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践行“智能制造” 智能停车机器人颠覆传统
大学仕 2020-09-21 11:12 361浏览
  “以智能制造为突破口,大力推动两化深度融合”是《中国制造2025》中所提出的重大决策。新一代的信息技术与制造深度融合,正在引发影响深远的产业变革,加大科技创新力度,智能装备、智能工厂等智能制造正在引领制造方式变革,可穿戴的智能产品、智能家电、智能停车机器人系统等智能产品在不断拓展制造业新领域。  随着社会经济发展,人们对生活品质追求日益提高,开车外出已经成为一种常态,而找车位难、停车排队、取车麻烦等烦恼也成为了有车一族的另一种常态。对这种状况,专业从事精密机械装备研发、生产和销售三位一体的上海汇聚自动化科技有限公司抢抓发展新引擎,公司汇聚一批专业高技术人才,并与多所高校建立了产学研合关系,进而掌握了全向移动平台麦克纳姆轮等核心技术,自创了OMV智能全向移动,高精度,高载荷,可扩展的智能设备,自主研发了智能停车机器人等智能产品,结合汇聚研发的自动导航系统、多车自动调度系统和手机APP,实现自动寻找车位、自动停车、自动取车,可适用于新建、改建的各种类型的停车库。  车辆在进入车库后,车主只需要停放在指定位置上即可离开;车主要取车时只需要通过手机预约,机器人则把车“开”回到指定地点。利用安装在停车机器上的自动导航系统,机器人可以通过最优规划来确认路面信息,从而实现机器人在车库最快转运,实现自动泊车。  同时,利用智能停车机器人的智能停车场,由于是机器人全自动作业,车辆在停放过程中更规范,也无需留有过道及上下门的空隙,从而充分利用现有的空间,能够进一步提高停车密度,停放更多的车辆。还可提高存取效率,减轻人工停车和寻车难度。  人工智能技术与机器人技术的结合将改变传统的机器人行业格局,就像智能手机对传统手机的颠覆一样,智能停车机器人同样也颠覆了传统的停车方式,随着停车机器人技术的完善,未来在全球各国这一产业有望得到快速发展,泊车交由机器人之后,不仅免去了在无人驾驶技术尚不完善情况下停车操作的复杂步骤,更为重要的意义是间接提升了停车位资源的合理配置,从而有效缓解城市停车压力,给广大车主提供便捷。(文章来源于机器人在线网)
中国长城成功研制首台半导体激光隐形晶圆切割机,填补国内空白
大学仕 2020-05-19 10:32 539浏览
5月17日,在新冠肺炎疫情防控阻击战取得决定性成果的关键阶段,我国科研领域传来喜讯:在中国长城科技集团股份有限公司旗下郑州轨道交通信息技术研究院和河南通用智能装备有限公司科研人员奋勇攻关、共同努力下,我国首台半导体激光隐形晶圆切割机于5月8日研制成功,填补国内空白,在关键性能参数上处于国际领先水平。我国半导体激光隐形晶圆切割技术取得实质性重大突破,相关装备依赖进口的局面即将打破。 该装备是郑州轨交院与河南通用历时一年联合攻关研发成功,最终实现了最佳光波和切割工艺,开启了我国激光晶圆切割行业发展的序幕。郑州轨交院成立于2017年,几年来,该院围绕自主安全工业控制器、高端装备制造和新一代信息技术突破开展科研创新、技术攻关。尤其是被中国长城旗下公司收购后,郑州轨交院科研创新、事业发展进入新一轮加速发展期。晶圆切割是半导体封测工艺中不可或缺的关键工序。中国长城副总裁、郑州轨交院院长刘振宇介绍,与传统的切割方式相比,激光切割属于非接触式加工,可以避免对晶体硅表面造成损伤,并且具有加工精度高、加工效率高等特点,可以大幅提升芯片生产制造的质量、效率、效益。该装备通过采用特殊材料、特殊结构设计、特殊运动平台,可以实现加工平台在高速运动时保持高稳定性、高精度,运动速度可达500mm/S,效率远高于国外设备。 在光学方面,根据单晶硅的光谱特性,结合工业激光的应用水平,采用了合适的波长、总功率、脉宽和重频的激光器,最终实现了隐形切割。在影像方面,采用不同像素尺寸、不同感光芯片的相机,配以不同功效的镜头,实现了产品轮廓识别及低倍、中倍和高倍的水平调整。该装备还搭载了同轴影像系统,可以确保切割中效果的实时确认和优化,实现最佳切割效果。高端智能装备是国之重器,是制造业的基石,尤其是半导体领域内高端智能装备,在国民经济发展中更是具有举足轻重的作用。专家指出,我国首台半导体激光隐形晶圆切割机研制成功,打破了国外对激光隐形切割技术的垄断,对进一步提高我国智能装备制造能力具有里程碑式的意义。该装备的成功研制也创立了央企、民企共扛使命、资源互补、平台共享、集智创新的新模式,也是央企、民企联合发挥各自优势,通过产学研用相结合,解决国家重大智能装备制造瓶颈问题成功典范。中国长城董事长宋黎定说:“自主安全、核心技术始终是中国长城科研创新的聚焦主题,也是不变的工作主题。在国家发展的关键时期,中国长城的科研人员更要时刻牢记‘将核心技术掌握在自己手里’,牢记‘实践反复告诉我们,关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。只有把关键核心技术掌握在自己手中,才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全’,义无反顾、义不容辞地扛起央企主责,甘做冷板凳,誓当主力军,勇攀核心技术突破高峰,加速解决‘卡脖子’的问题,争做新时代的圆梦人。”郑州轨交院成立于2017年,几年来,该院围绕自主安全工业控制器、高端装备制造和新一代信息技术突破开展科研创新、技术攻关。2019年12月2日,中国长城公告称,其全资子公司北京圣非凡电子系统技术开发有限公司拟用9800.96万元收购关联公司郑州轨交院100%股权。(文章来源于贤集网)
什么是智能仓储系统?
