IGBT誕生之后才開(kāi)始在高壓、大功率電力電子換流器當(dāng)中得到應(yīng)用。IGBT器件的容量從最早的600V/6A級(jí)別逐漸提升，迄今為止已經(jīng)達(dá)到了4.5kV/3kA的水平。IGCT誕生于1996年，由于其核心GCT芯片是由晶閘管改進(jìn)而來(lái)，因此天然具備晶閘管大容量、高可靠性的特點(diǎn)。IGCT器件在2000年便已經(jīng)達(dá)到了4.5kV/4kA的水平，相比之下壓接式IGBT直至2012年才達(dá)到相同的功率等級(jí)，隨著六英寸IGCT器件在未來(lái)投入使用，IGCT在容量上仍將對(duì)IGBT保持較大優(yōu)勢(shì)。 另外，盡管IGBT優(yōu)勢(shì)突出，但是相比電流型器件，仍然存在通態(tài)壓降大、可靠性低、制造成本高等問(wèn)題，具有很多改進(jìn)的空間。尤其是在海上風(fēng)電柔性高壓直流輸電系統(tǒng)中，所使用的開(kāi)關(guān)器件數(shù)量非常大，若能改進(jìn)IGBT器件的特性，進(jìn)一步提高效率和可靠性、減小成本，將會(huì)具有巨大的吸引力和應(yīng)用前景。 2. 解決方案 模塊化多電平變換器（MMC）的多電平調(diào)制大幅降低了功率器件開(kāi)關(guān)頻率，為集成門(mén)極換流晶閘管（IGCT）的應(yīng)用帶來(lái)了契機(jī)。相比IGBT，IGCT的通態(tài)壓降和成本可降低達(dá)到1/3以上，并且IGCT具有非常強(qiáng)大的浪涌電流、短路失效和防爆能力，無(wú)需增加輔助電路便可實(shí)現(xiàn)冗余和防爆，確保柔直輸電系統(tǒng)免維護(hù)的高可靠需求。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)更高電壓、更大功率、更高效率和可靠性的柔性直流輸電系統(tǒng)具有重要意義和廣闊的應(yīng)用前景。

傳統(tǒng)PZT壓電陶瓷應(yīng)用廣泛，但在居里溫度較低，環(huán)境溫度較高時(shí)，PZT陶瓷樣品極易退極化。隨著壓電材料的應(yīng)用范圍的進(jìn)一步拓展，一些極端條件對(duì)壓電陶瓷的應(yīng)用提出了新的挑戰(zhàn)。北京大學(xué)工學(xué)院實(shí)驗(yàn)室利用高居里點(diǎn)的鈧酸鉍 - 鈦酸鉛壓電陶瓷制備了基于 d31模式和d33模式的應(yīng)用于高溫環(huán)境中的壓電振動(dòng)能量回收器，器件可以穩(wěn)定地工作在 150℃以上的高溫環(huán)境中。高溫下由于電疇被活化，器件的壓電系數(shù)和相應(yīng)的輸出功率比室溫時(shí)提高一倍以上。 與壓電能量回收器不同的是，壓電驅(qū)動(dòng)器是一種利用壓電效應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能實(shí)現(xiàn)納米級(jí)驅(qū)動(dòng)的器件，壓電驅(qū)動(dòng)器利用壓電材料的準(zhǔn)靜態(tài)逆壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)10微米至100微米的微小位移；同時(shí)，還可以利用壓電陶瓷的高溫諧振動(dòng)效應(yīng)制備高溫壓電馬達(dá)。

產(chǎn)品詳細(xì)介紹    

一種軌道交通車(chē)輛制動(dòng)能量氣動(dòng)回收再利用裝置，屬于軌道交通車(chē)輛技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型由安裝在 車(chē)輛轉(zhuǎn)向架車(chē)軸上的凸輪，安裝在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上的其余部件組成。其中凸輪、滾子和氣缸活塞桿構(gòu)成凸輪 機(jī)構(gòu)，將車(chē)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為氣缸活塞桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；排氣單向閥、吸氣單向閥連接在氣缸的無(wú)桿側(cè)，在氣缸活塞桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)排氣和吸氣功能，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氣壓能。該裝置能夠?qū)⒅苿?dòng)能直接回 收成氣壓能，以供車(chē)輛系統(tǒng)使用。

