华北电力大学科技成果汇编

华北电力大学科技成果汇编

目录

1、大型火电空冷系统多尺度输运机理及过程节能 (2)

2、电动汽车充电设备电气测试系统 (3)

3、并网风力发电机组安全穿越低电压故障装置 (4)

4、输变电设备在线监测与故障诊断系统 (6)

5、大型电力变压器局部放电缺陷的测量与诊断技术 (7)

6、超特高压电网继电保护关键技术研究及应用 (8)

7、发电设备计算机化维修管理系统和运行与维修智能决策系统的研究 (9)

8、火电厂厂级运行性能在线诊断及优化控制系统 (11)

1、大型火电空冷系统多尺度输运机理及过程节能

空冷技术是富煤缺水地区火力发电的关键技术，但气象、环境条件对空冷机组的性能存在显著的复杂影响；同时，空冷系统本身也具有典型的多尺度特征，探索空冷机组的安全高效运行和优化设计方法，实现火力发电的节能节水，是动力工程领域面临的前沿和挑战性课题。

从实验研究条件、多尺度数值计算模拟仿真和现场热力性能试验等不同角度，建立了迄今最为全面和完善的空冷系统性能研究环境，为开展适合我国北方自然环境条件的电站空冷技术研究提供了良好的支撑条件；完整揭示出大型火电空冷系统的性能特征和特性机理。开发了空冷单元空气流场的优化组织、空冷岛环境风场诱导强化技术和装置，提出风机群分区优化运行技术，解决了空冷技术受制于环境风场和极端气温不利影响带来的机组运行热效率偏低的核心难题。开发了空冷凝汽器用系列化新型高性能翅片管传热元件；提出具有自主知识产权、适合我国北方气象环境条件的新型间接空冷系统；结合我国国情，提出新的空冷凝汽器性能评价准则。显著提高了空冷选型和系统设计关键参数的优化水平，从源头上保障了空冷机组的优化设计和高效运行。

近5年来，实验室研究人员在该方向发表国内外学术期刊论文近50篇，被相关研究引用250余次，获授权发明专利5项。成果的主要技术内容通过了教育部科技成果鉴定，并先后获2009年教育部科技进步一等奖和2011年国家科技进步二等奖。项目成果在火电行业近百台大型空冷机组中得到应用，可使机组供电煤耗降低 4.5-7g/kWh。项目成果的推广应用，可使火电行业形成年节约标准煤500万吨的能力，具有显著的经济、社会效益。

2、电动汽车充电设备电气测试系统

本系统可用于提高化成厂家在化成、检测和配组等电池生产过程的自动化程度和生产效率。本项目研究依托于国家863计划项目“电动汽车充电设备电气检测技术及标准研究”，围绕建立安全、可靠、完善的电动汽车充电设施和服务体系，以电动汽车充电设备电气检测技术为研究目标，为电动汽车充电设施科学、有序地发展提供技术支撑。1. 研制了电动汽车车载、非车载充电机等充电设备的测试平台；提出了电动汽车充电设备运行和使用的技术检测规范；2. 提出了先进的电动汽车充电设备性能的快速测试诊断技术；3. 开发了计算机虚拟电池管理系统,实现了非车载充电机快速充电的可控测试；4. 研究了电动汽车车载和非车载充电机、充电桩等充电设备接入电网的电能质量检测技术，提高了蓄电池的生产效率。电动汽车充电设备电气检测技术的突破将推动电动汽车充电设备产业的科学化和规范化发展。通过电动汽车充电设备电气检测技术及标准，可规范电动汽车充电设备的制造质量标准，提高电动汽车充电设备使用过程中的安全性和高效性，促进电动汽车充电设备的规范化制造，对于保障充电过程中动力电池组的安全性和电网的稳定性均具有重要意义和潜在的经济价值。