大学仕 2020-03-09 14:28 1050浏览
什么是智能仓储系统?智能仓储系统是由立体货架、有轨巷道堆垛机、出入库输送系统、信息识别系统、自动控制系统、计算机监控系统、计算机管理系统以及其他辅助设备组成的智能化系统。系统采用一流的集成化物流理念设计,通过先进的控制、总线、通讯和信息技术应用,协调各类设备动作实现自动出入库作业。 大学仕技术对接平台的专家介绍: 建立一个智能仓储系统需要物联网的鼎力支持,现代仓储系统内部不仅物品复杂、形态各异、性能各异,而且作业流程复杂,既有存储,又有移动,既有分拣,也有组合。因此,以仓储为核心的智能物流中心,经常采用的智能技术有自动控制技术、智能机器人堆码垛技术、智能信息管理技术、移动计算技术、数据挖掘技术等。之于上面的这些情况物联网的应用可以化繁为简,大大提高整个物流配送的效率。 智能仓储系统是智能制造工业4.0快速发展的一个重要组成部分,它具有节约用地、减轻劳动强度、避免货物损坏或遗失、消除差错、提供仓储自动化水平及管理水平、提高管理和操作人员素质、降低储运损耗、有效地减少流动资金的积压、提供物流效率等诸多优点。 智能仓储特点: 实现仓库的信息自动化、精细化管理,指导和规范仓库人员日常作业,完善仓库管理、整合仓库资源,并为企业带来以下价值: Ø实现数字化管理,出/入库、物料库存量等仓库日常管理业务可做到实时查询与监控; Ø 提升仓库货位利用效率; Ø 减少对操作人员经验的依赖性,转变为以信息系统来规范作业流程,以信息系统提供操作指令; Ø 实现对现场操作人员的绩效考核; Ø 降低作业人员劳动强度; Ø 降低仓储SKU的库存; Ø 改善仓储的作业效率; Ø 减少仓储内的执行设备; Ø 改善订单准确率; Ø 提高订单履行率; Ø 提高仓库作业的灵活性。 通过以上大学仕专家对什么是智能仓储系统?的介绍,相信您对智能仓储系统有了一定的了解。如果有这方面的问题请点击链接提交需求,四万多家服务商帮你提供解决方案。届时会有大学仕的专业人员为您详细解答。大学仕专家提示您:买机器的时分一定要货比三家,不要一味的只看价格,机器质量和服务才是最重要的。 大学士技术对接平台是一家立足于制造业技术对接的专业信息化平台。大学士聚集了全球各地的专家、教授、工程师以及技术研发机构,建立了一个服务商人才库,企业只需将自己的技术难题发布在大学士平台上,通过公开招标、服务商店铺搜索,线下项目对接等方式,快速找到中意的服务商进一步洽谈合作。 以上就是小编整理的什么是智能仓储系统?的相关内容,希望对你有所帮助,如果想要了解更多智能仓储系统的相关信息,请留意本网站的最新更新。
我国软件和信息技术服务业呈现平稳向好发展态势
大学仕 2020-02-18 09:40 835浏览
近日,工信部官方公众号发布2019年软件和信息技术服务业统计公报。数据显示,2019年,全国软件和信息技术服务业规模以上企业超4万家,累计完成软件业务收入71768亿元,同比增长15.4%,软件业务收入保持较快增长。我国软件和信息技术服务业呈现平稳向好发展态势,收入和利润均保持较快增长,从业人数稳步增加;信息技术服务加快云化发展,软件应用服务化、平台化趋势明显;中部地区软件业增速较快,东部地区保持集聚和领先发展态势。 软件业务发展稳中向好 软件业务收入保持较快增长。2019年(文中2019年数据均为快报数据,其他年份数据为年报数据),全国软件和信息技术服务业规模以上(指主营业务年收入500万元以上的软件和信息技术服务企业)企业超4万家,累计完成软件业务收入71768亿元,同比增长15.4%(文中增速均按可比口径计算)。 盈利能力稳步提升。2019年软件和信息技术服务业实现利润总额9362亿元,同比增长9.9%;人均实现业务收入106.6万元,同比增长8.7%。 软件出口形势低迷。2019年,全国软件和信息技术服务业实现出口505.3亿美元,同比下降1.1%。 从业人数稳步增加,工资总额保持较快增长。2019年末,全国软件和信息技术服务业从业人数673万人,比上年末增加28万人,同比增长4.7%。从业人员工资总额9086亿元,同比增长11.8%,低于上年平均增速;人均工资增长6.8%。 信息技术服务增速高于全行业 软件产品收入实现较快增长。2019年,软件产品实现收入20067亿元,同比增长12.5%,占全行业比重为28.0%。其中,工业软件产品实现收入1720亿元,增长14.6%,为支撑工业领域的自主可控发展发挥重要作用。 信息技术服务加快云化发展。2019年,信息技术服务实现收入42574亿元,同比增长18.4%,增速高出全行业平均水平3个百分点,占全行业收入比重为59.3%。其中,电子商务平台技术服务收入7905亿元,同比增长28.1%;云服务、大数据服务共实现收入3460亿元,同比增长17.6%。 信息安全产品和服务收入稳步增加。2019年,信息安全产品和服务实现收入1308亿元,同比增长12.4%。 嵌入式系统软件收入平稳增长。2019年嵌入式系统软件实现收入7820亿元,同比增长7.8%,占全行业收入比重为10.9%。嵌入式系统软件已成为产品和装备数字化改造、各领域智能化增值的关键性带动技术。 重点城市集聚发展态势明显 东部地区稳步发展,中西部地区软件业加快增长。2019年,东部地区完成软件业务收入57157亿元,同比增长15.0%,占全国软件业的比重为79.6%。中部和西部地区完成软件业务收入分别为3655亿元和8607亿元,同比增长22.2%和18.1%;占全国软件业的比重为5.1%和12.0%,比上年提高0.1个和0.6个百分点。东北地区完成软件业务收入2350亿元,同比增长5.5个百分点,占全国软件业的比重为3.3%。 主要软件大省保持稳中向好态势,部分中西部省市快速增长。软件业务收入居前5名的广东、北京、江苏、浙江、上海共完成收入45623亿元,占全国软件业比重的63.6%。软件业务收入增速高于全国平均水平的省市有16个,其中增速高于20%的省份集中在中西部地区,包括广西、云南、贵州、宁夏、安徽、江西、湖南等省份。 重点城市软件业集聚发展态势更加明显。2019年,全国4个直辖市和15个副省级中心城市实现软件业务收入59636亿元,同比增长16.4%,占全国软件业的比重为83.1%。其中,副省级城市实现软件业务收入38640亿元,同比增长14.6%,占全国软件业的比重为53.8%。 (文章来源工信部)
看完这篇你就了解什么是自动化仓库了!
大学仕 2020-01-19 15:26 3922浏览
      自动化立体仓库,是物流仓储中出现的新概念。利用立体仓库设备可实现仓库高层合理化、存取自动化、操作简便化,属于当前技术水平较高的形式。近几年,电商加速物流业快速发展,自动化和信息化程度不断提高,集成了物流信息技术和自动化技术的各类智能物流设备迅猛发展,自动化立体仓库因其作业的高效性在制造企业内得到了大量应用,向更加精益和智能的方向发展。       自动化立体仓库的主体由货架、巷道式堆垛起重机、入(出)库工作台和自动运进(出)及操作控制系统组成。货架是钢结构或钢筋混凝土结构的建筑物或结构体,货架内是标准尺寸的货位空间,巷道堆垛起重机穿行于货架之间的巷道中,完成存、取货的工作,而管理上则采用计算机及条形码技术。       自动化立体库可以在计算机系统控制下完成单元货物的自动存取作业,是利用自动化存储设备同计算机管理系统的协作来实现立体仓库的高层合理化,并结合不同类型的仓库管理软件、图形监控及调度软件、条形码识别跟踪系统、搬运机器人、AGV小车、货物分拣系统、堆垛机认址系统、堆垛机控制系统、货位探测器等构成一套完整的现代化立体化仓储管理系统。       其优越性也是多方面的,对于企业来说是不可或缺的。首先,其基本出发点就是提高空间利用率,充分节约所占用空间。立体库的空间利用率与其规划紧密相连,一般来说,自动化高架仓库其空间利用率为普通平库的2-5倍。这在目前来看是相当可观的。       其次,便于形成先进的物流系统,提高企业生产管理水平。传统仓库只是一种“静态储存”。自动化立体仓库采用先进的自动化物料搬运设备,不仅能使货物在仓库内按需要自动存取,而且可以与仓库以外的生产环节进行有机的连接,并通过计算机管理系统和自动化物料搬运设备使仓库成为企业生产物流中的一个重要环节,这是一种“动态储存”,是自动化仓库发展的技术趋势。       自动化立体库,由用于存储货物的高层钢结构货架构成,主要有焊接式货架和组合式货架两种基本形式。配合 托盘(货箱)实现货物承载搬运,利用巷道堆垛机进行自动存取货物,按结构形式分为单立柱和双立柱两种基本形式;按服务方式则分为直道、弯道和转移车三种基本形式。       然后通过输送机系统将货物运送到堆垛机或从堆垛机将货物移走。输送机种类也非常多,常见的有轨道输送机,链条输送机,升降台,分配车,提升机,皮带机等。       最终使用AGV自动导向小车精准入库,目前主要分为感应式导向小车和激光导向小车。整个过程依靠自动控制系统驱动自动化立体库系统各设备的运作,并通过库存信息管理系统(WMS)实现集中管控。       其在实际场景中的应用效果也是非常明显的,例如可大幅度提高仓库的单位面积利用率,同时提高劳动生产率,降低了劳动强度。还可以减少货物处理和信息处理过程的差错,合理有效的进行库存控制,更能较好的满足特殊仓储环境的需要。       自动化立体仓库高效的供应链、销售链协同作业和信息传递,大大降低了物资库存周期,提高了资金的周转速度,减少了物流成本和管理费用。作为现代化的物流设施,对提高物流仓储自动化水平无疑具有重要的作用。       中国物流与采购联合会会长、中国物流学会会长何黎明表示,我国经济正处于从高速增长阶段向中高速增长转换的关键时期,物流成本过高仍然是制约国民经济转型发展的重要因素。为了能够尽可能地降低成本,很多企业都在物流建设上加大投资,其中自动化立体仓库是现代物流系统中的重要物流节点,在物流中心中的应用越来越普遍,对于提高仓储自动化水平立体仓库可谓是功不可没。
机电一体化设备有哪些?
