北京交通大學電氣工程學院電力工程系

 

　　電力工程系主要承擔電力系統(tǒng)相關的教學和科研任務?，F有教授5人，副教授6人，講師5人。在電氣工程學科招收博士研究生和碩士研究生。

 

　　電力工程系近5年主持國家自然科學基金重點項目2項，面上項目1項，國家973項目1項，國家863項目2項，國家科技支撐重點項目2項，鐵道部重點項目4項。獲得國家發(fā)明專利10項。獲省部級科技進步獎20余項。

 

主要科研方向和成果： 

 

I. 國際合作 

 

1. 北京交通大學--ALSTOM 研究中心；和北京交通大學-- ALSTOM研究生培養(yǎng)基地 

 

IMGP0590.JPG

 

圖1. 研究中心慶典

 

合作領域：智能電網中的保護與控制 

 

           軌道交通供電系統(tǒng)保護與控制 

 

合作方式：項目資助 

 

           學生赴ALSTOM 英國聯合培養(yǎng)及科研實踐

 

2. 和GE全球研發(fā)中心在智能電網領域的合作 

 

圖2. 電氣學院吳俊勇、夏明超，外事處鄧新華陪同寧濱校長會見GE全球研發(fā)中心智能電網總監(jiān)Kennan一行

 

II. 主要科研方向和研究成果

 

智能電網相關研究

 

（1）變電站多設備的集成保護與控制研究

 

智能電網下的網絡結構日益復雜，運行方式更加多變，傳統(tǒng)保護與控制設備的獨立特性和信息溝通缺乏不能滿足系統(tǒng)對保護的要求，造成連鎖跳閘的可能性進一步升高。因次，利用冗余信息加強對電網的實時監(jiān)測、評估和控制能力，提高正常狀態(tài)下的可觀測性，提升保護的正確動作率十分必要。

 

此項目為國家自然科學基金項目?；跀底只冸娬竞陀嬎銠C及通信技術，研究變電站多設備集成保護，通過信息冗余和信息共享、不同設備間保護功能的協(xié)調與配合，優(yōu)化相關控制策略，提升變電站設備保護的綜合性能和集成性能。 

 

基于實際變電站網絡結構和保護配置，在實時數字仿真系統(tǒng)（RTDS）中搭建準確的仿真模型。構建由互感器、合并單元、GOOSE報文交換機、保護裝置和智能單元等組成的集成保護硬件平臺。互感器采集相關模擬信號，依據IEC61850-9-2通信規(guī)約，將數據通過光纖以太網發(fā)送給合并單元與交換機實現共享，并傳輸給保護裝置，測試保護算法的準確性與靈敏性。集成保護為變電站多重設備的冗余信息提供了通信、共享的平臺，利用大量的采樣數據，新型算法得以研究驗證，通過不同設備間保護的配合和協(xié)調，優(yōu)化相關控制策略，提升變電站設備保護的綜合性能和集成性能。

 

 （2）特高壓直流輸電(±800kV)保護系統(tǒng)電磁暫態(tài)(PSCAD/EMTDC)模型

 

本項目針對我國特高壓電網建設，以PSCAD/EMTDC為基礎，搭建±800kV特高壓直流輸電保護研究使用的PSCAD/EMTDC等效仿真模型，對現有的直流保護系統(tǒng)進行等效仿真及特性研究。在PSCAD/EMTDC中搭建±800kV特高壓直流輸電一次系統(tǒng)等效模型，利用PSCAD/EMTDC平臺實現一次系統(tǒng)的信號采集和控制信號傳遞；建立PSCAD/EMTDC與工程用直流系統(tǒng)保護功能的接口，采用外部函數庫的方式復用工程用直流系統(tǒng)保護功能代碼從而實現保護功能的等效仿真；建立PSCAD/EMTDC離線仿真系統(tǒng)與工程用直流保護系統(tǒng)之間的時間等效機制，實現對實時系統(tǒng)的等效仿真；進行典型故障實驗，對±800kV特高壓直流輸電保護功能進行實時等效仿真，研究保護特性及動作情況，檢驗和確定工程中的保護配置和校核定值參數，提出改進和優(yōu)化方案，為實際的工程調試和運行提供技術支持。

 

（3）電能質量在線監(jiān)測與管理系統(tǒng)

 

電能質量在線監(jiān)測與管理系統(tǒng)主要由電力監(jiān)控中心、以太網及各變電站的監(jiān)測單元三部分構成，形成一個分層分布式系統(tǒng)。監(jiān)測單元獲取各變電站監(jiān)測點的基波電量參數和各項電能質量指標，通過以太網將數據匯總至電力監(jiān)控中心。電力監(jiān)控中心統(tǒng)計分析處理多個監(jiān)測點的數據，生成報表及曲線，以快速掌握系統(tǒng)電能質量狀態(tài)，為改善電能質量提供依據。

