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研究方向簡介

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1)在電力系統穩定分析的直接法方面,參加國家自然科學基金委重點項目“電力系統安全控制的新理論和新方法研究”和973項目的研究,基于非線性動力系統穩定域的拓撲結構,根據穩定邊界是由該穩定邊界上的所有不穩定平衡點的穩定流形的并集構成的這一基本前提,提出了非線性動力系統的伴随系統理論,建立了經典電力系統模型下故障後主導不穩定平衡點計算的新方法,可用于對電力系統正常運行穩定域邊界上不穩定平衡點和故障下主導不穩定平衡點快速求解;提出了一種基于奇異偏微分方程描述的主導不穩定平衡點處穩定邊界二次型近似方法和對穩定邊界近似效果進行估計的特征不變流形理論;提出了一套基于非線性系統穩定邊界的拓撲結構的電力系統切機/切負荷的互聯電網緊急控制方案。

2) 在電力系統安全穩定性的在線評估方面,參加國家自然科學基金委重點項目“高溫超導電力技術的應用基礎研究”,根據超導儲能技術(SMES)具有的靈活快速的有功和無功調節能力以及小能量大輸出功率的特點,提出了一種基于信号激勵的電力系統小擾動安全在線評估方法:利用SMES裝置作為擾動功率源,周期性地向電力系統注入特定的小擾動功率信号以激勵系統的響應,然後通過監測和分析系統對于擾動的響應信号,獲得系統振蕩模式的阻尼和頻率信息以及其随系統運行方式變化的趨勢特點,從而實現對系統小擾動安全狀态的評估,并避免了模型和參數的不準确對于評估結果的影響。在國家重點實驗室的動态模拟實驗室中進行的物理模拟試驗證明了該方法原理的可行性。

3)在電力系統可靠性分析方面,廣泛開展了大電力系統充裕度評估、概率安全性的風險分析、配電系統可靠性評估、發電廠及變電站主接線可靠性評估、核電廠外電網可靠性分析等方面的研究。主持的“江蘇田灣核電站外部電力系統運行可靠性分析”,“發電廠變電所電氣主接線可靠性評估軟件的開發及其在龍灘水電廠的應用”項目都通過了教育部的技術成果鑒定,結論均是成果達到了國際先進水平。目前,電氣主接線可靠性評估軟件已經在國内9家大區及省電力設計院得到推廣應用,應用工程超過30個。核電廠外電網可靠性分析已經在4個核電廠得到推廣應用,超過我國已投産核電廠的50%,所提出的計算分析方法成為正在修訂的核電廠接入系統設計規範中的推薦計算方法。大電網充裕度及概率安全性綜合分析軟件成為南方電監局的年度安全報告的理論支撐工具。

4)在分布式能源及并網研究方面,在2002年完成的“大型風力發電場接入電力系統問題的研究”課題中,全面開展了風電對電力系統影響、風電場最大接入容量、超導儲能改善風電場穩定性能以及運用概率方法研究風力發電對電力系統潮流、電壓穩定、經濟運行、發電可靠性等方面影響的研究。研究發現“風電場短路容量比”較“風電穿透功率極限”指标更具有現實意義,是影響風電場建設規模及風電場正常運行的重要參數。提出了适合我國電網情況的短路容量比為≤10%的重要指标,該項目榮獲2005年度中國電力科學技術獎三等獎。在2004年開始進行的“北京市分布式能源并網運行的研究”項目中,結合北京市狀況首次制定了分布式電源并網運行的技術條例草案,項目鑒定意見認為所提出的并網條例草案具有創新意義,屬國内首創。

5)在電力系統參數辨識方面,建立了适合電力系統數學建模和參數辨識的理論和方法,繼續深入地開展了勵磁系統、發電機、原動機及調速系統、負荷四大參數辨識和動态建模這一基礎性研究。該項目先後獲得1995-1999年的國家自然科學基金攀登B、1999-2001年校重點基金、2001-2002年獲校基礎基金和 2005年國家重大自然科學基金的資助。在電力系統數學建模上已形成從理論研究、分析軟件、測試裝置、工業試驗、穩定分析、校核論證等系統性的理論和方法。成果已推廣到全國十幾個省、網電力系統,以清華為主辦單位召開過6屆專題研讨會,獲得較大影響。科研成果已通過5項鑒定,獲得1項專利、1項國家科技進步獎、5項省部級科技進步獎。專家評價為技術先進、方法完整,效益顯著,既有理論意義又有推廣應用價值,是一項有較大難度的跨學科項目,達到了國際先進水平。目前該研究内容已在全國電力系統全面開展研究。

本研究方向“十五”期間代表性成果有:

1. 可靠性領域的學術專著,已經出版的有《可靠性工程原理》(郭永基,2002),《電力系統可靠性分析》(郭永基,2003),即将要出版的有《電廠事故的可靠性預測與防範》(魯宗相)。

2. 周雙喜,電力系統電壓穩定性及其控制,中國電力出版社,2004,

3. Hou Kaiyuan, Min Yong, A New Method for Generation Shedding and Load Shedding in Power System Emergency Control, The 2nd International Conference on Electric Utility Deregulation, Restructuring and Power Technologies, DRPT 2004, 5-8 April, 2004, Hong Kong. (EI 04488685836)

4. 侯凱元,闵勇,張瑞琪,電力系統暫态穩定域邊界局部近似方法的研究,中國電機工程學報,v 24, n 1, Jan., 2004, p 1-5(EI 04208164901)

5. Min Yong, Lin Zifeng, Qiao Jiageng, and Jiang Xiaohua,On-Line Steady State Security Assessment of Power Systems by SMES, IEEE Transactions on Applied Superconductivity, Vol.15, No. 2, June 2005, p1923-1926(SCI IDS Number: 935FS, EI 05299228401)

6. 王海超,魯宗相,周雙喜, 風電場發電容量可信度研究,中國電機工程學報, 2005,25(10), 05289208274

7. Dai Jianfeng; Zhou Shuangxi; Lu Zongxiang, A new risk indices based under voltage load shedding scheme, 2005 IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and Exhibition: Asia and Pacific , 2005, EI 064810276811

8. Lu Zongxiang; Meng Zhongwei; Zhou Shuangxi, Cascading failure analysis of bulk power system using small-world network model, 2004 International Conference on Probabilistic Methods Applied to Power Systems, 2004, EI 04358328932

9. 周雙喜,吳畏,吳俊玲,安甯, 超導儲能裝置用于改善暫态電壓穩定性的研究,電網技術, 2004,28(4), EI 04248210145

10. 吳俊玲,周雙喜,孫建鋒,陳壽孫,孟慶和, 并網風力發電場的最大注入功率分析,電網技術, 2004,28(20), EI 05018767823

11. 魯宗相,郭永基, 發輸電概率安全性評估基本框架的研究,電網技術, 2004,28(7), EI 04248210098

12. 王志群, 朱守真, 基于時域分段線性多項式法的大型汽輪機建模和參數辨識,中國電機工程學報, 2003.4, EI 03347606208

13. Shi Zhenhui, Zhu Shouzhen ,On-line identificating of the percentage of dynamic component in composite load, AUPEC’04 Australia,2004.

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