《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》提出我国科学和技术的发展目标: “到2020年, 我国科学技术发展的总体目标是: 自主创新能力显著增强, 科技促进经济社会发展和保障国家安全的能力显著增强, 为全面建设小康社会提供强有力的支撑; 基础科学和前沿技术研究综合实力显著增强, 取得一批在世界具有重大影响的科学技术成果, 进入创新型国家行列, 为在本世纪中叶成为世界科技强国奠定基础。“超大规模输配电和电网安全保障”是规划重点领域中的优先主题, 今后重点研究方向包括大容量远距离直流输电技术、大规模互联电网的安全保障技术、间歇式电源并网、电能质量监测与控制技术、电网调度自动化技术等。
2012年3月, 国家科技部印发的《智能电网重大科技产业化工程“十二五”专项规划》指出, 智能电网是实施新的能源战略和优化能源资源配置的重要平台, 涵盖发电、输电、变电、配电、用电和调度各环节, 广泛利用先进的信息和材料等技术, 实现清洁能源的大规模接入与利用, 提高能源利用效率, 确保安全、可靠、优质的电力供应。智能电网的发展不仅可促进节能环保和新能源产业发展, 有效缓解经济社会发展的资源和环境瓶颈制约, 还可促进新一代信息技术产业发展, 加快推进经济社会信息化, 推动工业化与信息化深度融合, 促进高端装备制造、新材料和新能源汽车产业发展, 优化产业结构, 提升制造业核心竞争力。
作为新技术新成果的孵化器, 功能齐全、体系完整、技术实力雄厚的实验室的建设是我国能源科技发展战略的需要, 也是智能电网发展的需要, 同时也是未来能源互联网建设的重要支撑。本专栏将陆续选择电力与能源相关的一些重点实验室进行报道, 以推动实验资源共享、科技成果转化, 帮忙实验室实现其社会效益和经济效益的最大化。
本专栏热忱欢迎国家、省部级能源、电力类重点实验室踊跃投稿, 对实验室进行宣传介绍。
智能电网保护和运行控制国家重点实验室目录
1. 基本情况
2. 实验室研究方向及主要研究内容
3. 科研队伍
4. 重大科研成果与贡献
5. 科研条件
6. 开放合作与共享
7. 日常管理
1基本情况
1南瑞集团
实验室依托单位南瑞集团公司(国网电力科学研究院)是国家电网公司直属单位, 是中国最大的电力系统自动化、水利水电自动化、轨道交通监控技术等领域的设备和服务供应商, 主要从事电力系统二次设备、信息通信、发电及水利自动化设备、工业自动化设备的研发、设计、制造、销售、工程服务与工程总承包业务, 是第二批国家创新型企业、全国文明单位、全国五一劳动奖状获得者。现有中国工程院院士4名(包括2名外聘院士), 专职研发人员5230人, 是中国智能电网产业技术创新战略联盟理事长单位, 以及江苏省、安徽省、南京市智能电网产业联盟理事长单位。
南瑞集团坚持自主创新, 在特高压、智能电网等领域取得了一批具有国际先进水平、支撑和引领行业发展的研发成果。742项科研成果通过省、部级技术鉴定; 68项科研成果获国家级科技奖励, 其中国家科技进步特等奖1项, 一等奖5项; 546项科研成果获省、部级科技奖励, 其中特等奖1项, 一等奖59项; 获专利授权1315项, 1项专利获中国专利金奖, 11项专利获中国专利优秀奖。形成了较完整的智能电网技术和产业体系, 在电网调度、自动化控制、信息系统集成等高新技术的研究与应用方面处于国际先进水平, 特别是大电网安全稳定控制、继电保护技术位居国际领先地位。
国际学术机构的重要成员。依托单位是国际电工委员会(IEC)、国际大电网委员会(CIGRE)、电气电子工程师协会(IEEE)、亚太电协(AESIEAP)、英国工程技术学会(IET)、国际大坝委员会(ICOLD)的重要成员, 是国际电力研究交流机构(IERE)董事会成员。
近年来, 南瑞集团积极参与国家重大工程建设, 依靠具有自主知识产权的核心技术和产品, 承担和完成了一大批重大工程项目, 以及智能电网试点项目和各环节的建设任务, 在智能电网发电、输电、变电、配电、用电、调度和信息通信各技术领域都取得了突破性成果; 参与了“三峡输电系统工程”、“青藏直流联网工程”等重大工程, 以及“奥运保电”、“世博保电”、“广州亚运保电”等重大活动; 承担中国最大的智能电网示范项目(扬州示范工程); 参与天津中新生态城智能电网综合示范工程建设; 负责国家级示范工程-张北风光储输示范工程二次设备总集成; 开发完成国内首套智能变电站预制集成舱、风电有功智能控制系统, 提供智能变电站和电动汽车(充换电)完整解决方案; 实现巨型发电机组励磁系统国产化; 成功实现了三峡工程重大设备国产化, 获重大设备国产化立功竞赛优胜奖。