 

 

 

 北京節(jié)能與電力技術基金會電能質量項目 

 

 電能質量在線監(jiān)測裝置及現場運行數據

 

（4）多分支復雜配電網在線故障定位研究

 

該項目是與通用電氣GE（中國）研發(fā)中心合作開展的智能電網國際交流系列項目之一。該項目針對復雜配電網多分支、三相不平衡、架空線路和地下電纜混存、負荷波動性大等特點，提出了一種遞推式分段潮流計算方法，它只需配電網饋線首段故障前和故障期間的信息，就可以在線快速準確地搜索到故障地點。該方法具有精度高和魯棒性強等特點，特別適用于多分支復雜配電網的在線故障定位，為智能配電網的自愈控制堅定了堅實的理論基礎。

 

（5）鏈式STATCOM的拓撲結構及其控制策略研究

 

鏈式STATCOM以其獨特的模塊化結構、快速無功響應、分相平衡控制能力和諧波消除能力等特點，在風電成接入電網、電氣化鐵路諧波治理、交直流混聯系統(tǒng)的無功和電壓控制等領域獲得廣泛應用，是進入21世紀以來FACTS領域最為活躍的熱點之一。該項目從STATCOM的主電路結構、調制策略、系統(tǒng)級控制策略、軟鎖相環(huán)技術和啟動方式等多個方面，開展了深入研究，在PSCAD環(huán)境下搭建了詳細的STATCOM模型，提出了直接電流解耦控制和非線性控制策略、SHE特定諧波消除調制策略、改進的軟鎖相環(huán)技術、三級直流電容電壓平衡控制策略、和自勵及附加充電電路啟動方式等，并通過仿真進行了驗證。與企業(yè)合作，開發(fā)了12MVar STATCOM工業(yè)級產品。

 

2. 電動汽車與電網互動技術研究（V2G） 

 

智能電網強調安全可靠 、經濟高效、清潔環(huán)保、友好互動。電動汽車可以成為電網中的分布式移動儲能單元。電動汽車與電網互動(V2G)技術指電動汽車與電網之間實現雙向通信，并受其控制，實現電動汽車與電網之間的能量轉換。 研究大規(guī)模電動汽車與電網互動對電網的影響。             

 

 V2G系統(tǒng)構成與控制示意圖

 

 3. 電力設備狀態(tài)監(jiān)測相關研究 

 

（1）斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)

 

斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)實現對10kV交流斷路器及750V直流斷路器錄波數據的采集、存儲、處理及顯示和統(tǒng)計。系統(tǒng)由通信處理程序、數據處理程序、用戶界面程序組成?？杀O(jiān)測斷路器開關過程的機械振動信號、分合閘線圈電流、分合閘時主回路電流、控制電源電壓、儲能電機電源電壓、儲能電機電源電流及斷路器輔助接點狀態(tài)，從而判別出斷路器剩余電壽命、分合閘線圈電流持續(xù)時間、分合閘線圈電流、分合閘時間、斷路器機械部分運動、儲能電機動作情況等斷路器關鍵狀態(tài)。

 

（2）基于音頻信息的電力變壓器狀態(tài)檢修系統(tǒng)

 

本項目監(jiān)測電力變壓器運行時的聲音，采用音頻特征量來辨別電力變壓器的運行狀況，通過研究音頻特征量同電力變壓器不同狀態(tài)之間的對應關系，尋找出不同電力變壓器狀態(tài)對應的共性和個性的音頻特征量，并且利用這些特征量對電力變壓器的整體狀態(tài)進行定性或定量的評估，形成狀態(tài)檢修的決策或建議。其辨別結果既可作為單獨的電力變壓器運行狀態(tài)指標，也可作為電力變壓器狀態(tài)檢修多種方法中的一部分與其他方法的結果綜合實現狀態(tài)檢修。

 

3.牽引供電系統(tǒng)相關研究

 

(1) 新型直流軌道交通供電系統(tǒng)保護及故障定位 

 

 直流軌道交通故障定位示意圖

 

（2）高速電氣化鐵路對河南電網穩(wěn)定特性的影響研究

 

