研究生暑期学校(电气工程)总结.doc

2012年研究生暑期学校（电气工程）总结
寇水潮--2012年7月21日
本周学习内容：
参加西南交通大学承办的以“电气工程前沿技术”为专题、为期一周的全国研究生暑期学校，主要是跟来自全国不同高校的研究生、大三本科生一起上课交流，给我们上课的是不同高校的教授或者研究所的院士。每天培训时间大概为9小时，上午和下午分别是3.5小时的上课时间，晚上2小时的学术讨论。

1、 教授作报告时涉及到的研究课题

² 《智能电网能量管理与运行控制》 清华大学 张伯明教授
1） EMS及其面对的挑战
ü 为什么需要EMS
EMS（Energy Management System）三大目标：安全、经济、优质。
EMS是电网调度控制中心的自动化系统，实施对电网的能量管理和运行控制，保证电力发用平衡，实现不同电源之间的协调运行。
电网是一种要求能量处处瞬时平衡巨型能量流系统，EMS统领信息流、调控能量流。
ü EMS发展历史
第一阶段：1969年以前，初期EMS：数据采集和监控为主（SCADA）为主；没有实时网络分析；网络分析主要依靠离线计算。
第二阶段：1970年至今，传统EMS
ü 传统EMS存在的问题
国际上EMS已相当成熟，是否还需发展？
814美加大停电大停电是电力系统的重大事故，它产生的原因和后果繁多。找时间总结下近几十年来的大停电情况。
给人们敲响了警钟，结论：MISO控制中心的EMS中的状态估计器和实时事故分析工具在事故发生时间实际上退出运行，使得MISO在事故发生时不能快速进行电力系统事故前的可靠性预警评估。该停电事故暴露出传统EMS的问题是，缺少自动预警机制、全局协调和相继开断的控制。
电网规模扩大，“量变”引起“质变”；电网变化规律复杂；对全局电网的知晓困难；对全局电网的评估困难；对全局电网的调度控制更困难……
ü 能源清洁化变革带来的挑战
如何消纳大规模间隙式可再生能源发电？
如何支撑未来电动汽车的广泛随机接入？
如何保障智能电网运行的安全可靠性？
2） 智能电网EMS需要解决的科学问题
ü 共性基础问题
显著多样性：接入电源多样性、接入负荷多样性、电网形态多样性、信息环节多样性
新电源和新负荷接入电网，引入了间歇性和不确定性，如何从空间和时间上协调？
ü EMS研究的关键科学问题
源——网——荷的自律协同性，包括“源——荷”自律、“源——网——荷”的协同、EMS的适应。新EMS的新形态为“分布自治、集中协调”，目标是使传统能源、新能源和负荷协调互动，并增强电网抵抗能力。
3） 研究内容和方法
4） 新EMS的效果
5） 结论
ü “能量管理和运行控制”是智能电网研究中的关键环节
ü “源——网——荷自律协同性”是研究中的关键科学问题
ü 源荷自律、源网荷协同、EMS适应是需要研究的三个层面
ü 新一代EMS的形态是“分布自治——集中协调”

² 《输变电设备物联网关键技术》 重庆大学 廖瑞金教授廖教授在授课前给我们谈了很久教育，他说上大学的三大目的排序应为：先做人，后自学能力，再一门知识。哲学是社会知识的浓缩，如果有哲学色彩的写作能力就好了。

1） 智能电网发展对电力物联网的需求
ü 智慧的地球=物联网+互联网
ü 物联网概念：（Internet of Things）技术层面上，物体通过智能感应装置，经过传输网络，到达指定的信息处理中心，最终实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。
ü 智能电网是物联网重要的应用领域。为何这么说

