1) 電力系統安全控制方向

本研究方向包括電力系統穩定控制、經濟運行及複雜性系統的科學研究工作，在該方向上“十五”期間主持完成了國家傑出青年基金項目“電力系統安全與經濟綜合控制理論與應用研究”、海外青年學者合作基金項目“靈活交流輸電系統的先進控制理論研究”、973子課題“電力系統實時分析與決策系統研究”，同時還組織申報并主持國家自然科學基金重大項目“電力系統廣域安全防禦基礎理論及關鍵技術研究”、二期973子課題“電力受端系統的動态特性及安全性評價的基礎研究”、國家自然科學基金面上項目“含多饋入直流系統的互聯電網的穩定分析性和控制”。

電力系統穩定控制及經濟運行一直是電力系統最重要的研究方向之一。本研究方向針對目前在電力系統穩定性分析與控制中存在的問題，結合電力系統的能量描述和Hamiltonian系統理論，提出了基于能量的電力動态系統建模、快速穩定性分析、魯棒控制設計以及電力系統安全性與經濟性綜合控制設計框架。建立了能考慮複雜動态與控制對電力系統暫态穩定性影響的快速穩定性分析的Lyapunov函數，提出了能考慮發電機控制與網絡控制的、在嚴格意義下的魯棒控制設計理論與方法，将電力系統穩定性分析與控制研究建立在統一的帶耗散的受控Hamiltonian系統框架下。在此基礎上，提出了含FACTS裝置的最優潮流控制方法理論研究、FACTS裝置提高電力網絡可用傳輸容量的理論研究、含FACTS的電力系統中最佳金融性輸電權的理論研究以及複雜電力系統中含FACTS裝置的端口受控哈密爾頓（Port- Controlled Hamiltonian －簡稱PCH）系統建模和FACTS裝置的控制設計理論與方法等。同時在該系統的框架下，基于最大相容集，提出了一類動态安全調度的新算法，解決了動态安全約束過強導緻優化問題不可行及預防控制的經濟性代價過高等困難。為電力系統安全性與經濟性綜合控制研究确定了基本框架。為了将理論研究成果應用于實際電力系統中，在完成電力系統動态模拟實驗室的數字化改造的基礎上，完成了電力系統廣域相量量測系統（WAMS）的研究與開發，這也是國内第一個擁有WAMS的動态模拟實驗系統。

2) 電力系統繼電保護方向

繼電保護研究方向的研究重點集中在以故障暫态行波的分析與應用、小波變換應用、輸配電線路無通道保護等方面。圍繞這些研究，先後承擔多項國家自然科學基金項目和973子課題，發表論文70餘篇，獲授權國家發明專利7項，獲北京市科學技術獎二等獎一項。具體内容有：

提出了基于電流行波和小波變換的輸電線故障測距原理和單端電氣量組合故障測距算法，研制出測距裝置XC－11和故障錄波與測距裝置HPR－7000并已投入實際應用。鑒定結論為：主要技術性能達到國際先進水平，其中單端電氣量組合故障測距算法居國際領先水平。

發現并證實了中性點不接地系統發生單相接地後所出現的暫态行波幾乎不受中性點運行方式的影響，據此提出行波選線原理并研制出裝置SL－01，已實用。鑒定結論為：主要技術性能達到國際先進水平，其中在采用行波選線原理和兩相電流實現接地選線方面居國際領先地位。

研制成功了暫态行波保護測試儀TPTP01，為行波類故障檢測與保護裝置研制奠定了基礎。2005年12月通過教育部鑒定，鑒定結論為：填補了國内外行波測試手段的空白，屬國際領先水平。

研究了二次擾動信息（線路故障後由于開關開斷所産生的開關動作信息）并提出了基于開關動作信息的輸配電線路無通道保護思想、原理和算法，研制出系列無通道保護裝置。其中T接無通道保護的鑒定結論為：無通道保護屬世界首創，其主要技術性能達到了國際領先水平。