該項目以河南電網和鄭西高速客運專線的相互影響為研究對象，采用牽引變電所現場實測、建模和仿真、暫態(tài)穩(wěn)定計算和繼電保護校驗等方法，從靜態(tài)和暫態(tài)兩個方面對高速電氣化鐵路對河南電網穩(wěn)定特性的影響進行了全面系統(tǒng)的研究。根據實測數據，計算了電氣化鐵路所帶來的諧波和負序在電網中分布，校驗了繼電保護整定值，大大降低了繼電保護誤動作的可靠性，提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行水平。專家鑒定認為，“該項目整體上處于國際先進水平，其中在牽引變電站咱太穩(wěn)定建模方面處于國際領先水平”。該項目發(fā)表EI論文4篇，申請專利1項，軟件著作權1項，出版學術專著1部，企業(yè)標準1項，取得了豐碩的研究成果。2011年被評為國家電網公司科技進步二等獎。

 

（3）高速鐵路牽引供電系統(tǒng)RAMS評估理論及其應用

 

該項目為國家自然科學基金項目。該項目以高速鐵路27.5kV牽引供電系統(tǒng)和10kV電力供電系統(tǒng)的可靠性、可用性、可維修性和安全性評估為研究對象，從外部電力系統(tǒng)對高鐵供電的可靠性評估、牽引變電站接入電力系統(tǒng)的電壓等級、牽引變電站的可靠性評估、接觸網的可靠性評估、接觸網周期預防性維修策略的多目標優(yōu)化、考慮大風覆冰和雷擊等極端惡劣天氣下牽引供電系統(tǒng)的安全性評估等多個方面開展研究，建立了高速鐵路供電系統(tǒng)RAMS評估的理論體系，并將研究成果應用到我國第一條客運專線京津城際的實際。該項目共發(fā)表學術論文18篇，其中EI檢索8篇，在科學出版社出版學術專著1部，并獲得國家科學技術學術著作出版基金的資助。

 

 

 

(4) 高速鐵路接觸網故障行波測距裝置

 

本項目結合電氣化鐵道接觸網故障的特點，采用以A型測距法為主，B型測距法和C型測距法為輔的測距方法。在算法上，選取三階B-樣條小波作為基本小波，利用小波變換及奇異性檢測理論，定位出奇異點，提出了接觸網行波故障測距的具體步驟。裝置硬件核心部分主要采用DSP控制板和ARM控制板，利用高速采樣、GPS同步時鐘等實現行波精確定位。本項目成果應用于高速鐵路(特別是客運專線)接觸網故障測距，大大提高了故障測距的精度，縮短了測距時間，對接觸網故障的排除至關重要，該成果就有較大的社會效益和推廣價值。

 

（5）接觸網安全狀態(tài)實時檢測技術研究

 

接觸網安全狀態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)采用墜砣高度、接觸線張力、棘輪位置滑輪偏轉角等監(jiān)測量監(jiān)測接觸線斷線為核心的隱患；通過鉑電阻傳感測溫技術對接觸網溫度進行檢測；同時挖掘特征信息提取、分類和辨識的方法，最終實現接觸網安全狀態(tài)在線監(jiān)測智能評估和預警系統(tǒng)。系統(tǒng)采用高精度的傳感器實現特征的實時采集，通過各自的數據采集與處理模塊，對數據進行統(tǒng)計分析，形成數據文件，同時通過GPRS模塊，上傳給上位機。通過監(jiān)控中心對多臺終端的管理，對采集到的數據進行分析與處理，確定某一錨段范圍內的接觸線安全狀態(tài)。       

 

獲獎情況：

 

電氣學科大類模塊化、系列化、系統(tǒng)化實踐教學體系的研究與實踐（主持）；2004年，北京市教育教學成果二等獎； 

 

電氣學科大類人才培養(yǎng)模式的研究與實踐（主持）2004年北京交通大學教學成果一等獎； 

 

模塊化、系列化、系統(tǒng)化實踐教學體系的研究與實踐（主持）2004年北京交通大學教學成果一等獎； 

 

融合思想及學術教育，多方位提升研究生綜合競爭力（主持）2008年北京交通大學教學成果一等獎； 

 

《電氣工程概論》國家級精品教材

 

《電氣工程導論》國家級精品課程

 

“JD-1型絕緣綜合測試儀”,獲2002年鐵道部科技進步三等獎 

 

"10kV電力線路故障自動處理成套裝置",獲2004年貴州省科技進步二等獎 

 

"牽引變電所在線監(jiān)測與管理自動化系統(tǒng)",獲2008年鐵道部科技進步三等獎 

 

"鐵路變配電所異常過電壓綜合治理裝置",獲2011年鐵道部科技進步三等獎

 

"電力機車過關節(jié)式分相過電壓機理與防護措施",獲2011年鐵道部科技進步三等獎

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