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电力系统计算分析和参数辨识

1)在电力系统稳定分析的直接法方面,参加国家自然科学基金委重点项目“电力系统安全控制的新理论和新方法研究”和973项目的研究,基于非线性动力系统稳定域的拓扑结构,根据稳定边界是由该稳定边界上的所有不稳定平衡点的稳定流形的并集构成的这一基本前提,提出了非线性动力系统的伴随系统理论,建立了经典电力系统模型下故障后主导不稳定平衡点计算的新方法,可用于对电力系统正常运行稳定域边界上不稳定平衡点和故障下主导不稳定平衡点快速求解;提出了一种基于奇异偏微分方程描述的主导不稳定平衡点处稳定边界二次型近似方法和对稳定边界近似效果进行估计的特征不变流形理论;提出了一套基于非线性系统稳定边界的拓扑结构的电力系统切机/切负荷的互联电网紧急控制方案。

2) 在电力系统安全稳定性的在线评估方面,参加国家自然科学基金委重点项目“高温超导电力技术的应用基础研究”,根据超导储能技术(SMES)具有的灵活快速的有功和无功调节能力以及小能量大输出功率的特点,提出了一种基于信号激励的电力系统小扰动安全在线评估方法:利用SMES装置作为扰动功率源,周期性地向电力系统注入特定的小扰动功率信号以激励系统的响应,然后通过监测和分析系统对于扰动的响应信号,获得系统振荡模式的阻尼和频率信息以及其随系统运行方式变化的趋势特点,从而实现对系统小扰动安全状态的评估,并避免了模型和参数的不准确对于评估结果的影响。在国家重点实验室的动态模拟实验室中进行的物理模拟试验证明了该方法原理的可行性。

3)在电力系统可靠性分析方面,广泛开展了大电力系统充裕度评估、概率安全性的风险分析、配电系统可靠性评估、发电厂及变电站主接线可靠性评估、核电厂外电网可靠性分析等方面的研究。主持的“江苏田湾核电站外部电力系统运行可靠性分析”,“发电厂变电所电气主接线可靠性评估软件的开发及其在龙滩水电厂的应用”项目都通过了教育部的技术成果鉴定,结论均是成果达到了国际先进水平。目前,电气主接线可靠性评估软件已经在国内9家大区及省电力设计院得到推广应用,应用工程超过30个。核电厂外电网可靠性分析已经在4个核电厂得到推广应用,超过我国已投产核电厂的50%,所提出的计算分析方法成为正在修订的核电厂接入系统设计规范中的推荐计算方法。大电网充裕度及概率安全性综合分析软件成为南方电监局的年度安全报告的理论支撑工具。

4)在分布式能源及并网研究方面,在2002年完成的“大型风力发电场接入电力系统问题的研究”课题中,全面开展了风电对电力系统影响、风电场最大接入容量、超导储能改善风电场稳定性能以及运用概率方法研究风力发电对电力系统潮流、电压稳定、经济运行、发电可靠性等方面影响的研究。研究发现“风电场短路容量比”较“风电穿透功率极限”指标更具有现实意义,是影响风电场建设规模及风电场正常运行的重要参数。提出了适合我国电网情况的短路容量比为≤10%的重要指标,该项目荣获2005年度中国电力科学技术奖三等奖。在2004年开始进行的“北京市分布式能源并网运行的研究”项目中,结合北京市状况首次制定了分布式电源并网运行的技术条例草案,项目鉴定意见认为所提出的并网条例草案具有创新意义,属国内首创。

5)在电力系统参数辨识方面,建立了适合电力系统数学建模和参数辨识的理论和方法,继续深入地开展了励磁系统、发电机、原动机及调速系统、负荷四大参数辨识和动态建模这一基础性研究。该项目先后获得19951999年的国家自然科学基金攀登B19992001年校重点基金、20012002年获校基础基金和 2005年国家重大自然科学基金的资助。在电力系统数学建模上已形成从理论研究、分析软件、测试装置、工业试验、稳定分析、校核论证等系统性的理论和方法。成果已推广到全国十几个省、网电力系统,以清华为主办单位召开过6届专题研讨会,获得较大影响。科研成果已通过5项鉴定,获得1项专利、1项国家科技进步奖、5项省部级科技进步奖。专家评价为技术先进、方法完整,效益显著,既有理论意义又有推广应用价值,是一项有较大难度的跨学科项目,达到了国际先进水平。目前该研究内容已在全国电力系统全面开展研究。

本研究方向“十五”期间代表性成果有:

1. 可靠性领域的学术专著,已经出版的有《可靠性工程原理》(郭永基,2002),《电力系统可靠性分析》(郭永基,2003),即将要出版的有《电厂事故的可靠性预测与防范》(鲁宗相)。

2. 周双喜,电力系统电压稳定性及其控制,中国电力出版社,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. 侯凯元,闵勇,张瑞琪,电力系统暂态稳定域边界局部近似方法的研究,中国电机工程学报,v 24, n 1, Jan., 2004, p 1-5(EI 04208164901)

5. Min Yong, Lin Zifeng, Qiao Jiageng, and Jiang XiaohuaOn-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,鲁宗相,周双喜, 风电场发电容量可信度研究,中国电机工程学报, 200525(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. 周双喜,吴畏,吴俊玲,安宁, 超导储能装置用于改善暂态电压稳定性的研究,电网技术, 200428(4), EI 04248210145

10. 吴俊玲,周双喜,孙建锋,陈寿孙,孟庆和, 并网风力发电场的最大注入功率分析,电网技术, 200428(20), EI 05018767823

11. 鲁宗相,郭永基, 发输电概率安全性评估基本框架的研究,电网技术, 200428(7), EI 04248210098

12. 王志群, 朱守真, 基于时域分段线性多项式法的大型汽轮机建模和参数辨识,中国电机工程学报, 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.