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研究内容总体介绍

发布日期:2016-05-24    作者:CSPS

       为应对日益恶化的环境污染及能源供给安全问题,能源体系的深度转型和电力系统的低碳变革已成为我国未来能源战略必然要求。构建以清洁、高效、安全和可持续为主要特征的新型能源生产和消费体系,实现我国经济社会的可持续发展已成为国家发展目标。这为新时期下电力系统的建设与发展提出了新要求。

随着功率半导体器件技术的日益成熟与制造成本的不断降低,具有高度可控性的功率半导体器件被广泛应用在电力装备的设计与制造之中。这些高可控性的半导体化电力装备,也即电力电子化电力装备,为电力系统应对新时期变革提供了可能。如今,电力电子化电力装备已大量应用于从发电、输配电到用电的各种场合,不论是风电、光伏等可再生能源进一步大规模开发,还是交直流混合主干电网的逐渐发展和形成,以及负荷电能利用形式的进一步转变,电力系统电力电子化程度的不断加深已成为未来我国电力系统发展形态和格局转变的必然方向。未来我国电力系统将可能在局部电网甚至全网出现100%由电力电子化电力装备组成的电力系统。

电力电子化电力系统在并网装备及输电网络方面具有明显的特点,主要可归结为三点:

1)电力电子化电力装备的多尺度序贯调节特性;

(2)电力电子化电力装备的暂态控制切换特性;

3)电力电子化电力网络的柔性耦联特征。

       这些电力电子化电力装备特性与传统电力装备相比存在很大差异,使得传统电力系统控制和保护策略难以应对。而现阶段电力电子化电力系统中控制和保护问题的基础分析理论与方法仍空缺,尚未形成有效、可靠的控制与保护手段,相关电力电子化电力装备的设计与制造也存有较大不足,为我国电力系统的安全稳定运行带来了极大威胁。近年来,电力系统中由电力电子化电力装备参与的不明缘由振荡时有出现,电力电子化电力装备脱网事故频发,带来极大经济损失。综上所述,电力电子化电力系统的安全稳定运行问题必将成为国际能源及电力系统发展中面临的共性科学技术挑战,是国家竞争中的战略高技术制高点。

半导体化电力系统研究中心(Center of Semiconducting Power Systems, CSPS)应对电力系统这一历史性变革,以电力电子化电力系统稳定分析与控制、故障分析与保护中出现的工程实际问题为导向,坚持和推进基础理论创新,为我国电力系统的规划与运行以及相关电力装备的制造和设计提供理论指导与技术支撑。中心目前主要有设有两大研究方向:

1)电力电子化电力系统稳定性分析理论与控制方法

       主要研究内容包括:装备多时间尺度(机电、电磁)、多维度(幅值/相位)的小干扰动力学特性建模理论与方法;各装备多时间尺度、多维度、非连续的暂态物理特性描述方法;多类型电力电子化电力装备间动态相互作用机理及其对电力系统机电、电磁振荡特征影响分析;多尺度幅值、相位及其一体化的暂态稳定与非线性分析方法;多时间尺度、多维度的振荡辨识与广义稳定器设计方法;暂态优化控制理论与设计方法。

2)电力电子化电力装备/系统暂态故障分析理论与优化保护方法

       主要研究内容包括:具备暂态控制切换特性的电力电子化电力装备内部/装备间多类型储能元件多时间尺度应力分布演化与相互作用机理;电力电子化电力装备的暂态应力分析理论与选型/保护设计方法;用于系统故障分析的装备暂态外特性物理模型及其刻画方法;具备柔性耦联特征的电力电子化电力系统故障特征分布规律和演化机理;电力电子化电力系统的故障分析理论与继电保护新方法。



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