2实验室
智能电网保护和运行控制实验室经过多年的建设和发展, 科学研究在国内具有重要地位, 成果转化在行业具有示范作用。实验室在智能电网安全稳定控制和继电保护研究方面处于国际领先地位, 在智能调度和变电站自动化研究方面处于国际先进水平, 为电力行业的发展和基础设施建设提供了有力的技术支撑。实验室具有从基础理论研究、关键技术攻关、应用技术研究到产品研发、制造、试验、工程应用等全产业链的能力, 具备较完整的智能电网技术和产业体系, 实验室的研究成果可惠及电力行业相关产业领域, 带动电力行业的整体进步。近5年来, 实验室共承担了包括国家973项目、国家自然科学基金、国家863项目、国家科技支撑计划在内的各类科研课题196项, 研究成果先后获各类奖励144项, 其中国家科技进步一等奖1项、二等奖3项, 中国专利金奖1项, 省、部级科技进步一等奖8项、二等奖22项, 中国专利优秀奖3项。出版学术专著9部, 在国内外重要刊物共发表论文210篇, 其中被SCI、EI和ISTP共收录131次, 受理发明专利278项, 其中授权发明专利126项, 申请国际发明专利12项。科研成果转化率达到100%, 形成了电力自动化成套设备, 造就了智能电网领域龙头企业, 成果成功应用于天津中新生态城智能电网综合示范工程、国家级示范工程-张北风光储输示范工程等多项国家重大工程, 为国内科技创新型企业的发展起到了很好的示范效应。
2实验室研究方向及主要研究内容
智能电网保护和运行控制实验室针对国家重大建设需求和社会发展需要, 结合实验室优势、特色, 形成继电保护技术、安全稳定技术、智能调度技术和变电站自动化技术重点研究方向, 如下图所示。
其中, 继电保护技术为保护电网设备免受损坏, 完成故障的快速切除、隔离, 降低电网发生连锁故障的风险; 安全稳定技术通过全网多种措施, 在空间、动作时序和控制量上的协调优化, 保护电网安全稳定运行; 智能调度技术为电网运行的调度和管理提供技术支撑, 保证智能电网经济、协调和高效的运行; 变电站自动化技术是智能电网的保护和运行控制的基础和支撑, 为继电保护、安全稳定和智能调度提供信息采集和设备控制功能。
继电保护、安全稳定、智能调度和变电站自动化, 相互支撑和配合, 共同构建了贯穿智能电网的发、输、变、调等全过程的保护和运行控制技术体系, 为坚强、自愈、兼容、经济、集成和优化的智能电网, 提供坚实的技术支撑, 显著提升电网的运行控制能力。
在继电保护方向, 研究掌握大规模互联电网暂态故障分析与识别理论、 FACTS设备继电保护原理和算法等。具体包括:
(1)大规模互联电网暂态故障分析与识别理论;
(2)FACTS设备继电保护原理和算法;
(3)智能变电站继电保护技术;
(4)直流输电继电保护;
(5)新能源的分布式发电接入和微电网继电保护技术等。
在安全稳定控制方向, 研究掌握互联电网稳定性量化分析与控制机理、智能电网充裕度分析与控制决策前瞻性技术等。具体包括:
(1)互联电网稳定性量化分析与控制机理基础;
(2)智能电网充裕度分析与控制决策前瞻性技术;
(3)大电网安全稳定运行优化决策共性技术;
(4)大电网安全稳定智能化协调控制关键技术等。
在智能调度方向, 研究掌握超大规模电网调控系统集群化基础性技术、特高压与新能源协调控制技术等。具体包括:
(1)超大规模电网调控系统集群化基础性技术;
(2)特高压与新能源协调控制技术;
(3)基于互联电网多源多周期一体化的调度计划优化技术等。
在变电站自动化方向, 研究掌握适应大电网分析与控制的基础数据高精度测量和可靠性分析基础理论、变电设备智能化和集成化共性技术等。具体包括:
(1)适应大电网分析与控制的基础数据高精度测量和可靠性分析基础理论;
(2)变电设备智能化和集成化共性技术;
(3)智能变电站信息模型和通信标准化共性技术;
(4)全景信息综合应用和协同互动技术等。
上述四个方向的研究为智能电网安全稳定和经济运行提供技术支撑。
3科研队伍