ü 电力物联网技术：通信技术、计算机技术、电力电子技术、传感技术
2） 物联网的要素与特征
ü 三要素：全面感知（RFID、二维码、传感器等）；可靠传递；智能处理
ü 特征：泛在化、智能化
3） 电力物联网的主要内容
ü 电网广域信息的测量
“五遥”：遥测、遥信、遥控、遥视、遥调
35KV以上电网测量：光纤网络；10kv配网及农网测量：无线传感网络。
ü 多元发电系统信息监测与优化控制
常规机组：快速调节、深度调峰
新能源发电系统：气象数据
ü 输变电设备安全监测与智能评估
ü 电力资产全寿命周期管理
ü 智能用电系统与优化管理
e.g：智能电表
4） 输变电设备物联网的关键技术
ü 输变电设备物联网体系架构及全景信息模型
存在的技术问题：多源异构输变电设备信息的规范与扩展问题
ü 输变电设备物联网的通信模型与接口体系架构
ü 输变电设备一体化智能监测装置
输变电设备物联网分布自治监测与一体化标准问题
如何获得特征量和感知？
监测的特征参量及传感技术？
ü 输变电设备全景信息合成
输变电设备多源异构全景信息的融合及无缝集成问题
ü 输变电设备全寿命周期管理系统
ü 输变电设备物联网应用标准与规范
5） 输变电设备物联网的技术方案
ü EPC代码
ü 异构通信网：光纤、载波、无线网

² 《广域同步相量测量（WAMS）技术及其在保护控制中的应用》
华北电力大学 毕天姝教授
1） 广域测量系统基本组成
2） PWU的主要技术问题
ü WAMS的组成：数据采集单元、时间同步装置、数据集中处理单元
ü 同步采集
同步测量定义：使异地信号相差1微秒，对50HZ信号，则1微秒/20毫秒*360度=0.018度，而实际中相邻几百公里的两变电站相角差不超过2度没搞明白
。
ü 相量计算：过零点计算、DFT算法
ü PMU性能检测及轨迹精度提升

² 《风电发展及并网技术》 中国电力科学研究院 姚良忠博士
1） 发电发展现状
ü 背景：能源需求加倍、节能减排、提高效率
ü 海上风电&陆上风电
ü 中国有6个陆上风电基地，每个容量10GW。
2） 技术问题和挑战
ü 风功率波动
ü 频率控制、无功/电压控制
ü 风功率的反调峰特性
ü 恒速风机：发有功、消耗无功
双馈风机：发有功、可发可耗无功
直驱风机：无功调节能力较强（优选）
3） 并网技术方案
ü 有功调节、故障穿越（低电压穿越、高电压穿越）、无功调节、电压频率运行范围
ü 并网技术方案：风电场经交流输电并网；风电场经交流输电并网并加并联无功补偿；风电场经高压直流输电技术并网
ü 无功补偿及控制：SVC、STATCOM
ü 直流输电基础：电压源型（IGBT损耗大，但无需附加无功控制回路，容量小）电流源型（需STATCOM无功补偿，容量大，但结构扩散，占地大）
4） 关键研发课题
5） 将来研发重点
ü 加快超高压交流及直流输电系统建设
ü 进一步发展坚强智能电网技术
ü 储能技术发展，主要以抽水蓄能为主
ü 风电同电网扩建协调同步发展
ü 风电上网前的并网认证
ü 智能优化调度
ü 风火打捆
ü 海上风电基地并网方案选项（空间、造价、性能），AC还是DC？
ü 超级海上电网 （Super Grid）

