貴州電氣工程之電氣工程與智能電網(wǎng)亟需攻克的五大核心技術

貴州電氣工程之電氣工程與智能電網(wǎng)亟需攻克的五大核心技術

貴州電氣工程根據(jù)國家重點研發(fā)計劃“智能電網(wǎng)技術與裝備”重點專項的部署，電氣工程與智能電網(wǎng)領域目前亟需攻關的重大課題包括：大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)消納、大電網(wǎng)柔性互聯(lián)、多元用戶供需互動用電、多能源互補的分布式供能與微網(wǎng)、智能電網(wǎng)基礎支撐技術。上述五大核心技術涵蓋了23個細分的重點研究方向，皆可作為電氣工程專業(yè)研究生的論文選題方向。

大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)消納

1.1大容量風電機組電網(wǎng)友好型控制技術

針對大規(guī)模風電接入后電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行需求，研究大容量風電機組的電網(wǎng)友好型發(fā)電控制技術。包括：典型雙饋和直驅(qū)風機寬頻動態(tài)特性及量化分析方法；風力發(fā)電機組對電網(wǎng)慣量和一次調(diào)頻支撐的優(yōu)化控制技術；風力發(fā)電在電網(wǎng)次/超同步頻率的動態(tài)特性優(yōu)化控制技術；電網(wǎng)故障暫態(tài)過程中風力發(fā)電設備支撐電網(wǎng)電壓和頻率的優(yōu)化控制技術；不同電網(wǎng)運行條件下風力發(fā)電機組的載荷分析及穩(wěn)定優(yōu)化控制。

1.2分布式光伏多端口接入直流配電系統(tǒng)關鍵技術

研究分布式光伏多端口接入直流配電系統(tǒng)的集成優(yōu)化技術及裝備，提高規(guī)?；⒏邼B透率分布式光伏并網(wǎng)消納能力。包括：分布式光伏多端口直流變換器的拓撲結(jié)構(gòu)、參數(shù)、與系統(tǒng)的相互影響；中壓或低壓直流并網(wǎng)的分布式光伏系統(tǒng)集成和工程設計技術；中、低壓光伏多端口直流變換器研制；含高比例分布式光伏的直流配電系統(tǒng)控制、保護和運行技術；MW級實證平臺總體方案、關鍵技術及裝備實證研究。

1.3促進可再生能源消納的風電/光伏發(fā)電功率預測技術

研究面向電力生產(chǎn)部門和風電/光伏場站的一體化功率預測和優(yōu)化調(diào)度技術，以提升風電/光伏等新能源發(fā)電功率預測水平，提高預測結(jié)果在可再生能源發(fā)電調(diào)度中的應用程度，促進可再生能源消納。包括：針對中長期調(diào)度的電量預測和考慮風電/光伏發(fā)電季節(jié)性及隨機性的年月調(diào)度方法；針對日前日內(nèi)短期調(diào)度的概率預測技術和多空間尺度短期功率預測技術；考慮資源關聯(lián)性等因素的風電/光伏超短期功率預測技術；考慮預測不確定性的風電/光伏風險調(diào)度決策方法；應對風險的備用容量優(yōu)化配置與緊急控制技術。

消納大電網(wǎng)柔性互聯(lián)

2.1500kV及以上電壓等級經(jīng)濟型高壓交流限流器技術

貴州電氣工程面向高壓交流電網(wǎng)的短路故障電流超標問題，開展經(jīng)濟型高壓交流限流器技術研究。包括：高壓交流限流器的電路拓撲結(jié)構(gòu)和高電壓絕緣、電磁兼容、動熱穩(wěn)定性等的設計；限流器的大容量通流、快速開關和動作等關鍵部件的制造技術；電網(wǎng)的短路故障檢測與快速辨識技術；限流器的運行控制和保護技術，以及限流器與斷路器的匹配與協(xié)調(diào)運行技術；限流器的試驗技術及相關標準規(guī)范。

2.2超導直流能源管道的基礎研究

開展基于天然氣等燃料的混合工質(zhì)溫度的輸電/輸送燃料一體化超導能源管道的應用基礎研究和樣機的研發(fā)，以推動超導技術在輸電和能源輸送中的應用。包括：基于天然氣的混合工質(zhì)的研制及其傳熱與絕緣特性；超導材料在混合工質(zhì)溫度的電磁特性及其變化規(guī)律；輸電/輸送燃料一體化超導能源管道的原理和結(jié)構(gòu)、熱損耗變化規(guī)律及液體燃料輸送速率對能源管道溫度分布的影響規(guī)律；輸電/輸送燃料一體化超導能源管道及其高壓電流終端的設計和制造關鍵技術、低溫高電壓絕緣技術；輸電/輸送燃料一體化超導能源管道燃料輸送的運行控制技術及試驗規(guī)范等。