大学仕 2020-01-03 16:33 5272浏览
 机电一体化设备有哪些?随着工业技术的发展,机电一体化设备也越来越受到大家的重视。但是也有很多企业家刚刚接触机电一体化设备,还不清楚机电一体化设备有哪些?   机电一体化,顾名思义就是将机械设备和电子设备有机结合,综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术,从而提升生产效率,降低人工成本。机电一体化技术是微电子技术、计算机技术、控制技术、光学技术与机械技术的相互交叉与融合,是诸多高新技术产业和高新技术装备的基础。它包括产品和技术两方面:光机电一体化产品是集光学、机械、微电子、自动控制和通信技术于一体的高科技产品,具有很高功能和附加值;光机电一体化技术是指其技术原理和使光机电一体化产品得以实现,使用和发展的技术。   那么机电一体化设备有哪些呢?   机电一体化主要分为五大要素:   机械本体(结构组成要素)是系统的所有功能要素的机械支持结构,一般包括有机身、框架、支撑、联接等。   动力驱动部分(动力组成要素)依据系统控制要求,为系统提供能量和动力以使系统正常运行。   测试传感部分(感知组成要素)对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测,并变成可识别的信号,传输给信息处理单元,经过分析、处理后产生相应的控制信息。   控制及信息处理部分(职能组成要素)将来之测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后,按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令,控制整个系统有目的的运行。   执行机构(运动组成要素)根据控制及信息处理部分发出的指令,完成规定的动作和功能。   而机电一体化设备就是根据这五大元素设计开发的,因为应用的场景不同、行业不同,工艺不同,而每种设备都不一样。这点需要您根据自身情况来了解适合自己的设备   机电一体化设备有哪些?相信通过以上大学士技术对接平台的专家介绍,您大概已经能够掌握分辨机电一体化设备的方法了,如果您还有其他问题,您也可以点击在线提问,由大学士技术对接平台为您对接机电一体化设备专家,帮您解答疑问。   大学士技术对接平台是一家立足于制造业技术对接的专业信息化平台。大学士聚集了全球各地的专家、教授、工程师以及技术研发机构,建立了一个服务商人才库,企业只需将自己的技术难题发布在大学士平台上,通过公开招标、服务商店铺搜索,线下项目对接等方式,快速找到中意的服务商进一步洽谈合作。   以上就是小编整理的 机电一体化设备有哪些?的相关内容,希望对你有所帮助,如果想要了解更多机电一体化设备的相关信息,请留意本网站的最新更新。
重大消息!新一代百亿亿次超级计算机原型机型的研制工作,在我国已经完成
大学仕 2019-10-24 10:49 1088浏览
如何抢占全球科技创新的至高点,是摆在每个国家面前的首要任务。而超级计算机技术,已经成为了国际高端信息技术创新、竞争又一个新的制高点,对国家安全、经济促进和社会发展具有举足轻重的重要意义。近日,第六届世界互联网大会在浙江省桐乡市乌镇召开,在会上发布了《中国互联网发展报告2019》。报告向外界发布了一个重大消息:新一代百亿亿次超级计算机原型机型的研制工作,在我国已经完成。     超级计算机是全球公认的国之重器,在航空航天、生物医药、天气预报、新材料研究、石油勘探等各个领域,一直发挥着重要的基础支撑作用。可以说一个国家的超算算力水平,是一个国家科技发展水平和综合国力的最重要标志之一。     中国计算机大会现场   在上个世纪一段时间之中,美国、日本等国在超算关键核心技术上,对中国进行全面封锁。那时,我国苦于一直没有掌握高性能计算机技术,勘探采集到的石油等矿藏数据自己国内根本无法进行解析,而不得不送到美日等国去处理,不仅收取的费用昂贵,而且国外开出的条件相当苛刻。   在超算技术上处处受制于外国人的艰难局面之下,我国从1978年启动首台巨型机“银河-Ⅰ”的研制,目前已在天津、深圳、济南、长沙、广州和无锡建成了6个国家级超算中心,13次拿下世界第一 ,从而突破了美日的重重封锁,让大型科学算法不再受制于人。   进入新世纪以来,E级计算被全世界公认为“超级计算机界的下一顶皇冠”,是国际上开展高端信息技术创新和竞争的最新制高点。我国面对未来新的挑战与考验,超前布局了下一代超算,在“十三五”国家重点研发专项中,重点支持三个不同技术路线的E级原型系统。     天河计算机系统   “天河”作为中国计算机发展的最新技术,具有重大的现实意义:60亿人算一年的数据,它一秒就可以算完。不仅如此,每1秒钟“天河”可以准确识别火车上2800多个零部件,并判断是否有裂缝;每12分钟,能准确预报每平方公里地区内6小时天气最新情况;每3个小时,完成500人规模的全基因组信息关联性分析,如使用传统计算机则最低需要耗费1年时间;每6天,利用超级计算机可以模拟仿真研制一架大飞机,而过去只能采用全机风洞试验需耗费两年时间。   我国自主研发最新一款 E 级百亿亿次超级计算机,已经提前一年完全研制成功。标志着中国重新再回超算全球排名榜首,因为按照以往的公开进度,目前位列榜单前排的美国、日本和欧盟均已提出 E 级超级计算机的研制计划,但都是计划在 2021 年左右完成。在这项全球超算技术竞争激烈的大格局中,中国已经开始领先对手占据有利的身位,实现了一骑绝尘。   从上世纪我国超算技术受制于人的尴尬局面,以及今年以来众所周知的华为公司遭遇美国的打压封锁遭遇,我们也深深感受到高科技自主研发的重要性,中国要在各个高科技领域全面赶超世界超级强国,要拥有本国各种高科技领域技术产品的正胎和备胎。这样才够避免在关键时刻,不被其他别有用心的国家人为设置各种障碍、任意欺凌的悲惨局面。     落后就会挨打,只有发展才是硬道理。因此每个国家都会努力研发独创的科学技术,经过多年以来的不断努力,在全世界很多研发领域,中国其实已经走在世界前列了。“计算力就是生产力”早已成为全球发展共识,而百亿亿次超算机原型机的诞生,是我国超级计算机技术登上世界舞台的重要一步,中国技术突破重重技术封锁,实现了核心技术上对国外反封锁的绝地反击。法国媒体就对此表现出了极高的赞誉,称赞中国在超级计算机方面实现了弯道超车的惊艳逆袭。
工信部力推工业大数据发展 传感器迎来发展新契机
大学仕 2019-10-21 16:14 1148浏览
当前,全球主要国家掀起了新一轮以“信息技术与制造业融合”为共同特征的工业革命,加速发展新一代信息技术,并推动其与全球工业系统的深入融合,以期抢占新一轮产业竞争的制高点。然而,无论是欧美老牌国家制造业的重振,还是中国制造业的转型升级,工业大数据都将发挥不可替代的作用。     近年来,工业大数据作为我国“智能制造”和“工业互联网”的关键技术支撑以及两化融合的重要基础备受关注。党中央、国务院出台了一系列“大数据”“两化融合”“互联网与制造业融合”等综合性政策与指示,全面指导我国工业大数据技术发展、产业应用及其标准化进程。 【传感器作为信息获取的重要手段,与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱。】   然而,在我国工业大数据产业发展不断优化提升的同时,我国工业大数据的发展仍存在物联数据无法获取、格式不统一、数据产权不清晰、数据壁垒难以打破、全产业链数据应用不足等问题。   为全面提升我国工业大数据发展,2019年9月4日,工信部发布了《工业大数据发展指导意见(征求意见稿)》),提出到2025年,基本建成工业大数据资源体系、融合体系、产业体系和治理体系,并设置了建成国家工业互联网大数据中心、培育3-5个达到国际先进水平的工业大数据解决方案供应商、创建一批推动工业大数据集聚发展的国家新型工业化产业示范基地等具体目标。   发展大数据产业,需要一系列配套的基础设施建设,传感器、5G、NB-IoT等将迎来新的发展动能。   在构建工业大数据资源体系层面,《征求意见稿》提出,推动工业大数据全面采集,支持企业加快部署传感器、射频识别、数控机床、机器人、网关等数字化工具和设备,提升设备数据、产品标识数据、工厂环境数据等生产现场数据采集能力。   “这蕴含了巨大的商业机遇。在企业控制网端,则需要网络设施、通讯设施、基础的计算存储和交换、MES等软件、端到端设备等设施,又涉及数据采集的传感器等,这将催化云计算、边缘计算、传感器等产业”。业内人士表示。   任何数据的收集和使用都是昂贵的,工业数据也不例外。然而,随着信息技术、电子与数学技术、传感器、物联网等技术的发展,一批智能化、高精度、长时间导航、高性价比、微型传感器应运而生。   工业走向智能,万物走向互联,背后离不开传感器的支持。据市场研究机构预测,2019年我国传感器市场规模将达到1660亿元,未来五年(2019-2023)年均复合增长率约为11.65%,2023年将达到2580亿元。   “传感器在工业互联网时代会应用非常大,需求也会非常大。”在传感器领域拥有先进技术和产品的企业将率先获得发展先机。         来源: 阿仪网 注:文章内所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!