² 《风力发电接入电力系统科学技术问题的研究》
西安交通大学 张保会
1） 分布式能源发电：洁净煤发电；西南地区的水电；适度核电；可再生能源；燃气发电
2） 分布式能源特点：地理特性、随机性、不可储存性、低密度性、不可运输性
3） 分布式能源电力的特点：电厂不在负荷中心、单机容量小、发电功率大小的随机性
4） 电功率的实时平衡：
ü 两组相互独立的随机变量难以实时平衡
方法：一组随机变量叠加一组可控变量，形成跟踪另一组变量变化的可控变量
问题：随机变量和叠加的可控变量的比例多大才可能与另一组独立变量经济地平衡？
可控变量在正常状态下如何调用才能实时地与负荷变量经济平衡？
事故状态下如何控制随机变量、可控变量？
可控变量：可控电源包括水电、火电、抽水蓄能等；可控负荷包括热水器、空调、可中断负荷等。
5） 应当开展的研究
ü 在尽可能多地利用新能源的前提下，研究随机发电能力与可控发电能力随负荷发展的优化规划。
ü 在尽可能经济和安全的前提下，研究正常运行时最大限度地利用随机电能时的运行控制和调度问题。
ü 研究在电力系统遭受扰动以后保护系统安全退出运行的方法
分散式能源发展的优化规划及其可靠性评估
含有分散式能源的电力系统运行分析以及控制策略
含分散式电源的继电保护与安全自动装置

² 《分布式发电与微网发展及挑战》 天津大学 王成山
1） 分布式能源：风能、太阳能、海洋能、生物质能、天然气、其他形式新能源
2） 光伏建筑在王教授的ppt中，见到国外光伏别墅的照片，其屋顶是普通光伏板，侧面是彩色光伏板。传统光伏板都会影响美观，但这里的光伏建筑非常漂亮。如果以后都可以实现分布式电源、就地发电，那么电网不就会被淘汰了？它所带来的一系列问题就无需考虑了。

3） 并网的问题：
ü 电源特性决定：不可调度；功率波动（电源间歇性）；需要备用
ü 双向潮流导致：
4） 以分布式电源为单元的优缺点：
ü 优点：接入方便，运行简单
ü 缺点：系统故障退出运行，间歇性影响周边用户；能源综合优化困难，对电网运行调度提出挑战
5） 微网（MG）
ü 微网运行特性？
ü 微网优化设计？
ü 微网保护与控制？
ü 微网仿真：模拟仿真、数字仿真、混合仿真
ü 发展趋势：结构多样化、控制智能化、概念扩大化、功能复杂化

² 《高速铁路现状及交流电传动技术的发展与应用》
南车株洲电力机车研究所有限公司 丁荣军
1） 世界高速铁路的发展
ü 速度快，为减少空气阻力，火车头越来越尖
2） 我国轨道交通发展
ü 高铁、城轨、地铁、轻轨、磁悬浮
3） 高铁的十大核心技术：交流传动、高性能转向架、复合制动、自动控制及故障诊断、密接式车钩等
4） 交流传动技术：
ü 发展基础：电力电子、控制策略、计算机芯片
ü 列车网络核心技术：列车初运行技术、诊断技术、DTECS系统
ü 电磁干扰三要素：发射源、传播途径、敏感源
5） 列车运行控制系统
6） 新一代交流传动技术的发展
7） 传动技术在其他领域的应用：风力发电、电动汽车、光伏发电

² 《开关电源控制技术回顾与展望》 西南交通大学 徐建平教授
1) 开关DC——DC变换器控制
ü 本质：时间比率控制
ü 目标：输出电压精度；瞬态响应速度
2) 精度和速度往往是矛盾的
3) PWM：脉冲宽度调制；PFM：脉冲频率调制
4) 按占空比调制方式：后缘调制，前缘调制，双缘调制

² 《电力信息集成与智能电网》 湖南大学 曹一家教授曹教授是年轻的副校长，在这次授课中他给我们讲述了他的人生经历。他说他小学时跳一级、初中跳一级、大学跳一级。大学放假时到图书馆学习下学期课程，然后再下学期开学时就参加考试，最后学分修完后就申请课题准备毕业。他强调了自学成才的重要性，主动自学非常重要啊！