利用三維高結(jié)晶度的Bi納米結(jié)構(gòu)抵消儲(chǔ)能轉(zhuǎn)換反應(yīng)引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力，成功構(gòu)筑了首款可充放的Ni//Bi電池（Adv. Mater., 2016, 28, 9188–9195．）。為了進(jìn)一步提高鎳鉍電池的能量密度和壽命，該團(tuán)隊(duì)在前期基礎(chǔ)上最近通過(guò)原位活化的策略制備了一種高載量的三維多孔的鉍-碳復(fù)合材料，作為水系鎳鉍電池的高性能負(fù)極材料。這種多孔氮摻雜的碳三維結(jié)構(gòu)不僅可以實(shí)現(xiàn)高載量鉍的均勻負(fù)載，而且可以提供快速的電子傳輸和離子擴(kuò)散的通道，有利于提高電極的容量和倍率性能。因此，制備的鉍-碳復(fù)合電極具有很好的潤(rùn)濕性和活性面積，表現(xiàn)出較高的容量（2.11 mAh cm-2和166.2 mAh g-1）和優(yōu)異的倍率性能（2.11 mAh cm-2和120 mA cm-2）。更重要的是，基于這種鉍-碳復(fù)合材料為負(fù)極，Ni-NiO為正極組裝的柔性鎳鉍水系可充放電池具有很高的能量密度（16.9 mWh cm-3）和出色的循環(huán)壽命（充放電5000次后仍有94%的容量保持率），優(yōu)于很多研究報(bào)道的水系電池。

汽車(chē)在制動(dòng)時(shí)，一般利用車(chē)輪制動(dòng)器將汽車(chē)的勢(shì)能和動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，車(chē)輪制動(dòng)器是根據(jù)摩擦原理制成的；在汽車(chē)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)器的熱負(fù)荷非常大，使得制動(dòng)鼓（盤(pán)）的溫度大幅度升高，從而使摩擦因數(shù)下降、磨損加大，結(jié)果使制動(dòng)器失去或部分失去制動(dòng)效能。部分大中型商用車(chē)安裝的非摩擦原理的電渦流緩速器或液力緩速器能降低制動(dòng)器的熱負(fù)荷，但還沒(méi)有制動(dòng)能量回收的功能；電渦流緩速器還需要?jiǎng)?lì)磁，額外消耗電能。本專利設(shè)計(jì)的制動(dòng)能量回收裝置利用發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)出的電能給蓄電池充電，回收制動(dòng)能量，當(dāng)汽車(chē)制動(dòng)至較低車(chē)速時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速

本課題從能源互聯(lián)網(wǎng)自下而上構(gòu)建開(kāi)放互聯(lián)、對(duì)等分享的新型能源電力基礎(chǔ)設(shè)施的需求出發(fā)，提出能源路由器是能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵裝備。借鑒互聯(lián)網(wǎng)的理念、技術(shù)、方法和架 構(gòu)，能源路由器效仿信息網(wǎng)絡(luò)路由器，以實(shí)現(xiàn)能量交換能像信息分享一樣便捷。借助電力電 子、儲(chǔ)能以及信息通信技術(shù)的發(fā)展，本課題結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)用戶需求側(cè)能量交換與互聯(lián)的需 求，研制低壓小容量能源路由器。清華大學(xué)在國(guó)內(nèi)較早開(kāi)始開(kāi)展能源互聯(lián)網(wǎng)方面的研究工作，提出了能源互聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)、 關(guān)鍵技術(shù)，并開(kāi)展能源路由器以及相關(guān)信息通信技術(shù)等方面的研發(fā)工作，并于 2014 年獲得 國(guó)家自然科學(xué)基金委首個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)方面的立項(xiàng)——“能源互聯(lián)網(wǎng)建模、分析與優(yōu)化理論研 究”，目前參與承擔(dān)國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目“能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)研究”“能源互聯(lián)網(wǎng)信息通 信體系架構(gòu)研究”和“全球視角下能源互聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)構(gòu)建理論及情景分析”等直接能源互聯(lián) 網(wǎng)相關(guān)研究。能源路由器是能源互聯(lián)網(wǎng)的核心重大裝備，未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)會(huì)以大量電力電子裝置呈現(xiàn)，電能路由器以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)，電能路由器未來(lái)能替代電力變壓器、電力電子裝備 等，加上隨著新能源和分布式新能源的發(fā)展，新能源的接入成為能源路由器的最大推手，市 場(chǎng)規(guī)模達(dá)到百億以上。