3、并网风力发电机组安全穿越低电压故障装置

大型并网双馈感应风力发电机组属轻型大容量塔上结构，采用高速齿轮箱传递动力，发电机转子侧接电力电子功率变换装置，其结果是风电机组相比传统同步发电机组更脆弱；同时，随着风力发电装机容量的迅速增长，规模化并网带来了新的技术问题，例如：当电网故障或大负荷扰动引起风电场并网点电压跌落时，一方面，出于自身的安全性考虑，风电机组应该及时从电网解列，但另一方面，从电网的角度考虑，在电网故障（脆弱）或承受大的负荷扰动的时刻，大量的并网的电源也从电网解列，可能会产生更大的扰动从而让事故进入恶性循环。因此，世界各主要国家电网公司先后颁布了技术标准和规程，要求在一定的电压跌落范围内，风电机组能够不间断地并网运行，直到电压恢复如常，从而维持电网稳定，即并网风电机组的低电压穿越能力。新提出的低电压穿越规程要求给并网发电的风力发电机组带来了巨大的技术挑战。本成果深入研究了电网在对称和不对称运行状态下并网双馈感应风力发电系统的稳态、暂态计算方法；建立考虑双馈感应发电机、转子侧及网侧变换器的正、负序分量等效dq 轴分量的完整风电机组动态模型；揭示了对称和不对称故障引起的低电压对风力发电机组及交流励磁变流器的作用机理和影响程度。在此基础上，进一步提出了具有鲁棒控制特性的定子侧开关无源阻抗缓冲器的低电压穿越方法及其参数计算方法；并全方位仿真计算和试验测试验证了定子侧开关阻抗缓冲器在对称或不对称故障时的低电压穿越能力，从而，形成一种既能保障双馈感应风力发电机组在电网故障状态下自身不间断安全运行，又能最大限度地提高电网安全稳定性的抵御和穿越电网低电压故障的方法及其保护装置方案。技术创新：本成果深入研究了电网在对称和不对称运行状态下并网双馈感应风力发电系统的稳态、暂态计算方法；建立了考虑双馈感应发电机、转子侧及网侧变换器的正、负序分量等效dq 轴分量的完整风电机组动态模型；揭示了对称和不对称故障引起的低电压对风力发电机组及交流励磁变流器的作用机理和影响程度。在此基础上，进一步提出了具有鲁棒控制特性的定子侧开关无源阻抗缓冲器的低电压穿越方法及其参数计算方法；并全方位仿真计算和试验测试验证了定子侧开关阻抗缓冲器在对称或不对称故障时的低电压穿越能力，从而，形成一种既能保障双馈感应风力发电机组在电网故障状态下

自身不间断安全运行，又能最大限度地提高电网安全稳定性的抵御和穿越电网低电压故障的方法及其保护装置方案。

4、输变电设备在线监测与故障诊断系统

随着国民经济的持续发展，我国的电力系统正在向超高压、大电网、大容量、自动化的方向发展，对输变电设备进行在线监测与故障诊断，可有效提高电气设备的运行可靠性，具有重要的意义。该系统能够联网实时监测和远程管理变压器、GIS、电容型设备等输变电一次设备，及时发现输变电设备内部的各种短路、局部放电、绝缘受潮和老化等故障，并实时诊断预警，为输变电设备正常运行提供必要的指导数据，大大提高了输变电设备的运行可靠性。该系统是总结十多年来高电压与绝缘技术研究所关于绝缘泄漏电流测量、介质损耗测量、局部放电测量、振动特征测量和故障诊断技术等领域的研究结果，结合现场实际检测和处理经验，采用最新的传感器技术、信号处理技术、计算机技术等手段和最新诊断理论、算法实现的新一代高性能智能化、综合化的在线监测系统。采用多元信息融合技术进行故障综合诊断，诊断效率和准确度大大提高，达到了国内领先水平。近年来基于该课题，我研究团队共获得省部级科技成果二等奖、三等奖各1项；申请发明专利20余项；承担“973”、“863”子课题各1项、国家自然基金项目3项、省自然基金项目2项，其他横向项目10余项。有100余台套输变电设备在线监测与故障诊断系统在现场运行，经济效益和社会效益显著。

5、大型电力变压器局部放电缺陷的测量与诊断技术

该成果提出了变压器局部放电检测的系统的、全面的外部干扰排除方法；提出了变压器局部放电超宽带天线阵列定位新技术；提出了变压器内部局部放电缺陷严重程度的特征参数，进而提出了局部放电缺陷的类型和严重程度的诊断方法，并且设计并实现了相应的自动诊断软件。

研究成果通过了实验室试验验证，并在上海市电力检修公司和福建省十余座变电站得到应用。该成果抗干扰技术的在线检测结果的准确性与过去相比提高了3倍，准确率提高到95%；定位技术误差一般不超过30cm；总体运算时间在秒级，Y型优化阵列准确定位区域比现有的矩形阵列大18倍。

该成果在局部放电缺陷严重程度的诊断方法和预警预测方法方面填补了国内外空白，对放电类型的严重程度识别的准确度达到了93.3%以上。授权发明专利3项，发表SCI、EI论文14篇，并获得2012年福建省科学技术奖三等奖。