检验医改迫在眉睫 智慧实验室将促进未来医院发展
大学仕 2019-10-12 09:33 1262浏览
近日,在“2019体外诊断新技术高峰论坛”上,四川大学华西第二医院医学检验科主任江咏梅教授就新技术环境下医学实验室的发展战略、智慧实验室的建设与发展进行了分享与探讨,她表示:“随着信息技术的蓬勃发展,我们医疗领域也面临着一场全新的变革。智慧服务、智慧医疗、智慧护理、智慧管理成为智慧医院建设的重要组成部分,而这些离不开智慧实验室。只要是能通过信息技术、人工智能等手段在高质量、高效率、低成本上精准服务,持续改进,能更快、更好地提供准确的检验结果报告的实验室,就是有智慧的实验室。” 检验医改迫在眉睫   以四川大学华西第二医院(以下简称“华西二院”)为例,作为全国首批“三级甲等”妇女儿童专科医院,这家医院承接成都市乃至整个四川省妇儿相关疾病的诊断、治疗、康复工作。医院检验科作为通过了ISO15189和美国病理学家协会(CAP)认可的实验室,配合临床承担着繁重的检验任务。据统计,仅在2018年,医院的门急诊量已达240余万人次,而检验科日均标本量近万例,平均每8.6秒左右就会收到一项检验申请。   传统检验方式已显颓态,其自动化程度低、流程繁琐、标本周转时间长等弊端,已无法满足民众日益增长的健康需求。为此,科室秉承“快速、准确、方便”的科训,从标准化、自动化、智能化、精益化四个维度出发,大力探索智慧实验室的发展模式,将医学检验这项技术激发出了勃勃生机。 标准化建设规范科室管理   华西二院检验科规范化建设有“三驾马车”:作为荣获过“全国五一巾帼标兵岗”和“全国青年文明号”的科室,检验科拥有成熟的实验室标准化管理制度;此外,科室打破传统医学实验室用标识和仪器进行区域划分的形式,首次采用在室内柱子上作画的方式,对专业组进行分区,为员工创造了一个温馨舒适的工作环境,打造出一体化的人文环境;为了不断满足患者的需求,检验科从检验源头——患者采血抓起,培训专业的采血团队,努力做到“一针见血”,减少患者反复抽血的痛苦。 自动化建设打造检验新流程   实验室从三个维度进行了自动化建设,打造了全实验室自动化的新格局:科室首先配备了基于人脸识别、自动备管、传输的全自动前处理系统,将标本采集推向了“高铁时代”,打造了标本处理自动化;随后打破仪器设备“各自为政”的局面,将生化、免疫、血球等流水线模块有机整合,实现了检测系统的自动化;基于目前医院双院区并行的现状,科室建立了信息自动化,完成了异地信息的交互传递。   智能系统助力实验室高效运营   检验科目前已经实现了对标本的全流程管理。江咏梅教授以科室引进的罗氏诊断CCM(cobas® connection modules)实验室整体解决方案为例,阐述了科室可视管理、优先管理、数字管理、移动管理、质控管理、高效管理“六管齐下”的管理模式。此外,该方案还能对TAT超时、危急值管理、仪器报警等多种信息给出实时反馈,通过电脑或Ipad即可获取,实现了远程监控及操作。   精益管理促医疗质量效益双提升   秉承“精益管理”的理念,如何以实验室自动化发展为基础,做好检测质量、风险管理与成本控制是现代实验室关注的重点。检验科智慧实验室精益化建设的又一大亮点是基于人员、设施、质量建立的三套生命周期管理体系。检验科每一位工作人员都有一套完整的人员档案,记录了员工从入职到退休的情况;设施管理涵盖每台仪器从采购、安装到使用、维护、保养、校准及性能评价等全套数据;质量管理包括国内外的能力验证、室内质控等。未来,这些数据还将全部录入到系统,实现“大数据”管理。 5G元素的注入让未来更可期   “把握医疗改革新思路,洞察临床诊疗新需求,聚焦智慧实验室发展新动能,打破常规,将科学化、自动化、人性化的元素注入实验室管理当中,是推动医学实验室持续发展的必由之路。”江咏梅教授总结说。随着检验医学的不断进步,将有越来越来多如MyLab+的实验室解决方案不断落地,智慧实验室未来还将通过检验大数据分析、新兴指标的医学价值解读等方式,帮助临床决策,使医院的整体诊疗水平实现精益化提升,满足患者日益增长的健康需求。   据悉,华西二院也是国内首批5G试点医院,将开放导诊服务机器人、VR新生儿探视和远程视频会议等智慧医疗服务,毋庸置疑,5G技术也将充分运用到检验实验室中,并带给我们更多惊喜。未来可期,让我们拭目以待。     来源:检验视界网 注:文章内所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!