2.3互聯(lián)大電網(wǎng)高性能分析和態(tài)勢感知技術

綜合考慮交直流互聯(lián)大電網(wǎng)在線安全穩(wěn)定分析的時效性、準確性和規(guī)模，研究基于廣域?qū)崪y穩(wěn)態(tài)/動態(tài)信息的在線建模與高性能精準仿真、態(tài)勢感知與趨勢預測技術，提高電網(wǎng)運行效率和安全性。包括：復雜電網(wǎng)動態(tài)潮流、拓撲和參數(shù)等多元基礎信息的一體化實時感知方法；分布分層動態(tài)設備元件集的測辨建模理論及技術；針對各種典型故障擾動的大電網(wǎng)在線超實時機電-電磁混合仿真技術；基于RTU/PMU等海量數(shù)據(jù)的電力系統(tǒng)動態(tài)特征分析、趨勢預測及可視化方法；考慮電網(wǎng)動態(tài)特征的電力系統(tǒng)在線綜合動態(tài)安全穩(wěn)定評估方法。

2.4柔性直流電網(wǎng)故障電流抑制的基礎理論

針對未來柔性直流電網(wǎng)弱阻尼帶來的故障電流快速上升問題，研究多電壓等級柔性直流電網(wǎng)故障電流抑制的理論與方法。包括：柔性直流電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)潮流轉(zhuǎn)移的相互影響機理；柔性直流電網(wǎng)運行特性、暫態(tài)相互作用機理及故障演化規(guī)律；提高柔性直流電網(wǎng)故障電流抑制能力的電力電子裝置拓撲及其控制策略；計及故障電流抑制裝置的柔性直流電網(wǎng)故障電流協(xié)同抑制方法；柔性直流電網(wǎng)裝置建模與數(shù)字-物理混合模擬方法。

多元用戶供需互動用電

3.1中低壓直流配用電系統(tǒng)關鍵技術

開展中低壓直流配用電系統(tǒng)關鍵裝備和技術研究，突破中低壓直流配用電系統(tǒng)關建技術瓶頸，攻克多電壓等級直流配用電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行難題，提高系統(tǒng)運行效率和供電可靠性。包括：研究適應不同應用場景的直流配用電系統(tǒng)電壓等級序列及典型供用電模式；研發(fā)滿足中低壓直流配用電系統(tǒng)要求的直流斷路器、直流計量和保護用傳感器等關鍵設備；研究多換流器并網(wǎng)及多電壓等級直流配用電系統(tǒng)的優(yōu)化運行控制策略；研究多電壓等級直流配用電系統(tǒng)保護方法與關鍵技術；開展技術集成化示范應用。

3.2海上多平臺互聯(lián)電力系統(tǒng)的可靠運行關鍵技術

貴州電氣工程針對海上油氣開采、處理及輸運電力系統(tǒng)高可靠運行的需求，研究海上多平臺互聯(lián)電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、保護控制以及仿真分析技術。包括：海上多平臺互聯(lián)電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法及可靠性評估方法；海上平臺電力系統(tǒng)的故障模式及保護和自愈控制方法；海上平臺綜合用能管理系統(tǒng)；海上電力系統(tǒng)關鍵部件的動態(tài)模型研究，分析正常、過載及主要故障模式下關鍵部件的應力特征。

3.3電力系統(tǒng)終端嵌入式組件和控制單元安全防護技術

為保障電力系統(tǒng)和智慧能源的安全穩(wěn)定運行，針對電力系統(tǒng)智能設備安全互聯(lián)、現(xiàn)場移動作業(yè)需求，研究電力監(jiān)控系統(tǒng)芯片內(nèi)核、電力終端內(nèi)嵌入式組件和控制單元的安全防護及檢測技術。包括：電力監(jiān)控系統(tǒng)芯片電路級安全防護技術；電力專用CPU及芯片和內(nèi)嵌入式操作系統(tǒng)（Embedded Operating System）；具有主動免疫能力的電力終端內(nèi)嵌入式組件和控制單元；電力工控終端與嵌入式控制單元的安全監(jiān)測與防滲透技術；電力系統(tǒng)邊緣計算的安全防護技術。

3.4面向新型城鎮(zhèn)的能源互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術

針對新型城鎮(zhèn)清潔能源開發(fā)和利用的技術需求，研究能源互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術并實現(xiàn)工程示范。包括：能源互聯(lián)網(wǎng)中能源系統(tǒng)架構(gòu)及規(guī)劃設計方法；能源系統(tǒng)運行優(yōu)化方法與能量優(yōu)化管理技術；用戶個體及群體能源消費特征分析與預測方法、能源交易模式及信息支撐技術；能源互聯(lián)網(wǎng)技術經(jīng)濟評價理論與評價方法；新型城鎮(zhèn)能源互聯(lián)網(wǎng)示范工程。