实验室拥有一支长期在科研一线从事基础理论和应用基础研究的科技创新队伍。实验室现有专职科研人员103人, 其中研究员级高工41人、高工49人, 博士21人、硕士69人, 具有副高级技术职称以上的科研人员比例为87.4%, 硕士以上学历人员的比例为87.4%。研究队伍专业结构齐全, 年龄结构合理。研究专业有继电保护、安全稳定、智能调度、变电站自动化等, 45岁以下科研人员占81.6%。研究队伍中有中国工程院院士2人, 国家“千人计划”人才1人, 享受国务院“政府特殊津贴”的专家7人,新世纪百千万人才工程国家级人选4人, 江苏省“333” 工程中青年首席科学家1人、中青年科技领军人才4人、中青年科学技术带头人14人, 国家电网公司科技领军人才3人, 江苏省“双创计划”人才1人, 江苏省“有突出贡献”的中青年专家 1人。实验室形成了老中青结合、以中青年学术骨干为中坚力量的稳定科研梯队, 具有较强的科研实力, 具备承担国家重大科研任务和参与国际竞争的能力。实验室聘请薛禹胜院士、沈国荣院士担任首席专家, 郑玉平教授担任实验室主任兼学术带头人, 方勇杰、倪明、高宗和、李力等研究员级高工担任学术带头人, 聘请客座专家澳大利亚悉尼大学董朝阳教授、英国伯明翰大学张小平教授、香港理工大学许昭教授、国家“千人计划”专家张潮海博士、清华大学董新洲教授、清华大学姜齐荣教授、上海交通大学邰能灵教授、浙江大学甘德强教授、浙江大学徐学东教授、华中科技大学尹项根教授、天津大学王成山教授、东南大学吴在军教授、南京师范大学赵阳教授、河海大学卫志农教授等15人为客座专家, 开展学术咨询、课题合作研究和学术交流工作。
4重大科研成果与贡献
1继电保护技术领域
获得国家科学技术进步一等奖1项, 省部级科技进步二等奖7项, 中国专利优秀奖2项。
2安全稳定技术领域
获得国家科学技术进步二等奖2项, 省部级科技进步一等奖5项、二等奖5项, 中国专利金奖1项, 中国专利优秀奖1项。
3智能调度技术领域
获得国家科学技术进步二等奖1项, 省部级科技进步一等奖2项、二等奖8项。
4变电站自动化技术领域
获得省部级科技进步一等奖1项、二等奖2项、三等奖6项, 国家电网公司科技进步特等奖1项。
5科研条件
实验室在基础设施、仪器设备和配套设备等方面已具有了较大规模, 形成了系统性、专业性和研究性相互结合、相互支持的科研体系和支撑体系。
1科研场地
实验室拥有总面积达20086平方米的科研实验场地, 其中用于科研的实验室面积19286平方米, 能够承担电力系统继电保护、安全稳定、智能调度、变电站自动化等方面前瞻性和共性技术研究的能力, 承担各种科研中试、试验验证和各种型式试验任务。
图2 科研实验大楼
图3 实验室大厅一角
图4 智能变电站系统级测试场地
图5 高低温实验室
图6 电力系统物理动模系统
2科研设备
实验室拥有主要仪器设备873台(套), 总价值达17706万元, 完全满足智能电网在继电保护、安全稳定、智能调度、变电站自动化等方面的基础研究、科研中试的要求。
在气候环境与机械性能方面, 主要有以下设备: 45立方步入式环境试验房、温度冲击试验箱、低气压、沙尘、盐雾试验箱、滴水、灼热丝试验台、漏电起痕试验箱、大电流负荷、各类振动台、跌落台、碰撞台、雨淋装置等20余台(套)大型模拟环境、气候和机械方面的实验设备。
在电磁兼容测试方面, 拥有3米法电波暗室以及相关的电磁兼容测试设备等, 以及正在筹划建设的10米法电波暗室。
在电力系统安全稳定与继电保护设备测试方面, 拥有进口继电保护测试仪和三相标准源、功率分析仪、变电站自动化测试系统、标准功率源、大功率电源测试系统、雷电波发生器等70余台(套)高端测试设备, 能满足智能电网继电保护、安全稳定、智能调度、变电站自动化等方面研究的需求。
实验室拥有的电力系统物理动态模拟系统和数字实时仿真系统, 包括了模拟发电机变压器组、无穷大系统、特高压等各种电压等级线路模拟系统, 拥有国际先进的HyperSim电力系统实时数字仿真系统和RTDS实时数字仿真系统、EMTP-RV离线仿真软件, 能够满足智能电网继电保护、安全稳定、变电站自动化等方面的基础性研究和中试。
3科研配套设施
实验室在支撑科研试验研究方面具有完备的科研配套设施和有利条件, 包括产学研共建的技术创新链、设施齐全的公共实验室、信息通达的技术情报中心、省重点实验室的成功运行经验, 以及完善的实验室支撑环境。通过这些科研配套设施及有利条件强有力地支撑和推进实验室在所覆盖专业方向的基础研究和科技创新研究, 并迅速取得预定的成效。