基于电力电子变换的电能路由器研究现状与发展
大学仕 2016-09-28 15:08 1968浏览
  摘要:随着可再生能源发电装置、储能设备及各种类型的电能负载的接入,传统的电力系统设备无法满足供电形式多样性和能量多向流动以及功率流的主动调控等要求,无法适应未来电力市场化的需要。基于电力电子变换技术构成的电能路由器,不但可为不同的新能源发电装置和不同类型负载提供灵活多样化的接口电气形式,还可实现能量的多向流动能力和对功率流的主动控制。与信息技术的融合使电能路由器拥有通讯和智能决策能力,可根据网络运行状态以及用户和控制中心的指令,实现对电力网络能量流的主动管理。文中首先将电能路由器和信息路由器对比,提出电能路由器的功能要求,并根据现有的电网结构,将电能路由器分类,分别阐释各类电能路由器的特点。然后介绍目前国内外在电能路由器领域的新进展。进而从功率变换、信息技术两个角度分析电能路由器的技术要求,并给出实现电能路由器未来需要做的工作。后,对电能路由器的发展进行了总结和展望。  近年来,为了缓解能源危机、减小工业排放污染,大量的分布式可再生能源发电装置并入电网。但这些新能源发电方式往往具有地理分散性、间歇性、随机性和不可控性。为了减轻电网压力、增加可再生能源利用率,大量储能设备随之加入电网为波动的能量流提供缓冲[1]。因此,传统的单一集中式发电正逐渐向集中式、分布式并存的发电方式转变,电能的单向流动正变为多向流动方式。同时,以电动车为代表的新型不确定性的负载加入,使电能的流动和管理变得更加复杂。传统电力系统的配电运行方式很难胜任这样复杂的要求。  另外,随着电力改革和市场化的推进,未来电能交易将越来越自由灵活。电能的供给者不再只有原有的国有控股发电厂,民营小型发电厂、分布式能源发电站等新的电能提供者将逐渐出现,用户将有更多的选择空间;同时,由于新能源发电渗入配电终端,以往的终端用户可在负载和源之间切换,譬如当家庭光伏发电装置产生过多电量时,便可将这些电量出售给电网或其他电能需求者。因此对于每个电网终端,电能的流动将从传统的单向流动变为双向流动,甚至多向流动[2]。电力系统配电将从现在的“一对多”架构逐渐向“多对多”的形式转变,且每个终端可以在买方和卖方之间任意切换,电能流动的多样化大大增加。为了将电能定量、定点、定时地准确调度,电网的各个终端和节点均需要实现能量的主动调度管理,实现能量流的准确可控。而传统的电力系统和电力设备往往被动地调节功率平衡,对功率流的主动控制与分配较为困难。  为了满足未来电网对电能控制的复杂性和多样性要求,有学者提出未来电网将在局部消纳的基础上,以微网、智能小区为自治单元,形成自下而上的能量单元的互联[3]。日本学者提出了数字电网概念,将庞大的同步电网拆分成异步、自治的互联电力局域网,并通过数字电网路由器(digitalgridrouter,DGR)进行能量调配和网络互联[4]。美国北卡罗来纳州州立大学FREEDM中心提出以能量路由器为核心的能量互联网,同样致力于提供更好的新能源接入方案[5。由此看出,集成了成熟的信息技术,基于电力电子变换的电能路由器能够实现能量的高效接入和利用,将成为未来电网的核心部件,正受到越来越多的学者的重视[6]。  电能路由器是一种集成融合了信息技术与电力电子变换技术、实现分布式能量的高效利用和传输的电力装备。电力电子变换技术使电能路由器为各种类型的分布式电源、储能设备和新型负载提供所需的电能接口形式,包括各种电压、电流量的直流或交流形式等。同时,由于电力电子装置的高可控性,配电网络内各节点的能量流方向和大小可按用户所需精确地控制,为电力市场化的实现提供技术基础。信息技术使电能路由器实现智能化,配电网在其控制下实行自律运行,上层电力调度中心只需向网内发送较长时间尺度的优化运行参数,以实现全网的优化运行。电能路由器可作为电力局域网与主干网的交互接口,一方面负责局域网内部各个设备的运行和能量管理,同时接收上层电力调度中心的指令并上传局域网的运行状态。  信息路由器和电能路由器在各自网络中的位置。信息路由器作为互联网的核心设备将所有用户连接起来构成今天庞大的全球性互联网。作为广域网和局域网的接口,信息路由器承担着局域网中的终端设备互联以及终端与广域网的信息交换任务[7]。类似地,电能路由器将根据经济效益或用户自定义的优化目标定量、定点地传递能量。因此电能路由器可成为未来电力网络的枢纽,负责管理和控制子网内的能量流动以及子网和主干网之间的能量交换。  1电能路由器的功能和要求  作为网络架构的基础和核心部件,电能路由器与互联网中的信息路由器有着相似的地位和功能,因此两者有相似的必备要素。  1)信息互联网建立在TCP/IP协议的基础上,路由器通过RIP、OSFP、ISIS等路由协议及时更新路由表,使数据包迅速、准确地在网络中定点传输。为了实现能量在节点之间精确地传递,电网中的设备同样需要标记IP地址,电能路由器需知道电网中所有节点的IP地址、实时变化的网络拓扑,这样在能量交换建立时得以迅速找到佳的功率传递路径。如果能量在电力局域网内部交换或相邻局域网之间交换时,往往只需要一台电能路由器进行管理,通过源节点和负载节点的IP地址就能够推算出传递路径;当能量在不相邻局域网之间传递时,往往需要多个电能路由器共同参与,为了能迅速找到能量传递的佳路径,路由协议变得尤为重要。  2)信息路由器同时处理多个用户的数据流,而电能路由器同样需要提供多个端口,与多个电气设备相连。为了满足不同设备所需的电气形式,电能路由器需提供多个电气形式的接口,如直流400V、直流48V、交流单相220V、交流三相380V等。其次,每个端口需具备能量的多向流动能力,使能量可以按需定点、定量地传输。电能路由器不但可以从主干配电网获取能量传递给终端用户,同时在子网的发电量过剩时,可将多余的能量回馈给主干网。此外,电能路由器还应具有局域网内部能量整合和协调分配的能力,即子网内的能量多向自由流动。然而,并非所有的端口都必须具备功率双向流动能力,专门与负载相连的接口,只需能量输出功能即可;对于专门的分布式能源接口,则只需要功率吸收能力,并且为了充分利用分布式能源,其接口还需具备大功率跟踪(MPPT)功能;而对于连接储能设备的接口,往往需要能量双向流动能力。对于专门的电动汽车充电应用,电能路由器通常只需具备充电功能即可,无需电能回馈功能。  3)信息路由器拥有通用的即插即用数据接口,而电能路由器同样需要标准化的即插即用接口[8]。当电气设备插入电能路由器时,通过既定的握手协议等信息交互过程后,路由器可迅速识别电气终端的类型和状态,按终端的请求立即采取相应的电气形式进行能量交互,与此同时更新系统连接配置和状态。因此即插即用接口需同时包含功率端口和通信端口。由于连接到电能路由器的节点有不同的电气形式要求,包括直流、交流不同形式,不同电压、电流数值,是否接地等,功率端口很难完全统一。但对于相近电压或功率等级的端口,标准化仍然可以降低生产和安装成本。通信端包括有线通信或无线通信方式,无线通信无需物理接口,而有线通信方式的中长距离通信可采用以太网通信等,近距离通信可采用常规的现场控制总线,如CAN,Profibus,Lonworks等,因此通信端口均易于标准化。此外,为了进一步提高可靠性和便于安装,功率端口和有线通信端口可集成在一起。  4)可扩展性。由于配电网中的用户或节点在不断增加,电能路由器必须具有良好的扩展性,使新加入的设备较容易地通过电能路由器接入电网并参与调控。在电网不同位置的电能路由器往往被设计成不同的容量,在大容量的限制内,电能路由器的硬件结构和软件设计均需要可扩展性,以降低后续投入成本。  此外,电能路由器与信息路由器相比也有很多不同之处。首先,由于电能路由器的核心功能是能量流的调控,电能路由器需提供各种电气形式的接口。