电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室第一部分实验室基本情况实名称电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室代码 1991DA105117 验联系人孙宏斌电话************-803传真
************-800室E_mail snbtsinghua.edu 网址
a.tsinghua.edu/pages/guozhong 建设年份1989 验收年份1995 开放年份评估次数 2 上次评估日期2003 评估学科工程上次评估成绩优所在地区北京100084 详细地址北京市海淀区清华大学电机系研究方向主要研究内容提高大型互联电网运行可靠性的基础研究：电力系统非线性最优控制理论；电力混成控制系统；电力系统紧急控制理论和策略；热力系统安全控制和预警等。电力系统广域安全防御基础理论和关键技术：以电力系统广域信息同步大电网安全与经济测量和高速传输技术的进步为背景，结合中国大区电网互联过程中所出现的问题，重点形成电力系统广域安全防御的理论基础和应用基础。电力系统能量管理和电力市场的研究。±20MVAR 静止无功发生装置（StatCom，即ASVG，用大功率电力电子技术改革输电系统）、可控串补（TCSC）以及电柔性输配电能质量控制器的研究（用户电力的主要技术基础，其基本思路是利用电力电子的快速开关特性，对电压、不对称、波形等进行补偿控制）。热能动力系统建模与仿真、火电机组仿真系统研发以及热能动力系统教学和研究用仿真平台同时研究新型电厂和工火电厂仿真控制业过程的仿真建模理论与控制系统分析、电厂优化运行管理 并研究将优化算法，人工智能技术运用于仿真领域。热机气动热力学和先进的动力机械气动性能评估瑟设计技术；热力系统动态学和动力系统与设备的优化、节能与控燃气轮机技术制技术；动力系统安全性和事故分析、故障诊断技术；热力系统工程学和以燃气轮机与联合循环为核心的高效清洁供能技术；能源/资源/环境系统工程学和以煤气化为核心的多联产能源系统的开发技术。可再生能源和洁净能源的应用是缓解燃煤污染，减小我国环境压力的根本出路，为此开辟的研究方向有：太阳能发新能源发电与分布式电力系电、风力发电、海浪发电及并网；分布式电力系统，微网络等。在高性能发电、变换、传输、调度、驱动和储能等统关键技术上有所突破，研究新能源的应用和节电技术，研究分布式能源与主网的并联运行技术。建立在电能系统仿真分析基础上的系统优化运行和运行人员培训等，对电能系统的安全高效运行具有重要意义。此电力系统规划运行与电力经、分布式超级控制中心、领域的研究包括：电力系统调度自动化、电力系统实时安全预警、智能调度机器人（AO）济电力系统经济调度、电力市场支持技术的研究和开发。电力电子、超导、新型材料等相关技术的发展，为电能系统技术发展开辟了广阔空间，由此开展的研究包括：柔性超导与脉冲功率技术交流输电技术；交直流混合输电技术；超高压输电技术；电力超导技术等。超高压特高压输电、紧凑型输电、高电压外绝缘的基础研究、有机外绝缘的研究、电力系统过电压与绝缘配合、电交直流输电与电磁环境磁环境技术与电磁兼容技术、雷电防护技术、配电网接地故障定位理论与方法的研究。研究大功率电力电子器件在各种不同控制策略下的表现和最佳控制方法，研究它们对电力系统运行特性产生的影响电力电子与电力推进以及电力电子装置在电机控制中的应用。电力设备安全是影响电力系统安全的重要因
素，为此针对发电机、变压器、断路器、组合电器等广泛电力设备开展电气设备智能化了在线检测和故障诊断技术的研究，实现电力设备的状态维修。涉及火电厂热力系统与
电力系统的协调控制：热力系统保护；热力系统仿真和培训，锅炉、汽轮等热力设备在线检热力系统控制测、故障诊断和安全运行；燃烧控制与环保节能；国家能源发展规划和政策。热能工程博士点学科动力机械及工程电气工程硕士点数7 博士后站数7 户名清华大学（022）开户行京工商银行海淀镇支行银行帐号0200004509089131550 实验室主任梁曦东学术委员会主任卢强主管部门教育部名称性质依托单位清华大学高等院校第二部分年度报告2006 年度报告ANNUAL REPORT 电力系统及发电设备控制与仿真国家重点实验室2007 年2