产学研共建的技术创新链。实验室与清华大学、浙江大学、南京大学等国内知名高校共建的产学研创新模式, 高校学者进入实验室, 利用依托单位在智能电网技术领域的理论研究、技术优势、高端、完善的实验研究平台, 将学校的研究成果进行完善和验证, 并通过实验验证平台将成果产业化, 形成了完整的技术创新链。与山东大学、东南大学、南京理工大学、河海大学、华北电力大学等多所高校共享教育资源, 联合培养博士研究生。
公共实验室具有完备的智能电网保护控制和安全稳定的科研中试、专业试验能力, 通过中试和型式试验模拟和分析研发中间过程中各种因素对设备性能参数的影响, 以及成果规模化生产后所具有的性能, 解决研发中间过程中需要进行的各种试验问题, 为科研成果规模化生产验证其能够达到的性能参数等。公共实验室是将实验室理论研究成果转化为高新技术产品中不可缺少的重要技术支撑环节。同时, 公共实验室作为共享平台, 实行对外开放政策, 资源和设备100%开放或共享, 为社会其他行业或单位提供研究与服务。
技术情报中心。实验室依托单位已建立了技术情报中心, 该中心负责对行业最新的发展趋势、技术动态和应用需求及时跟踪, 并通过内部报刊传达给部门和员工。该中心负责的《电力系统自动化》杂志为国际著名科学文献检索数据库—美国《工程索引》(EI)的核心期刊, 蝉联每届中国期刊界的最高奖—“国家期刊奖”; 英文杂志《Journal of Modern Power Systems and Clean Energy》是被Sci收录的我国能源与电力领域第一本全英文学术期刊。中心所属的图书馆有藏书3.2万册, 英文期刊、技术资料1万册, 并提供了海量信息的网上数字图书和技术刊物电子检索和下载, 为智能电网技术研发提供了有力的信息支持。
6开放合作与共享
实验室始终将自身建设与行业发展、人才培养、成果转化等紧密结合在一起, 实行开放合作、系统协调的运行机制, 注重人才交流与培养, 注重学术交流与合作, 积极推进科研创新和成果转化。
1与校、企强强联合
实验室与南京大学、东南大学、河海大学、华北电力大学等著名高校在基础研究、科技攻关、人才培养、实验室资源共享等方面开展全方位合作, 共同促进产学研相结合, 推动科研成果转化为生产力, 同时为学生提供了一个开放性的实践平台。针对行业中的共性技术和关键技术, 开展联合攻关, 为同行业的科研院所、大专院校及企业提供试验研究平台; 发挥高校基础理论研究与行业产业化需求之间承上启下的桥梁纽带作用。实验室根据研究方向设置开放基金和开放课题, 鼓励、吸引国内外相关领域优秀科研人才到实验室开展交流和研究工作, 促进、提升实验室的科研创新能力, 使实验室成为高水平的研究平台和人才培养基地, 实现产学研结合。
2学术交流与合作
实验室与全球一流的电力科研单位(如美国UL实验室、荷兰KEMA实验室、德国VDE协会以及国际小水电中心ICSHP)等世界顶尖专业机构签订战略合作协议, 和大型跨国集团(如美国GE公司、瑞士ABB集团、美国HP公司、美国CISCO公司、英国Invensys集团、法国Schneider电气、法国Nexans集团、美国G&W公司、意法半导体公司、以色列Yitran公司、德国菲尼克斯集团)开展交流与合作。派科研骨干出国考察、调研交流以及派博士研究生去交流学习。2010年1月至2013年6月, 实验室共参加国际学术会议交流24人次, 国内学术会议交流64人次。
公共实验室与世界著名机构德国TUV(德国技术监督协会 )签订了战略合作协议, 同时公共实验室也是美国联邦通信委员会FCC注册实验室、美国易科认证集团联合实验室和中国船级社联合实验室。
3开放共享
公共实验室具有国家级计量认证CMA和实验室国家认可CNAS资质, 实施对社会开放、仪器设备实行共享策略。
目前公共实验室每年为300家以上高等院校、科研院所、国内外大、中型企业提供基础研究服务、检测服务以及技术培训。
实验室对高校进行合作开放, 提供开放课题, 向清华大学、东南大学、河海大学等知名高校提供开放基金。
7日常管理
实验室的运行采用开放合作、规范有序的管理机制, 实验室的研究依照ISO: 9000 质量管理体系标准进行, 并根据CNAS-CL01: 2006实验室国家认可准则制定一系列的管理条例和办法, 确保实验室规范和高效地运行。
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原标题：智能电网保护和运行控制国家重点实验室