其次,为保证电网及设备的可靠稳定运行,电能路由器还需具备主动故障隔离、电能质量改善、以及不间断电力提供等功能。另一方面,传统的信息路由器只有数据的传递功能,而电能路由器除了实现功率流的传递,更重要的是进行智能功率调控。因此电能路由器内部需嵌入智能决策和控制单元来执行特定的程序和调度算法,一方面监控电力局域网的状态,一方面根据上级调控中心的指令和当前网络状态进行主动功率调配。  2电能路由器分类  我国城市的配电网架构大致分为3层:10kV及以上城市主干网,380V三相终端配电,220V单相终端用户配电。因此配电网中的电能路由器可根据功率等级及在网络的位置分为3级:主干电能路由器、区域电能路由器以及家庭电能路由器。图2是3类电能路由器在电网中的位置。  2.1主干电能路由器  主干电能路由器的功能和作用大致相当于当前的变电站,通常的电压变换为10kV以上,需提供兆瓦级以上的容量[10]。主干路由器的功率较大,但是功能相对单一,能量流动方式简单。即使在具有小规模分布式能源发电的区域内,配网主干电能路由器的主要功能仍然是将主干配电网的电能分配给下一级用户,能量基本是单向流动的。而对于中大规模可再生能源集中发电区域,主干电能路由器的主要功能是将低压端的能量反馈给主干配电网。由于主干电能路由器的供电区域较大,其可靠性要求较高,因此在实际应用中可能需要冗余配备。  此外,主干电能路由器需具有故障隔离功能,在电力局域网出现故障时,电能路由器可将故障迅速隔离,防止向主干网扩散。由于区域里可能存在工厂等大功率非线性负载,主干电能路由器还需提供无功补偿、谐波改善和电压支撑等电能质量调节功能,并将较差的电能隔离在区域配网内部。而在主干网电能质量较差时,电能路由器也可对其予以支撑。这一功能相当于将当前的无功功率发生器(staticVARgenerator,SVG)、统一潮流控制器(unifiedpowerflowcontroller,UPFC)等电力电子装置进行智能化和网络化集成。  对于信息通信层面,区域电能路由器需要接受上层调度中心的调度指令,并将区域配网的用量情况以及实时电气参数汇报上一级调控中心,以用于实时能量管理。由于需要与上一级调度中心和主干配网上的其他电能路由器进行信息交互,主干电能路由器的通信距离一般较长,范围较大,通信安全性要求较高。  2.2区域电能路由器  它主要用于较小地域范围或民用、商业楼宇等的能量管理,供电电压一般为三相380V,容量从几百千瓦到上兆瓦[11]。  为了适应分布式能源、储能设备的入网以及用户端的配电复杂性,电能路由器需提供各种类型的电气接口。由于光伏板、小型风机、柴油发电机等的电气参数已经相对标准化,电能路由器的接口特性和内部的电力电子变流装置也可以标准化,这样分布式发电的输出端无需加入单独的变流器,即可直接接入电能路由器。  针对电动汽车,电能路由器将成为未来理想的充电设备。一方面电能路由器可提供多个充电接口同时为多辆电动汽车充电,同时还可以连接充电站内的储能电池和光伏等新能源发电设备。在充电高峰时,释放电池的能量进行给电动车充电,缓解电网的压力;而在充电低谷时,利用电网的电量将电池充满,为下一次服务做好准备。因此电能路由器为功率波动提供了理想的削峰填谷功能。另一方面,电动汽车的电池和充电方式现在还缺乏统一的标准,充电站无法为每个车型或品牌提供特制的充电桩,这给电动汽车用户充电带来了不便。电能路由器可以很好地解决这个问题,其内部的电力电子变换装置可以提供普通充电、快速充电服务,以及直流、脉冲等多种充电方式,可满足各类电动汽车用户的需求;而且在与电动汽车连接后,电能路由器通过内嵌的通信系统可识别车型、电池型号和荷电状态(stateofcharge,SOC),并根据用户要求提供所需的充电方式。  作为较小区域的电能管理中心,区域电能路由器需具备电能质量调节能力。配电网末端的电能质量往往不够理想,可能出现电压闪变、谐波含量过大、电压过低等问题。基于电力电子变换的电能路由器可将主干网和局域网隔离开,彻底改善子网的电能质量,并可以对上一级电网予以支撑。另外,电力局域网内可能存在敏感负荷用户,如银行、医院等。利用储能设备,电能路由器可实现个别用户的不间断电源(uninterruptedpowersupply,UPS)的功能。在主电网故障时,采用孤岛运行模式,为负载持续供电,保证重要负荷的供电可靠性。  2.3家庭电能路由器  作为配电网的终端,每个家庭用户在入网接口需要安装一个家庭电能路由器,负责住户的能量管理。其主要端口为输入单相220V交流电,功率等级一般小于20kW。由于家用电器所需供电形式不一,家庭电能路由器的接口需要提供更丰富的电气形式,如液晶电视机的19V、数码设备5V等的直流电,以及空调、冰箱等的交流电。家庭电能路由器的功率等级虽然较小,但功能和复杂性反而较高。未来的家庭将是分布式能源发电的参与者,屋顶光伏、微型风电设备和电动汽车电池等储能设备的加入,住户内的电网形成了一个家庭微网,并参与到配网的能量管理中。因此家庭微网的能量调度同样有3种情况,分别是从配网吸收能量,向配网反馈电能,以及脱离配网形成自给自足的孤岛系统。为了实现家庭微网内的各个发电装置、储能设备及负荷的能量管理可控,需在各个发电、用电器植入通信模块及控制器,并与电能路由器使用相同的通信协议。电能路由器将一方面接受用户的指令管理微网内部的能量,另一方面需要将将信息传给上层电能路由器并接受指令,实现全网的能量管理。  3电能路由器的框架与功能实现  电力电子功率变换是电能路由器的基础,它负责将主干网和局域网中的各个终端连接起来,实现功率流的定向、定量流动,同时为各种类型的电气设备提供不同的电气形式接口。国内外机构正在研究应用于电能路由器的各种功率变换架构。  3.1主干电能路由器的架构  图3为美国北卡州立大学的FREEDM中心研制的第1代固态变压器(solidstatetransformer,SST)结构[12]。其输入是单相交流7.2kV中压配电网,输出电压为单相240V/120V交流电和400V直流电。高压侧采用了6.5kV的SiIGBT,整流级由多个全桥模块级联而成。中间级是隔离型DC/DC变换器,将3.8kV直流电压转换成400V直流母线。后一级的电压源型逆变器生成240V/120V低压交流母线。由于器件限制,高压整流测的开关频率只有  1080Hz,DC/DC级的开关频率为3.6kHz,低压侧也仅为10.8kHz。较低的开关频率不但限制了动态性能,还导致系统体积和重量庞大,运行噪音巨大。  为了提高整机效率、动态性能和减小体积,FREEDM中心正在研制基于SiCMOSFET的第2代SST,如图4[6]。由于使用了15kVSiCMOSFET,整体结构大大简化,整流级和DC/DC级只由单个模块构成,开关频率增加到20kHz。这样体积大幅缩小,整体性能也有较大提升。该系统同时提供了交、直流低压母线,为传统负载和可再生能源的接入提供了便利。能量在3个端口之间实现多向自由流动,提供了灵活的能量传输方式。另外,该系统具有高、低压交流侧的电能质量调节功能,包括谐波改善、无功补偿和电压支撑等。  因此,FREEDM研制的SST架构较适于主干电能路由器的设计要求。  瑞士苏黎世理工大学(ETHZurich)为智能电网设计了1MVA固态变压器,其容量已基本满足了主干电能路由器的要求。系统的输入端与中压配电网相连,输出400V低压三相交流母线。其系统架构和功能与FREEDM第1代SST类似,模块的拓扑如图5所示[13]。相比之下,开关频率提高到20kHz,模块的整流级和DC/DC级均采用二极管钳位三电平结构,提高了模块输入侧耐压,减少了模块数。  