多能源互補的分布式供能與微網(wǎng)

4.1可再生能源互補的分布式供能系統(tǒng)關鍵技術

針對與可再生能源互補的分布式供能系統(tǒng)，提升終端能源綜合利用效率，開展可再生能源與化石能源互補的分布式發(fā)電與熱/冷聯(lián)供技術研究。包括：具備可再生能源互補特征的分布式能源系統(tǒng)設計技術；利用太陽能等可再生能源制備清潔燃料并應用于發(fā)電的技術；動力余熱驅(qū)動冷電聯(lián)供的關鍵技術；多能互補與電采暖/熱泵結(jié)合的熱電聯(lián)供技術；分布式系統(tǒng)全工況主動調(diào)控和優(yōu)化控制技術。

4.2分布式光伏與梯級小水電互補聯(lián)合發(fā)電技術

研究分布式光伏與梯級小水電聯(lián)合并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和變速恒頻抽水蓄能技術。包括：梯級水光互補電站容量優(yōu)化配置及接入技術；分布式光伏與梯級小水電互補系統(tǒng)運行特性及系統(tǒng)穩(wěn)定性分析；梯級水光互補電站聯(lián)合運行控制與智能調(diào)度技術及系統(tǒng)；基于變速恒頻的可逆式水輪發(fā)電機組關鍵技術；開展梯級水光互補聯(lián)合運行發(fā)電系統(tǒng)示范應用。

智能電網(wǎng)基礎支撐技術

5.1梯次利用動力電池規(guī)?；こ虘藐P鍵技術

針對我國大量動力電池退役的形勢，研究在智能電網(wǎng)中規(guī)?；こ虘玫膭恿﹄姵靥荽卫藐P鍵技術，包括：退役動力電池電芯和模塊的健康狀態(tài)評估和殘值評估技術；梯次利用動力電池快速分選和重組技術；梯次利用動力電池電、熱和安全管理技術；梯次利用動力電池應用場景分析、再利用壽命評估和經(jīng)濟性評估技術；梯次利用動力電池再退役標準。

5.2高安全長壽命固態(tài)電池的基礎研究

針對智能電網(wǎng)對本質(zhì)安全、超長壽命、低成本先進儲能技術的廣泛需求，研究儲能型固態(tài)電池的基礎科學問題和關鍵技術。包括：固態(tài)電池電極與電解質(zhì)關鍵材料體系；固態(tài)電池中熱力學、動力學、界面及穩(wěn)定性研究；固態(tài)電池電芯的設計和制備；固態(tài)電池在全壽命周期中的失效機制及健康狀況評估；固態(tài)電池的安全性評測方法和標準。

5.3MW級先進飛輪儲能關鍵技術研究

針對電網(wǎng)對短時高頻次的儲能技術需求，研究先進飛輪儲能單機及陣列技術。包括：飛輪本體技術；研制低損耗高速電機及控制系統(tǒng)；高可靠性大承載力軸承系統(tǒng)技術；飛輪儲能陣列的控制技術；飛輪陣列系統(tǒng)的集成應用技術。

5.4液態(tài)金屬儲能電池的關鍵技術

針對智能電網(wǎng)中小型分布式儲能的需求，研究新型液態(tài)金屬儲能電池的關鍵技術。包括：高性能電極和電解質(zhì)材料；電池液/液界面的穩(wěn)定控制技術；電池的高溫長效密封關鍵材料與技術；電池循環(huán)壽命及失效機制；電池成組技術及能量管理系統(tǒng)。

5.5碳化硅大功率電力電子器件及應用基礎理論

貴州電氣工程面向未來智能電網(wǎng)對碳化硅大功率電力電子器件的需求，研究15kV碳化硅大功率IGBT器件用芯片和器件封裝的應用基礎理論。包括：碳化硅材料性能對芯片電氣特性的影響機理；提高芯片電氣性能及功率的結(jié)構(gòu)和方法；器件封裝多芯片并聯(lián)均流、電氣絕緣、電磁兼容和驅(qū)動保護方法；器件的老化機理和可靠性的提升方法；器件的高壓串聯(lián)技術與柔性直流換流閥功率模塊的應用驗證。

5.6大容量電力電子裝備多物理場綜合分析及可靠性評估

智能電網(wǎng)用電力電子裝備所占比重日益增加，在此背景下研究10MVA以上高密度大容量電力電子裝備的可靠性評估理論和方法。包括：關鍵部件在復雜工況下的多物理場綜合作用與多時間尺度交互機制；關鍵部件級與裝備級的動態(tài)失效機理與安全運行域刻畫方法；關鍵部件的電磁應力、溫度及老化狀態(tài)的在線提取方法與驗證；裝備的多物理場聯(lián)合建模和仿真方法；裝備的優(yōu)化設計與可靠性評估方法。