月第一部分2004 年度总结报告一、研究工作和水平1．研究意义随着三峡电厂、特高压输电等国家重大工程的建设，全国范围联合特大电网将于2010 年左右初步形成，这将是世界上电压最高、规模最大的电力系统。中国电力事业的快速发展，给本实验室的科学研究与人才培养提供了空前的发展机遇。2006 年，本实验室继续坚持面向国家重大需求，瞄准国际科技发展前沿，重点在电力系统、电工设备和热力系统领域开展研究。坚持在一级学科的层面上开展研究，同时积极探索新能源等新的研究方向，关注国家重大需求的变化，加强了实验室研究平台的建设，及时调整了研究方向。2．研究任务2006 年，实验室在承担国家重大项目方面有了新的进展。由中国电力科学研究院与本实验室为主联合承担的973 项目“提高大型互联电网运行可靠性的基础研究”（2004 年9 月-2009 年9 月）通过了中期焦痂
总结和评议，本实验室作为第一或第二承担单位，负责了全部7 个课题的5 个。本实验室主持的973 项目“气化煤气与热解煤气共制合成气的多联产应用的基础研究”（2005 年-2009 年）进展良好。本实验室主持的国家自然科学基金重大基金项目“电力系统广域安全防御基础理论及关键技术研究”（2005 年-2008 年）进展良好。2006 年，共承担183 项科研任务，实到经费共5122.9 万元人民币。其中省部级以上项目经费800 万元，国际合作848 万元，横向科研经费3474.9 万元。主持或参加的重要科研任务如下：主持国家自然科学基金重大基金1 项主持国家基础研究计划“973”二级课题8 项主持和参加国家高科技计划“863”项目1 项主持和参加国家科技攻关项目1 项国家杰出青年科学基金2 项主持国家自然科学基金面上项目35 项主持教育部博士点基金4 项主持北京市自然科学基金1 项主持“铁道部
－清华大学科技研究基金”1 项主持博士后科学基金2 项主持国际合作项目33 项主持横向协作项目100 项3．研究成果2006 年，本实验室规范了学术论文的署名，发表学术论文507 篇，其中国际期刊30 篇，国内重要期刊203 篇，国际会议论文102篇。出版专著 2 部。获国家授权发明专利10 项，实用新型专利 2 项。在科研获奖方面，获国家科技进步二等奖1 项（已过公示期），获省部级科技一等奖 2 项、二等奖2 项、三等奖3 项。其中，由岳光溪、李政、倪维斗教授负责的“循环流化床锅炉本体和动态仿真关键技术的研究及产业化”获教育部提名国家科技进步一等奖，2006 年通过国家科技进步二等奖评审，已通过公示期；关志成教授等参加完成的“我国第一条750kV 输变电示范工程及其关键技术研究”获2006 年中国电力科技一等奖；康重庆、夏清、相年德教授等完成的“序列运算理论研究及其在电
力系统中的应用”获2005 年北京市科学技术奖二等奖；孙宏斌、张伯明教授等参加完成的“基于软分区的网省级电网无功电压优化控制系统”获2006 年中国电力科技二等奖。2006 年完成的几项重大研究成果简介如下：2006 年，由我实验室完成的重大研究成果“循环流化床锅炉本体和动态仿真关键技术的研究及产业化” 获
教育部提名国家科技进步一等奖，通过国家科技进步二等奖评审，已通过公示期。该成果在国际上率先提出和实现了用包含四种主要机制的一套机理动态方程描述循环流化床全工况动态特性的方法，继提出了解决实时仿真中多工况精确吻合的主导因素建模方法，2003 开发出国际首台135MW再热循环流化床电站动态仿真装置之后，已在五台仿真装置中应用，建立了能够较准确计算冷却介质流量及其对透平效率影响的现代燃气轮机设计和变工况性能计算模型，且得到了工业数据的验证，具备了定量分析了再热及非再热现代燃气轮机实际循环特性的能力，并且在国际著名燃气轮机公司应用。提出了中国条件下，多联产系统的初步技术、经济特性和变工况特性数据以及我国发展多联产系统以及减排二氧化碳的战略路线。2006 年，由我实验室与上海市电力公司合作完成的“/-50Mvar 先进静止无功发生器”在上海
西郊变电站投运，通过72 小时的负载考验，并通过国家电力公司的验收。验收意见认为具有全部自主知识产权，达国际先进水平，部分研究国际领先。该成果并不是已有成果20Mvar STATCOM 的复制和放大，而是用10 个变流模块串连组成一相，具有两个冗余模块可以自动退出从而大大提高可靠性，