1） 背景
ü 典型大停电的原因：调度控制中心之间信息共享不充分，不能保证实时交互；故障时信息量大，通讯效率低，信息不能及时处理；监控方式单一，对多种信息源、控制中心仍为充分利用
ü 电网安全的挑战性：西电东送；全国联网；特高压输电；风电三峡
2） 电力信息集成
ü 综合能源及通信系统体系结构：更加强调电力、信息和控制三者的集成与融合，用信息流控制能量流，使电网具有自愈能力。
ü 电力系统运行控制：通信方式基于点对点
ü 变电站内信息获取方式的变革：传统电磁互感器→新型数字互感器
ü 电力信息集成的发展：变电站二次设备体系结构改变；变电站二次设备的功能调整；基于网络的数据交换和信息集成

² 《磁浮技术与磁悬浮列车》 西南交通大学 张昆仑教授现在磁悬浮列车没有推广，跟教授交流了下。他说，磁悬浮列车如果只运行于100km以内的线路，其费用太高，若让其运行于更长路程的话，很多乘客可能就会选择飞机了，这说明了磁悬浮有点像是介于高铁和飞机的交通工具。

1） 电磁悬浮原理
2） 永磁电动斥力悬浮
3） 超导电动斥力悬浮
4） 电磁吸力悬浮
5） 永磁混合吸力悬浮
6） 超导混合吸力悬浮
7） 轨道交通：
ü 轮轨交通：城轨、地铁、轻轨、单轨
ü 磁浮交通：常导高速、超导高速、低速、高温超导、永磁电动、永磁减裁
8） 磁浮交通发展
9） 超导电动悬浮磁浮列车

2、 本科生班学员交流
² 我的演讲内容：学生工作+科研经历+研究生生涯展望
ü 当我提到最近在做配网无功优化的项目时，班导师（西南交大在读博士）给我提到：无功优化的NP难找时间研究
。

² 其他15位学员的演讲内容：
ü 重大吴越：《基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测研究》&《基于IGBT的Marx发生器》，班导师建议做ppt时图比表好，表比文字好；让我们认真学习《线性系统和非线性系统》这本书找时间学习
。
ü 华科李成敏：谐波问题谐波问题无处不在，找时间总结下
，Labview编程，班导师建议可学习《电气测量与传感器》这本书，学习如何使用Labview制作虚拟仪器。
ü 华科鲁晓军：《MPT与ERPT无线电能传输之前有听过基于“磁共振”的无线电能传输，不知无线电能传输的发展前景如何？
原理及其应用研究》
MPT是微波式，ERPT是电磁式，微波式传输距离可达几公里，电磁式传输距离只有1-2m。提高传输效率的方法有：提高频率、线圈的优化设计（空心、形状、材料、磁场分析）、加入中继等等。
ü 川大王海冰：继电保护隐性故障
ü 川大刘畅：《智能电网的PMU优化配置方案》&《电力系统灾难性故障研究》，班导师举了两种智能优化算法优化概念可应用于很多方面，所以掌握已有优化算法或者开发新算法，针对不同问题运用不同算法。找时间学习
，包括粒子群算法和遗传算法。
ü 川大邱玉涛：《电压暂降引起的电能质量问题研究》了解到四川大学有个PQ实验室，专门研究电压质量的，貌似挺牛B。

总结：
为期一周的暑期学校已过去了4天，每天听着牛B的教授讲课，虽然很多听不明白的，但激发了我更强的求知欲和科研热情。电气学科尚有许多研究方向，有许多待解决的问题，作为研究生，如果能在其中某个小方面取得成效就很不错了。但，作为一个研0的学生，有太多的不足，仍需脚踏实地学习，在学习中去寻找问题，然后想尽一切办法解决问题。这几天的思考如下：
1、 我已经选择了电力系统这个方向，希望自己用接下来1-2年时间真正搞懂电力系统的知识框架和各种问题，同时跟着导师的指导专注于某些课题的研究。
2、 对于基础课程，例如数学、英语、物理，一定要扎实巩固。
3、 很多学科其实都是有联系的，例如电气化轨道，综合了电气、力学、材料学等等，所以对其他学科知识有所涉猎很重要。