英国Nottingham大学和意大利RomeTorVergata大学联合为欧洲UNIFLEX-PM系统研制的背靠背多电平变换器单相结构如图6所示[14-15],其输入高压侧为交流3.3kV,输出为3.3kV和415V交流电。开关频率为2kHz。中频变压器的磁芯材料为非晶合金,采用油浸方式绝缘。输出逆变级与中间级交错相连,实现能量三相均衡,并终提供了中压和低压两个交流母线。该系统同样可实现功率多向流动、电能质量调节等功能,不过未提供直流母线,不利于分布式能源及储能设备的接入。  3.2家庭电能路由器方案  京都大学在2010年为家庭能量管理提供了能量包(energypacket)方案[20],如图8所示。该电能路由器方案采用时分复用(timedivisionmultiplexing,TDM)的方式,将多个不同电压的电源的能量调制到一条传输线上,由网络内的电能路由器将包含多种电压形式的能量解调,根据IP地址分配给相应的负载。不过,时分复用的方式限制了网络的可扩展性。由于断续的能量传递方式,在负载的输入侧需加入较大的电容或电感等储能元件,以保证对负载的持续供电。  另一个适用于家庭电能路由器的方案为多端口变换器。它可以同时连接多个可再生能源或负载,并可实现能量的多向流动。由于较高的器件复用度和集成度,效率往往比传统级联型结构更高,功率密度更大。可为功率等级较低的家庭电能路由器提供能量转换功能。  3.3功率变换面临的挑战  3.3.1大功率高电压变换  功率变换部分是电能路由器的基础,针对主干电能路由器的高压大功率电力电子变流装置,器件、拓扑、高频变压器是非常关键的问题。器件是电力电子变流器的根本,由于主干电能路由器的功率等级较大,需要高压大电流的开关器件。现有的商业化大功率器件IGBT、IGCT、ETO等的耐压还不足以支撑主干配电网的电压等级。另外,由于硅材料特性的限制,这些大功率器件的开关频率往往较低,极大地限制了变流器功率密度的提升和无源元件的成本降低。近些年新型宽禁带材料如SiC和GaN等受到了极大关注,被认为能大幅提高器件的工作频率、温度和电压应力[23-24]。针对高压大功率场合,美国Cree公司已经研制出15kV/10ASiCMOSFET[6]。而适用于更大功率应用的碳化硅IGBT、JFET、BJT、GTO也正在研发中[25-27]。实验证明15kVSiCMOSFET比6.5kVSiIGBT有更快的开关速度和更小的开关损耗[28]。不过该器件还未完全产品化,并且在高压情况下的高开关速度对开关管的驱动和电磁兼容也提出了更高的要求。  由于需要挂接中压配电网,电能路由器的输入电压较高。为了省去工频降压变压器,现有的固态变压器解决方案一般采用多模块输入串联输出并联结构(ISOP)以降低开关器件的耐压。由于采用模块化架构,ISOP结构的电路复杂性较低,扩展性好,容易提升冗余度。ISOP方案中的每个模块一般由整流级、中间DC/DC级和逆变器构成。模块在输入级串联可产生多电平,大幅减小了输入滤波电感的体积。DC/DC级主要实现直流电压的匹配和为输出端并联提供电气隔离。为了提高效率,常用的软开关DC/DC拓扑为移相DAB电路[29-31]、谐振变换器[32-34]、NPC三电平拓扑[35]。中间级的输出侧并联提供DC母线,构成DC微网,便于可再生能源发电设备、储能元件以及直流负载的接入。输出级逆变器一般是电压源型,输出单相或三相低压交流母线,为交流负载供电。由于直流母线是逆变器的输入,其电压的稳定直接关系着低压交流网络的供电质量,因此直流母线的控制十分关键。  为了缩小体积,采用高频变压器实现电气隔离。而传统的高频变压器往往应用于中小功率场合,对于电能路由器这样的大功率、高电压需求,变压器的设计需要解决以下问题。对于磁芯材料,铁氧体因其高频损耗小,是常用的中小功率开关电源的变压器磁芯材料,不过其饱和磁通密度低,在大功率应用中体积过大。纳米晶合金拥有小的高频损耗和较高的磁导率,饱和磁通密度比铁氧体高出一倍,是理想的大功率高频磁芯材料[36]。不过其价格昂贵,不适合成本控制严格的产品。非晶合金在各方面特性上比较适中,其损耗比纳米晶合金高,但基本与铁氧体持平,而且饱和磁通密度较高,价格较低,适用于大功率高频变压器[37]。其次,高频变压器的绝缘要求较高[38]。传统的油浸变压器安装和维护成本较高,防火性能较差[39]。文献[40]提出了2种无油绝缘设计方案,将绝缘压力分别施加在了2个磁芯间的气隙和绕组表面绝缘材料上。文献[41]将副边绕组导线裹在原边导体内一起缠绕,使绝缘能力几乎完全依赖于原副边导体之间的绝缘材料,且降低了窗口利用率。  另外,冷却方式[42-43]、磁通平衡和噪声消减[44]等也是设计高频变压器时需要考虑的重要因素。  3.3.2宽范围交直流输出变换器  对于家庭电能路由器,关键的问题是电能形式的多样性。不同家用电气设备需要不同的功率形式,为了让用户灵活接入电器,一个端口需同时兼容直流和交流等供电形式,并根据插入的设备智能地提供所需能量形式。以往的电力电子变换器往往只能输出特定的电能形式,而家庭电能路由器内的接口变换器需要根据需求提供宽范围的直流或交流能量。这样的变换器可能与常规变换器结构不同。将逆变器和DC/DC变换器简单切换运行能提供直流、交流的电能形式,但设备的体积将大幅增加。采用两种变换器复用的方式将减小设备整体体积,提高功率密度。因此功率密度的提升不单单意味着元件个体的小化,更关键的或许是如何提高元件利用率。  3.3.3接口稳定性及控制  热插拔是信息路由器的一项重要功能,路由器在接入网络后很快掌握路由表并开始工作。作为电力互联网的枢纽,电能路由器同样需具备热插拔功能。为此,除了要求信息层面上的可扩展性,更重要的是保证功率层面上的热插拔稳定性。如图1所示,每个电能路由器与至少两个网络相连,并有交流、直流多个端口,在电能路由器接入网络后,需要保证各个网络及端口的稳定性。尤其是以电能路由器等电力电子设备为主要节点和接口的能量互联网,其稳定性问题与传统同步发电机组网的电力网络差异很大,尚没有成熟的理论。对于传统的电力电子系统,阻抗判据是比较常用的稳定性分析方法[45-46]。该方法由Middlebrook首次提出,通过考察源变换器的输出阻抗和负载变换器的输入阻抗之间的关系,给出了电力电子设备级联稳定性的判据,较好地解决了电力电子系统的稳定性问题。而今也广泛用于模块化并联系统中,如UPS系统、光伏并网和通信电源等领域[47]。对于直流型网络,阻抗匹配法比较简洁。而对于三相交流系统,需要在旋转坐标系中分析阻抗关系,而且源的输出阻抗和负载的导纳阻抗均为二阶矩阵的形式,往往需要计算2个矩阵的范数才能确定系统的稳定性[48],复杂性有所增加。  但采用阻抗判据的通常需要已知系统里所有的源和负载变换器的特性。这对于电能路由器所构成的灵活可扩展的电力网络是很难实现的。首先,用户的电气设备种类繁多、千差万别,无法提前一一确定其特性。其次,对于电能路由器构成的电力网络,其源和负载是可以灵活切换的,系统的组成和架构实时变化,致使传统的阻抗判据很难胜任。针对该问题,文献[49]提出了基于变换器无源特性的稳定性判据和相应的控制方法,为接入电网的设备提出了独立的准入标准,使设备和网络两者的稳定性分析上解耦,提高了实际可操作性。不过变换器的控制复杂度有所增加,有可能会牺牲动态响应特性。  此外,电网中的恒功率负载呈现负阻抗特性,它会降低系统的稳定性裕度,甚至在所占系统功率比重过大时将造成系统不稳定。目前有很多学者在研究恒功率负载的稳定性改善方法[50-51]。大致方案分为无源和有源两种。前者是在变换器中加入电阻与电感并联或与电容串联,但这样将带来额外损耗;有源方案是在控制上加入虚拟阻尼,以改善恒功率负载的输入阻抗。  