清华大学飞轮储能技术研究概况

全面回顾了清华大学在过去17年内坚持飞轮储能技术研究开发的总体情况。介绍了6种飞轮储能试验研究系统和工程样机的技术特征,分析了研制过程中遇到的飞轮轴系稳定性、电机设计、充放电控制器调试等关键技术难题,探讨了飞轮储能技术工业化应用开发中应注意的问题。

电力电子技术在电力系统中的应用

概述性地介绍电力电子技术在电力系统中的应用,探讨国内在此领域的研发体系和过程管理中存在的问题,并为变频器企业拓展介入电力系统的新产品提供建议。

电路原理智慧实验系统的设计与实践——以清华大学“电路原理”实验课程为例

文章以清华大学"电路原理"实验课程为例,介绍了借助便携式实验设备和雨课堂进行智慧实验教学改革的设计理念和教学实践:首先,利用便携式实验设备有效实现了实验与理论教学的有机融合;然后,基于雨课堂设计开发了电路原理线上线下混合式智慧实验系统,进一步提升了实验的智慧化水平。该系统为学生提供了电路仿真、搭建实际电路、测量实验结果、保存实验数据的功能,最终自动生成实验报告并上传。据此,教师可以全程准确掌握每位学生的实验状态,使得教师对实验结果的评判更加准确。该系统已于2017年春季学期起在清华大学投入使用,获得了学生的支持和好评。

电力电子技术应用系统发展热点综述

电力电子技术的应用正日新月异的发展。本文重点介绍了当前我国电力电子技术应用系统的四个热点方向:电气节能、新能源发电、电力牵引和智能电网。分别从应用背景、主要内容、应用特点、存在问题及其发展方向等多方面予以简要综述。展现了我国电力电子技术广阔的应用前景。

电力电子技术应用系统的一些新发展

1引言 电力电子技术涉及到各种电磁能量的变换、控制、输送和存贮，已经成为国民经济建设中的关键基础性技术之一。电力电子技术在其主要的应用领域，如电机变频调速、工业供电电源、电力输、配电和绿色照明等方面，继续取得飞跃的发展。

清华大学承担美国电网首个AVC系统合作项目签约仪式举行

2009年10月26日上午，“清华-PJM自动电压控制合作项目”签约仪式在清华大学西主楼举行。美国PJM互联电网公司高级战略师Jianzhong Tong博士、清华大学副校长康克军出席了此次签约仪式。

新一代高韧性直流输电技术(一):从器件、装备到系统

构建高比例新能源、高比例电力电子化的新型电力系统迫切需要具有超强构网和主动支撑能力的新型直流输电技术。为此,文中秉承“一代器件、一代装备、一代系统”理念,提出新一代高韧性直流输电概念。增强型集成门极换流晶闸管(enhanced integrated gate-commutated thyristor,IGCT-Plus)的半导体本征结构拥有超强的浪涌电流能力,将为高暂态耐受的换流器提供坚实的物理基础;新型模块化换向式换流器(modular commutated converter,MCC)拥有优异的软开关特性,将是高倍载直流输电系统的优选方案;IGCT-Plus和MCC作为核心器件和装备将支撑具有电压和频率强支撑能力的新型高韧性直流输电系统构建。文中从新型器件、新型装备到新型系统对高韧性直流输电技术进行全面论述,并对后续发展中存在的关键问题和技术进行分析和展望。提出的高韧性直流输电技术对支撑双高电力系统的安全稳定运行具有重要意义,有望成为未来电力传输中的崭新方式。

电力系统中的雷电暂态感知、监测和应用

雷电是造成电力系统故障的首要原因,实现对雷电暂态电压电流信号的感知、监测和数据应用对于维护系统安全稳定运行具有重要意义。面向日益复杂的新型电力系统结构形态,传感器件在满足雷电宽频测量的基础上,监测装置正朝着微型化、高精度、强互联和易取能方向发展。因此,该文基于雷电暂态感知方法、监测装置关键技术和雷击数据统计应用的研究现状,首先介绍了基于不同原理的电压/电场和电流/磁场传感技术,并分析了各自的优缺点;其次梳理了传感器微型化、时间同步、通信和供能等关键技术的最新进展;随后通过对雷击暂态波形的统计分析,探讨了监测数据在雷击故障识别与定位中的应用;最后对电力系统中雷电暂态感知、监测与应用进行总结并对其发展趋势作出展望。