針對特高壓輸電線路的線路阻抗和故障距離的非線性特性，提出了具有抗分布電容能力的接地距離保護新原理。

深入開展故障行波的小波分析，提出以波阻抗方向繼電器為代表的現代行波保護原理。已經研制出原理樣機，有望在光互感器應用、小波變換應用和暫态行波故障信息的挖掘與應用方面實現突破，進而實現行波保護的實用化。

本方向的研究成果已受到國際上大型電力設備制造公司的認可和關注，在“十五”期間本研究方向先後與英國阿爾斯通公司簽訂了4項技術開發合同，合同到款金額25萬英鎊（約合人民币375萬元），2005年與法國AREVA公司以聯合研究中心的形式簽訂了持續8年、總金額55萬英鎊以上的長期合作協議。

本研究方向“十五”期間代表性研究成果有：

1. Cheng Daizhan，Sun Yuanzhang，Shen Tielong，Advanced Robust and Adaptive Control Theory and Applications，Tsinghua Press，2005.5

2. Sun, Y.Z., Li, X., Zhao, M.,et al. New Lyapunov function for transient stability analysis and control of power systems with excitation control. Electric Power Systems Research, 2001, 57(2): 123-131. EI 01226526253  SCI: 430WY

3. Sun, YZ, Cao, M, Shen, TL, et al. Passivation controller design for turbo-generators based on generalised Hamiltonian system theory. IEE P-GENER TRANSM D, 2002, 149 (3): 305-309. EI: 02256980201  SCI: 562ZX

4. Y.Z. Sun, Q.J. Liu, Y.H. Song,et al. Hamiltonian modeling and nonlinear disturbance attenuation control of TCSC for improving power system stability. IEE P-GENER TRANSM D, 2002, 149(4): 278-284. EI: 02427150814 SCI: 600KR

5. Q.J.Liu, Y.Z.Sun, T.L. Shen and Y.H. Song. Adaptive nonlinear co-ordinated excition and STATCOM controller based on Hamiltonian structure for multimachine-power-system stability enhancement. IEE Proc.-Control Theory Appl., 2003, 150(3): 285-294. EI: 03287536958  SCI: 693CZ

6. Maohai Wang, Yuanzhang Sun. A practical, precise method for frequency tracking and phsor estimation. IEEE Transactions on Power Delivery, 2004, 19(4): 1547-1552. EI: 04468458027  SCI: 859OU

7. Peng, Jiangnan; Sun, Yuanzhang; Wang, H.F. Co-ordinated emergency control of generator-tripping and SMES based on Hamiltonian system theory. International Journal of Electrical Power and Energy Systems, 2005, 27(5-6): 352-360. EI: 05219111706 SCI: 932AB

8. Xiaohong Jiao, Yuanzhang Sun, Tielong, Shen, TL. Adaptive Controller Design for a Synchronous Generator with Unknown Perturbation in Mechanical Power. International Journal of Control, Automation and Systems, 2005, 3(2): 308-314. EI: 05279189455  SCI: 930UM

9. Dong xin zhou, Surge impedance relay, IEEE Transaction on Power Delivery, 2005.4, SCI 912RCI

10. 董新洲, 配電線路暫态行波的分析和接地選線研究, 中國電機工程學報, 2005.2, EI 01386652683

11. 董新洲, 特高壓輸電線路繼電保護特殊問題的研究, 電力系統自動化, 2004.11, EI 05048803515

12. 董新洲(1)，基于小波變換的輸電線路暫态行波分析和故障測距理論研究，2004年，北京市科學技術獎二等獎

13. 董新洲，輸電線路數字式行波保護方法及其繼電器與保護系統，2004.3.10，中國發明專利ZL 01143449.X

14. 董新洲，配電網繼電保護與故障定位系統， 2004.9.15，中國發明專利ZL 01130657.2