总之,网络稳定性问题将随着电力电子设备在电网中的不断增多而越发明显,也是构成以电能路由器为枢纽的配电网必须解决的问题。亟需更有效和可行性更高的方法来解决未来复杂电网的稳定性问题。  3.3.4与其他设备的兼容和匹配  电能路由器与电网内其他设备的性能匹配度有所变化,譬如传统断路器的动作要比电力电子设备的响应慢很多,这样就需要提出新的协同运行机制,或研制新型的快速断路器。  其次,由于电能路由器提供不同电气形式的端口,这些端口的内部连接方式可能依据不同应用有所区别。如果接入设备有特殊的要求,如太阳能板需要大功率点跟踪(maximumpowerpointtracking,MPPT)控制,因此端口电压和电流波动较大且具有高度不确定性,这样往往需要为其单独设置接口变换器。另一种比较简洁的方案是,将同一种电气类型的设备连接到内部同一条母线上,再通过电力电子变换与其他母线或终端进行能量交互。这样,连接到每条母线的设备相当于一个微网系统,每个微网系统的内部控制以及多个微网之间的能量交互管理均需要电能路由器来处理。同时多个微网联合的稳定性问题也需严格保证。  由于传统负载不具备与电能路由器通信的能力,电能路由器无法识别其负载类型和所需的功率形式,进而无法提供能量。因此需要提供一种方式使未来电网兼容传统的非智能负载。另一方面,与智能负载不同,在传统负载接入后,电能路由器只能被动地提供所需功率,因此如何结合系统运行状态管理电力网络的功率流为传统负载供电,关系到整个网络的稳定性和安全运行。  3.3.5能量路径的选择和优化调度  由于高渗透率的分布式能源的接入,配电网中的能量流动将从简单的辐射状变为复杂多向流动,能量调度的难度大幅增加。  目前已有很多学者对主动配电网和微网的优化调度进行了研究[52-53]。主动配电网采用主动调控手段对网内各类设备进行优化调度,与本文所描述的未来电能互联网的能量管理有相似之处。同时每个电能路由器管辖的电力子网与微网的结构类似,其能量路径选择方法也较为相似。  一般情况下,电网能量调度的首要优化目标是电网运行的经济性,所有发电、运维、折旧等成本均统一到单个目标方程中进行优化。目前环境优化目标越发被重视,但如果把环境代价等效为经济成本,也可归结为经济效益的优化。优化模型中的约束条件不仅包括功率平衡、各类发电设备特性限制等传统条件,还需考虑可再生能源的不确定性和间歇性,以及储能设备的荷电和容量限制等。常用的实时优化调度方法包括优潮流法、启发式策略等[54]。  家庭用或小型光伏和风力发电绿色环保,且对整体电网的潮流影响不大,目前电网采用完全吸纳其发电量的原则以降低全网发电成本[55]。但其发电不确定性和间歇性给电网调度带来很大挑战[56]。即使有气象预测的依据,实时的出力误差也较为显著[57]。而储能设备可在局部吸纳过剩的可再生能源发电量,为电网削峰填谷[58-59]。  另外,在电能路由器的控制下,各级电力子网均可实现并网运行和独立运行。并网运行时的调度优化除了供电费用、上网电价等条件,还需考虑并网点的潮流变化对主干网的冲击、及其对主干网电能质量的影响。独立运行模式一般发生在主干网故障情况下,时间较短,此时的首要目标是维持子网的可靠运行,因此往往需要弃风弃光,使其参与主动调控。  针对较高可再生能源渗透率的未来电力网络,能量管理和优化调度对全网规划和经济运行有着重要意义。合理的调度方案不但可以节省运维成本,降低装备容量,也将提高系统稳定性和可靠性。  4信息技术  为了实现能量流的主动管理和调控,电能路由器不仅需要先进的功率转换技术,更需要将信息技术融合,将通信能力集成到各级电能路由器、网络节点和终端,实现智能功率调控。通信系统的搭建首先需要确保通信可靠和信息安全,这关系着电网的稳定安全的运行,是电力运行的基础。  文献[60]提出了一种电能路由器的信息集成方案。电能路由器内有2个控制器,内控制芯片用于功率变换的控制,外控制芯片主要用于与外部电气设备通信,2个控制器之间采用UART串行通信方式交互。而针对外部电气设备有2类通信方式:针对同等级别的能量路由器或上层路由器,通信方式采用Ethernet;而与电力局域网内的电气设备采用  Zigbee方案。近几十年来,电力系统中的通信技术发展迅猛,SCADA系统已经覆盖了电网的主要节点,基本实现了电网的可控可观[61]。多种通信方式已被运用在电力系统中,包括光纤通信、蜂窝网络通信、电力线载波技术、数字用户环路DSL技术等[62]。因此在现有电力网络的通信系统基础上,构建具有兼容性的电能路由器通信架构是比较可行的方式。针对住宅或较小区域的短距离通信,则可采用Wifi、Zigbee、现场总线、工业以太网、开关纹波通信等方式构建小范围通信网[63-65]。  此外,由于功率变换和信息交互是相对独立的过程,两者的协调运行是确保电能路由器精确调控功率流的关键。  1)不同形式的电气终端需要分配不同的通信优先级。分布式能源、负载和储能设备的能量管理方式不同,在局域网中的作用和地位也不同,因此通信优先级和通信频率的要求也不完全相同。譬如,储能设备往往肩负着维持局域网络电压稳定、能量平衡的任务,是实现重要负荷不间断运行的基础,其工作状态对整体网络的可靠运行至关重要,因此储能设备与电能路由器通信的优先级和实时性相对更高。  2)不同工况下的通信模式选择。通信系统用于监测系统的运行状态和调控系统能量流分布,信息流与能量流需要配合运行。稳态运行时,电能路由器与电气节点的信息交换需要考虑通信带宽以及功率变化的复杂性,通信频率过快将导致通信的冲突增多和冗余带宽降低,不利于系统的扩展;而通信速率过低又难以实时反映系统节点的电气状态变化。另一方面,电气节点的加入和撤离、系统故障、节点功率过载等状况下,系统进入暂态运行状态,功率层往往立即动作以保证系统稳定,而后续的系统重构和功率流分配往往需要通信层的协助和电能路由器的决策,能否快速恢复系统和排除故障,暂态情况下的通信方式尤为重要。  5技术展望  电能路由器所需要技术很多,未来的发展方向主要有:  1)针对主干电能路由器,大功率、高电压电力电子变换器仍然是主要难题。已有的文献给出了一些解决方案,不过仍然不够成熟。可靠性、效率和成本是衡量其能否投入实际工程的主要指标。不过相信随着新型高压大电流电力电子器件的商业化,主干电能路由器将在不远的将来得以实现。  2)由于中小型电能路由器距离用电消费者更近,其体积和成本是更为重要的因素。相比主干电能路由器,中小型电能路由器的接口多样性要求更高,所需的电能形式更丰富,提高内部变换器和元件的利用率是提升功率密度的关键。  3)电力电子变换器的模型与传统同步机有很大区别,对于以电能路由器为节点的未来电力网络,其稳定性问题基本无法沿用之前的同步机理论。因此面对电网中众多灵活复杂的分布式源和用电设备,其稳定性问题的解决极具挑战,亟需更有效的分析、建模和仿真方法。  4)针对不同级别的电能路由器应选择不同的通信方式,如何将通信功能与功率部分集成在一起,并使信息传递与功率处理在不同工况下均协调工作是实际运行的关键。另外,类似于信息互联网,未来的电力互联网设备节点数量巨大,需要快速、可靠的路由算法来实现源与负载的快速连接。  6结论  本文将基于电力电子变换的电能路由器与互联网中的信息路由器作对比,阐述了其在未来电网中需要满足的功能和要求,包括提供丰富的接口电气形式,实现功率多向流动能力及对能量的主动准确控制等。然后,参考现有的配电网架构,对未来电能路由器的类型进行了探讨,并对不同类型的电能路由器的功能和要求进行了详细阐释。后,在分析国内外现有研究成果的基础上,在功率变换和信息技术两个层面给出了电能路由器的技术要求和面临的挑战。
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