电力系统在线安全稳定计算分析技术综述与展望

在线安全稳定计算分析技术是电力调度部门准确感知电网实时运行状态并做出正确评估决策的重要支撑。随着新型电力系统动态特性愈发复杂与随机,以稳态、非同步量测数据为基础的传统在线安全稳定分析体系逐渐表现出实时性和准确性上的不足,而以动态、同步相量量测数据为基础的新一代在线安全稳定分析技术愈发受到国内外相关科研及工程领域的关注。基于此,该文就实时状态感知、动态参数辨识和在线稳定评估3个核心组成部分对现有在线安全稳定计算分析体系所涉及的关键技术及瓶颈难题进行综述,并进一步提出新一代在线安全稳定计算分析技术的总体框架和未来研究方向,以期为新型电力系统安全稳定运行提供可靠技术保障。

工程博弈论-工程优化决策中的博弈思想、原理及应用

实际工程优化决策问题中经常会面临多决策主体、多决策目标以及不确定性等复杂场景,常规的优化决策方法有较大局限性.受钱学森先生名著《工程控制论》的启发,将工程决策问题中应用博弈论基本概念、建模方法、求解算法并考虑复杂工程技术条件进行决策的理论称为“工程博弈论”.本文简要介绍了博弈论的基本理论,并阐释了工程博弈论“以均衡协调冲突”的基本思想.在此基础上分别介绍了不确定性决策问题的非合作工程博弈原理、多目标决策问题的合作工程博弈原理和多主体决策问题的演化工程博弈原理及其在能源电力系统中的部分典型工程应用.本文希望通过对相关进展的介绍可以吸引更多的研究者进入这一领域,共同完善工程博弈论的相关基础理论和方法,使之在更多的领域中得到更广泛的应用.

面向电气工程学科的“大数据技术与应用”课程构建与教学实践

随着信息与数字技术的不断发展,大数据技术为电气学科带来了深远的影响,现有的电气工程本科人才培养中亟需补充大数据技术的相关知识。该文以清华大学电机系开设的“大数据技术及应用”课程为基础,总结面向电气工程学科的大数据课程的构建思路、教学实践与思考。综述大数据技术在电气工程领域的应用情况,提出面向电气工程的大数据教学的课程内容设计3大原则,构建“基础先导–机器学习模型与方法–电力系统应用–课程探索研究与展示”四阶段教学大纲。此外,课程在竞争性实验方面进行探索实践,培养学生的数据思维及解决电力系统实际问题的能力,通过引入实时反馈机制促进学生的持续思考与反复迭代。本课程希望通过大数据技术与电气工程学科前沿的教学探索,为我国高校电气类专业开设同类型课程提供有价值的参考。

电力电子混杂系统多时间尺度分析控制与应用(一):理论部分

文中对电力电子混杂系统多时间尺度分析控制与应用研究进行总结,分理论和应用上下两篇。上篇针对电力电子系统在实际应用中急需解决的提升变换能力和可靠性问题,对电力电子科学进行再认识,认为电力电子科学是一门基于功率半导体开关组合模式的电磁能量高效变换的科学。基于再认识框架,解析电力电子系统的多时间尺度混杂特征,进一步明确广义混杂系统的概念。针对广义混杂系统提出数值凸透镜分析解算方法,并予以论证。最后对该方法的发展进行展望。

新型电力系统下燃煤火电机组一次调频面临的挑战与展望

频率稳定是未来新型电力系统运行的最关键要求之一。中国的能源禀赋决定了燃煤火电机组是最核心、最可靠的一次调频资源。然而,燃煤火电已开始出现一次调频能力不足的趋势。为了满足当前和长远发展的需要,文中综述了燃煤火电在一次调频领域所面临的挑战、研究现状和关键科学问题。首先,总结了新型电力系统发展背景下火电一次调频的4个重要趋势,分析了下一步调频在电网和火电厂运行中的不足,提炼出提高一次调频能力和快速准确模拟调频的关键挑战。其次,从电网和火电厂运行的双向视角,综述了调频能力提升和调频动态仿真的研究现状和存在的问题。最后,结合上述挑战和瓶颈,展望了未来新型电力系统火电一次调频的关键技术问题。

电力系统优化控制中强化学习方法应用及挑战

强化学习(reinforcementlearning,RL)方法目前已应用于电力系统的多个领域,在电力系统优化与控制领域的一些应用展现出良好的结果。但在强化学习方法落地于实际电力系统应用的过程中依然存在一些关键性问题。该文首先概述强化学习基础理论与研究现状,随后提出强化学习理论落地于电力系统各领域优化与控制过程中存在的关键问题。最后探讨强化学习应用于电力系统优化与控制的研究展望。

