「礦山超大功率提升機全系列變頻智能控制技術與裝備」項目

今年年初,國家科學技術獎勵大會上,由中國礦業大學電氣與動力工程學院譚國俊教授等參與完成的

“礦山超大功率提升機全系列變頻智能控制技術與裝備”獲國家科學技術進步獎二等獎

“礦山超大功率提升機全系列變頻智能控制技術與裝備”項目

升級勢在必行

我國礦山主要採用井工開採方式,礦井井筒是礦山生產的咽喉,提升機擔負著礦井人員物資礦產品提升運輸的大型關鍵機電裝備,提升機調速控制系統安全可靠性高、調速性能好、能耗低對礦山的安全生產與經濟運行具有極其重要的意義。

“礦山超大功率提升機全系列變頻智能控制技術與裝備”項目

過去我國大功率提升機變頻控制設備全部採購國外產品,存在振動大、諧波重、功率因素低、採購及後期維護費用高等問題,為改變這種狀況,項目團隊歷經多年努力,研製開發出具有自主知識產權的,礦山超大功率提升機全系列變頻智能控制系統。設備性能超越國外同類產品,迫使國外產品大幅降價,降低礦山提升機控制系統採購成本,振興和發展了民族工業,成果符合中國製造2025互聯網加的發展戰略。

產學研科技創新

礦井提升機是礦山生產的核心技術裝備,大功率、大載荷、自動化、智能化是礦井提升設備的發展方向。中國礦業大學、中國平煤神馬能源化工集團有限責任公司、開灤(集團)有限責任公司等7家單位針對國內礦井提升設備電力驅動和控制系統存在的功率小、效率低、振動大、諧波重和自動化水平低等問題,產學研結合研發了“礦山超大功率提升機全系列變頻智能控制技術與裝備”。

“礦山超大功率提升機全系列變頻智能控制技術與裝備”項目

項目取得的主要創新研究成果:

1、提出了變頻驅動的大功率同步電機、鼠籠電機、繞線電機模型預測、非線性控制等關鍵控制算法,提高了電機控制的動、靜態性能,提升機全系列電機重載平穩啟動、寬範圍精確調速調整,控制精度、定位精度、噪聲和振動抑制優於國外同類產品。

2、提出了整流器無網側電動勢傳感器電網優化接入,低開關頻率整流器柔性啟動、無損耗抑制諧波最優控制等關鍵控制算法,解決了系統智能電網回饋和快速電器問題,具有網側高功率因素、低諧波的優良性能,消除了系統對電網的無功衝擊,滿足綠色變頻要求。

“礦山超大功率提升機全系列變頻智能控制技術與裝備”項目

3、提出了超大功率多電平變換器本體安全架構

,研究了變流器全局熱源均衡控制、疊層母線設計、電磁兼容設計和電氣閉鎖保護及單元化、模塊化功率增容方案,研製出中壓超大功率三電平高功率密度系列變頻器,並聯容量可達24MW。

4、提出了提升機容器懸停及鋼絲繩張力控制算法,解決了起停車的衝擊蠕動、重載倒轉和鋼絲繩彈性變形引起的容器回彈等安全隱患。

5、研發了基於物聯網的4M遠程故障預測診斷系統,形成了一整套提升機控制系統安全保護及解決方案,為智能礦山和提升機無人化運行提供了技術保障。

該項成果核心技術為自主研發,擁有完全自主知識產權,已獲得國家發明專利29件(含PCT專利3件),獲軟件著作權10件,各項技術指標均達到國際先進水平,部分指標處於國際領先

“礦山超大功率提升機全系列變頻智能控制技術與裝備”項目

推廣應用,引領潮流

項目成果綜合技術水平,引領當今礦山提升機控制領域發展潮流,成果為我國未來進軍礦山的開採提供重要技術儲備,大功率變頻智能控制技術可廣泛應用於軋機轉動,艦船推進、機車牽引,新能源發電、風洞驅動和國防領域,有助於提高工業和國防現代化水平,是“中國製造”在礦山大型機電裝備領域的典型代表。

該項成果已推廣應用到河南、河北、山東、山西、寧夏、安徽、貴州、黑龍江等產煤大省的數十個礦區,裝備於數百臺提升機,取得了顯著的經濟和社會效益,具有廣闊的推廣應用前景。


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