快乐大本营2005年
也可以分相运行应对不对称运行。该成果的成功投运标志着世界大功率的两种STATCOM 结构（链式和变压器组合式）的工业技术已由中国掌握。2006 年，由我实验室与国电南京自动化有限公司合作完成的“1250kW 高压大容量变频调速装置”投入现场使用，并通过了教育部和中电联联合举行的技术和产品鉴定。这是国内首次实现1250kW/6000V 高压大容量三电平变频器的现场运行。该研究在高压大容量电力电子变换器关键技术上取得了突破性进展。鉴定意见评价为：该产品填补了国内空白，整体技术达到国际先进，部分技术达到国际领先水平。取得了21 项具有自主知识产权的专利技术，已申报并受理了八项国家发明专利和 4 项软件著作权。对我国发展高压大容量变频器，加速电机系统节能具有重要意义。二、学科建设、队伍建设和人才培养1、学科建设2006 年电气工程一级学科参加了全国一级学科评估，并再次获得同类学科全国第一，清华大学2006 年共参评一级学科19 个，其中8 个一级学科获得全国第一。2006 年清华大学的保密认证体系顺利通过了北京市军工保密认证委员会的检查和审查，电机系作为全校8 个承担国防军工项目之一的单位接受了检查，清华大学从此获得承担国家国防军工项目的资格，为本实验室在国防军工方面争取国家项目奠定了基础。2、队伍建设2006 年，卢强院士当选瑞典皇家工程科学院外籍院士（Foreign Member of the Royal Swedish Academy of Engineering Sciences），关志成教授改任中国电工技术学会副理事长，孙元章教授担任2006 年度国家科技奖评委，赵争鸣教授获北京市教育创新标兵称号。2006年，实验室采取了如下措施，进行创新团队和青年学术带头人的建设，取得了实效。（a）通过973 等重大项目的协同式，对实验室各学科方向进行了整合，申请了教育部创新团队“大容量先进输电与电网安全”，获得批准。学术带头人梁曦东，
研究骨干及团队成员：韩英铎、卢强、梅生伟、何金良、刘文华、董新洲、袁建生、周远翔、姜齐荣、曾嵘、沈沉、鲁宗相、宋强、胡伟。（b）继续重视实验室年青学术带头人的培养，2006 年在研国家杰出青年基金2 人：何金良（2005-2008 年）、梅生伟（2006-2009年）；在研的教育部新世纪人才3 人：周远翔、孙宏斌、曾嵘；孙宏斌教授获得清华大学学术新人奖和霍英东教育基金会青年教师奖，康重庆教授获得霍英东教育基金会青年教师优选课题资助，于歆杰副教授获得北京市科技新星计划资助，（c）提供良好
的科研环境，加大吸引国外优秀人才的力度，使某些学科领域的研究水平迅速达到或者接近国际先进水平。2006 年9 月11 日电机系召开教授会，对拟以quot百名人才计划quot引进的江伟华博士进行了面试，教授会投票通过了对江伟华的引进并上报学校，2006 年底清华大学职称聘任委员会通过了对江伟华教授职称的评审，江伟华博士目前在日本长冈技术科学大学担任副教授，研究方向为离子体、激光技术和脉冲功率技术。2006 年9 月聘请了美国加州旧金山大学工学院主任刘诗圣教授做了“美国能?床抗ひ灯拦乐行募跋喙啬茉凑 呒蚪椤钡难 醣ǜ妫 ⑵盖肓跏 ソ淌诶 醚 跣菁偾袄唇 形 诎肽甑暮献餮芯浚 Ｍ 馄盖肓跏 ソ淌谖 呒斗梦恃д撸 梦适奔湮?2007 年 1 月至 6 月。（d）开始在电机系范围内启动了“青年教师创新基金”，启用年轻教师李国杰、毕大强、高胜友担任三个实验平台主任，进一步加强青年教师的培养。3、人才培养2006 年，本实验室继续发挥人才培养方面的优势。实验室邹小兵的博士论文“喷气式Z 箍缩等离子体实验研究”获得全国百篇优秀博士论文。由孙宏斌教授、姜齐荣教授主