基于大语言模型的新型电力系统生成式智能应用模式初探

新型电力系统数字化转型需要智能化应用体系支撑。首先,文中探讨了新型电力系统智能应用构建的关键难题,提出了基于大语言模型的新型电力系统生成式智能应用模式及其逻辑框架,并探讨了此模式下实现智能应用全生命周期自动化构建的技术方案;其次,针对系统仿真需求,介绍了典型生成式智能应用案例,并说明了相关技术方案特点;最后,展望了生成式智能应用发展的趋势和研究方向,供后续研究者借鉴。

基于三状态PWM的电动汽车电机驱动系统多模式调制策略研究

在电动汽车电驱动系统中,逆变器中的高频开关动作是产生开关损耗影响逆变器效率的主要因素,特别是为适应驱动电机高速化的趋势,不得不采用较高的开关频率,从而在低速时产生不必要的开关损耗,使逆变器效率偏低。因此,该文提出一种基于三状态脉冲宽度调制(TSPWM)的多模式调制策略来减少逆变器的开关损耗,提高全工况范围的逆变器效率。根据工况动态改变调制模式:在不同转速下采取变载频分段异步TSPWM;根据电机的相电流幅值动态地改变TSPWM不连续调制的钳位模式,使电流幅值较大的相保持在钳位状态以减小损耗。为了解决不同模式切换时相位突变导致电流或转矩冲击的问题,提出一种基于载波周期角度计算的电压矢量相位补偿算法,通过精确分析调制模式改变时刻对电压矢量角的影响,计算出切换后的补偿角度对空间电压矢量角进行补偿,从而实现不同模式的平滑切换。最后,通过算法仿真和电机实验验证了所提策略的有效性。结果表明,采用基于TSPWM的多模式调制策略的电机驱动系统,其逆变器效率得到了显著提升,且具有较小的共模电压。

大容量电力电子系统电磁瞬态分析技术及应用

电磁瞬态过程是大容量电力电子系统设计与分析的关键所在。该文从电磁能量变换、瞬态换流回路及系统可靠性的角度提出大容量电力电子变换系统电磁瞬态分析与控制技术;分析大功率器件瞬态建模与应用特性、杂散参数的提取及影响、不同时间尺度的电磁脉冲过渡过程、系统瞬态能量平衡关系等问题;分析器件与装置、集中参数与分布参数、控制与主回路之间的定量关系;阐述系统安全工作区、瞬态换流拓扑、主电路脉冲调制、能量平衡控制等分析和控制方法。应用结果表明:采用所提出的分析与控制技术进行设计可以显著提升大容量电力电子装置的性能及可靠性。

电动汽车车能互动的充电机理、系统构型与推广路径

电动汽车与能源系统融合互动是普及新能源汽车和构建新型电力系统的关键要素,亟需构建适应多主体交互的技术体系和发展路径。在分析动力电池充电和充电场站供能的互动需求基础上,探索适应车辆-能源系统双向交互的充电方法和电气构型,提出车能互动的电动汽车充电安全与延寿机理、补能站绿电高效消纳电气架构,阐明电动汽车发挥规模化储能潜力支撑可再生能源接入的技术方案。最后,结合中国不同区域的能源禀赋和电动车辆分布特征,提出具有“点-线-面”特色、“自下而上”特征的车能互动推广路径,实现高比例电动汽车和可再生能源发电的相互支撑与协调发展。

面向工程应用的先进绝热压缩空气储能模型及先进㶲分析

先进绝热压缩空气储能(advanced adiabatic compressed air energy storage system,AA-CAES)仿真建模及分析是其工程实践的基础。然而,目前模型一般基于理想工况建立,分析结果与实际工况相偏差较大,无法指导工程应用。为此,在传统热力学模型基础上,考虑了空气流动阻力损失和能量转换设备损耗等因素,建立了面向工程应用的AA-CAES模型并以200MW盐穴AA-CAES系统为例进行了分析。同时,对系统效率分析方法进行改进并对其进行了先进㶲分析。结果表明,空气管道㶲损失占总㶲损失比例接近7%,能量转换设备损耗导致电-电效率比轴功效率低5%,二者对系统性能影响较大,在进行工程设计时不可以忽略。系统各部件可避免㶲损失占比均较大,表明系统具有较大的性能提升潜力。各部件㶲损失为其内部㶲损失,与其他部件是否工作在最佳状态关系不大。

专业基础课中的研究型教学——清华大学电路原理课案例研究

本文以清华大学电路原理课对教学方法、教学手段和教学组织的改革为例,讨论了在科技迅猛发展和培养创新型人才前提下基础课和专业基础课进行研究型教学的可行思路,以供广大基础课和专业基础课教师参考。