本課題從能源互聯(lián)網(wǎng)自下而上構(gòu)建開(kāi)放互聯(lián)、對(duì)等分享的新型能源電力基礎(chǔ)設(shè)施的需求出發(fā)，提出能源路由器是能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵裝備。借鑒互聯(lián)網(wǎng)的理念、技術(shù)、方法和架 構(gòu)，能源路由器效仿信息網(wǎng)絡(luò)路由器，以實(shí)現(xiàn)能量交換能像信息分享一樣便捷。借助電力電 子、儲(chǔ)能以及信息通信技術(shù)的發(fā)展，本課題結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)用戶需求側(cè)能量交換與互聯(lián)的需求，研制低壓小容量能源路由器。 清華大學(xué)在國(guó)內(nèi)較早開(kāi)始開(kāi)展能源互聯(lián)網(wǎng)方面的研究工作，提出了能源互聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)、 關(guān)鍵技術(shù)，并開(kāi)展能源路由器以及相關(guān)信息通信技術(shù)等方面的研發(fā)工作，并于 2014 年獲得 國(guó)家自然科學(xué)基金委首個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)方面的立項(xiàng)——“能源互聯(lián)網(wǎng)建模、分析與優(yōu)化理論研究”，目前參與承擔(dān)國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目“能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)研究”“能源互聯(lián)網(wǎng)信息通 信體系架構(gòu)研究”和“全球視角下能源互聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)構(gòu)建理論及情景分析”等直接能源互聯(lián) 網(wǎng)相關(guān)研究。裝置的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下： l 能源路由器實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式即插即用的能量交換與路由； l 能源路由器支持多路可擴(kuò)展的新能源和動(dòng)態(tài)負(fù)荷接入； l 能源路由器解決瞬時(shí)平衡的能源互聯(lián)網(wǎng)能量管理； l 能源路由器實(shí)現(xiàn)信息—能量融合的基礎(chǔ)設(shè)施一體化； l 能源路由器在海淀北區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目示范應(yīng)用； 性能參數(shù)： l 研制自治微網(wǎng)能源路由器和小批量實(shí)現(xiàn)，傳輸電壓等級(jí)為低壓 380V，系統(tǒng)容量達(dá) 到百 kVA 級(jí)，響應(yīng)時(shí)間小于 10ms，接入電源類型不少于 2 種，負(fù)荷類型不少于 3 類。 l 能源路由器可實(shí)現(xiàn)基本的能量路由功能，還可提供可擴(kuò)展的工作模式：潮流調(diào)節(jié)模 式（增加有功、無(wú)功統(tǒng)一調(diào)節(jié)；功率因數(shù)達(dá)到 95%以上）和電能質(zhì)量調(diào)節(jié)模式（增加電能質(zhì) 量暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)指標(biāo)的統(tǒng)一調(diào)節(jié)；暫態(tài)電壓補(bǔ)償能力超過(guò) 30%，電流諧波含量小于 5%）。

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于能量快速轉(zhuǎn)移的混合式直流超導(dǎo)限流器， 屬于電工技術(shù)領(lǐng)域。其包括兩個(gè)電感線圈、直流快速開(kāi)關(guān)、旁路電阻、 定值電阻以及金屬氧化物避雷器，兩個(gè)電感線圈并聯(lián)，兩個(gè)電感線圈 由超導(dǎo)導(dǎo)線繞制、其匝數(shù)相同、結(jié)構(gòu)一致、磁通正向耦合，直流快速 開(kāi)關(guān)與超導(dǎo)電感線圈整體串聯(lián)以形成串聯(lián)支路，旁路電阻并聯(lián)在串聯(lián) 支路兩端，定值電阻并聯(lián)在快速開(kāi)關(guān)兩端，兩個(gè)金屬氧化物避雷器分 別并聯(lián)在兩個(gè)電感線圈兩端。本發(fā)明限流器能夠在直流系統(tǒng)正常狀態(tài) 下為輸電線路提供一個(gè)超導(dǎo)態(tài)的沒(méi)有阻性損耗的平波電抗，還能在直 流系統(tǒng)發(fā)生單極接地故障或者兩級(jí)短路故障時(shí)，快速有效地抑制短路 電流峰值，還能保護(hù)超導(dǎo)電感線圈安全穩(wěn)定運(yùn)行。 

項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:本課題從能源互聯(lián)網(wǎng)自下而上構(gòu)建開(kāi)放互聯(lián)、對(duì)等分享的新型能源電力基礎(chǔ)設(shè)施的需求出發(fā)，提出能源路由器是能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵裝備。借鑒互聯(lián)網(wǎng)的理念、技術(shù)、方法和架 構(gòu)，能源路由器效仿信息網(wǎng)絡(luò)路由器，以實(shí)現(xiàn)能量交換能像信息分享一樣便捷。借助電力電 子、儲(chǔ)能以及信息通信技術(shù)的發(fā)展，本課題結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)用戶需求側(cè)能量交換與互聯(lián)的需求，研制低壓小容量能源路由器。