讲的专业基础课《电力系统分析》荣获国家精品课及北京市精品课称号。陆文娟教授获得宝钢教育奖。《电工技术与电子技术》、《电路原理》、《电力系统分析》、《高电压工程》四门课程荣获清华大学精品课程称号。于歆杰、王树民、陆文娟等负责的“在《电路原理》课程中实践研究型教学”以及梁曦东、周远翔等负责的“《高电压工程》课程建设”2006 年分别获清华大学教学成果一等奖。电机系以全校总评第一的成绩蝉联社会实践标兵分团委的称号。刘瑛岩获得清华大学青年教师教学优秀奖。实验室在研究生培养方面也取得了成绩。本年度已培养毕业硕士生148 名，毕业博士生60 名，在读博士生231 名，在读硕士生245名，出站博士后9 名，在站博士后26 名。实验室已成为培养高层次人才的重要基地。三、大型实验平台的建设2006 年，实验室平台建设取得了突破，是本实验室年度工作的重要特，建成或扩建了一些重要的实验平台，对实验室的可持续发展意义重大。1、分布式独立电力系统在清华大学211 二期建设中，本实验室的大型实验平台也得到了大力支持，“分布式独立电力系统”建设获得国家211 平台建设经费1300 万元，该平台已于今年完成建设。该项目是继“电力系统动态模拟实验平台”之后的又一大型综合性试验研究基地。该实验平台将重点解决“分布式独立电力系统”中的新型分布式发电、电力电子功率变换、固态开关与保护、独立电网的能量管理与稳定性控制、高功率密度电力推进与牵引、电力储能与电能质量控制、电力通讯、电磁环境等一系列电气工程中的基础理论与关键技术的实验条件保证问题，从而形成一套系统的模块化分布式独立电力系统研究和实验平台，为科学研究和人才培养创造良好条件，为承担更多的国家重要任务提供必要的基础保证条件。完成的建设内容分以下三部分。一、电力系统动态模拟实验室的扩建电力系统动态模拟实验室扩
爱像一颗子弹
建的部分是分布式独立电力系统中的重要组成部分，2006 年开展了下述几方面的工作。1）新能源发电与分布式电力系统新能源发电与分布式电力系统包括光伏并网发电平台和风力发电平台的建设，2006 年 5 月光伏发电平台调试成功，7 月并网发电，将太阳能转换为电能反馈给电网，并完成了上位机显示功能。风力发电模拟平台进行了调试，模拟风电原动机控制功能已经调试成功，完成了模拟风力机输出不同转矩的控制，双馈电机控制调试转子交流电流的变频控制，完成了在不同转速下，双馈电机能够输出稳定的频率和电压。风力发电模拟平台的并网调试、各种风况下的模拟还需进一步完成。光伏发电平台与
核反应堆的慢化剂
风电模拟平台和动模实验室原有的数字控制中心的通讯还有待完成。2）多馈路直流输电系统模拟对所设计的直流输电平台进行了调试，进行了整流端恒直流电压控制和无功功率控制的调试，对逆变端进行了有功功率和无功功率解耦控制的调试。初步实现了直流输电系统两个换流站之间功率互送、双向流动的功能，实现了有功、无功四象限运行的功能，最大测试输送功率达到5 千瓦。今后，直流输电平台运行的可靠性还需进一步完善。3）广域相量量测技术（WAMS）的电力系统动态安全检测购买了美国许继公司的广域向量量测（WAMS）系统，相角测量单元PMU 的调试于2006 年9 月基本结束，试运行半年以来运转情况良好。引进了加拿大PowerTech 公司的动态电力系统分析软件包（DSA），包括国际通用软件TSAT 暂态稳定仿真、VSAT 电压稳定分析、SSAT 小扰动分析、PSAT 潮流计算等先进软件，提供了离线运行版和在线运行版，离线运行版提供的是网络狗，允许10 个用户
bpr
大众传播对社会的影响同时使用，目前已经在实验室网上运行，为多个课题组的研究提供软件服务，在线运行版在动模实验室运行，但由于数据接口原因尚未使用。动模WAMS 系统已经在承担科研任务和教学研究中体现出重要作用，为自然基金重大项目、973 项目以及从事WAMS 的研究提供了很好的实验平台，为动模实验提供了优秀的监测手段，在申请和承担国家重点工程项目首钢搬迁工程的电网安全分析项目《首钢京唐钢铁公司钢铁厂项目电网分析及动模试验研究》中也起到了重要作用。二、电力电子变流系统实验室该实验室是分布式独立电力系统的重要组成部分，目的是建造一个能够开展独立电力（电源）系统研究的实验系统，2006 年是实验室建设阶段。实验室由独立电力系统、控制与仿真和高压大容量电力电子等部分组成，着重于器件与装置级的研究，实验电压等级由几百伏到十千伏，功率由几个千瓦、几十个千瓦到几百个千瓦。独立电力系统部分是由两条交流母线和两条直流母线组成的交直流混合电网，可进行高速/变速发电机系统、电力电子功率变换与变频调速驱动系统装置以及电力储能控制等试.
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