6、超特高压电网继电保护关键技术研究及应用

研究背景

超特高压电网具有电压等级高，输电容量大，输送距离远，覆盖范围广等特点，电网故障带来的系统安全影响更加严重。超特高压系统故障后的暂态特征及继电保护与控制装置的配合关系复杂，超特高压工程带来的继电保护新问题对传统继电保护配置提出了更高的标准和要求。因此研究超特高压电网继电保护新原理是当前超/特高压电网建设的重大课题。

主要成果

构建了超特高压系统实时数字仿真系统（RTDS）模型，揭示了超特高压系统故障机理及其电磁暂态特征。在超特高压继电保护新原理方面取得了多项重大的科研成果，如：提出dR/dt振荡闭锁原理，解决了电力系统振荡过程中距离保护容易误动的难题；提出“按相补偿”方法，改革了接地阻抗继电器的接线方式，有利于阻抗选相和距离保护的快速动作；提出“虚拟电流”的构成方法，解决了母线保护的故障判别及TA饱和、断线的判别难题；提出基于电压回路方程的变压器保护新原理，解决了励磁涌流引起差动保护误动的难题等。研究开发的微机保护、继电保护测试仿真系统、变电站自动化系统、发变组保护系统及故障录波装置等均处于国际领先水平。

学术影响

研究团队在20世纪80年代初研发了我国第一台微机继电机保护装置，而后研发的分层、分布式变电站综合自动化系统率先在西电东送工程的首个500kV 变电站投入应用；1000kV线路保护及变电站自动化系统也成功投运；依托研发技术创建的四方公司已成为我国二次设备三大制造商之一，年产值超过20亿元。相关研究成果已成功应用于实际电网中，先后2次2国家级科技进步二等奖，取得了重大经济和社会效益。

7、发电设备计算机化维修管理系统和运行与维修智能决策系统的研究

发电设备维修是一项复杂的系统工程，然而缺少适用的维修模式、先进的运行与维修智能决策系统和计算机化维修管理系统等作为技术支撑。本项目的主要内容及其技术经济指标如下：

（1）基于SRCM的发电设备状态维修管理模式及工作程序：确立了基于SRCM 和以工单为主线的维修管理模式，制订了状态维修的工作程序及其具体内容。

（2）生产实时数据接口技术及数据库管理系统：开发了生产实时数据接口技术及数据库管理系统，实现了生产实时信息的远程连接、智能查询和有效共享。

（3）发电设备状态维修理论与技术体系：确立了功能位置码与系统码相结合的设备编码方案；建立了基于蒙特卡罗模拟的设备重要度分析模型和维修方式决策规则；给出了状态划分规则和状态阈值确定方法，建立了基于模糊理论和变权方法的状态综合评价模型以及基于灰色理论和神经网络的状态综合预测模型；建立了主设备定期维修的间隔优化模型，以及辅助设备定期检查、定期更换、隐患检查的间隔优化和状态维修阈值模型；建立了基于RCM定量分析的维修优化模型；建立了复杂可修复系统的短期维修决策和评价模型。

（4）发电设备运行与维修智能决策系统和计算机化维修管理系统：建立了SRCM分析平台和维修知识库，可进行故障模式影响、故障树、故障风险及可靠性分析；建立了状态评价及预测平台，可实现综合状态实时评价和预测；建立了维修决策及评价平台，可实现维修的智能决策及优化；建立了缺陷管理平台，可实现缺陷处理自动化；建立了备件存储优化及管理平台，可节省备件的购买和存储费用；建立了维修过程管理平台，可实现维修计划的全程管理。

本项目完善和丰富了设备维修理论与技术体系，可促进发电设备维修技术的进步；为发电设备状态维修的实施提供了先进的技术支持系统和高效的管理平台，可以优化定期维修间隔，减少维修时间，降低维修费用和维修风险；提高设备的可靠性和可用率，改善机组的运行性能，增强发电能力。

应用领域与推广方式：

本项目适用于发电厂设备状态维修工程，也适用于发电厂设备点检工程。本项目拥有自主知识产权，具有很强的市场竞争力，可替代同类进口产品，为国家节约大量外汇。

8、火电厂厂级运行性能在线诊断及优化控制系统

“火电厂厂级运行性能在线诊断及优化控制系统”从火电厂全厂整体综合优化运行的角度出发，通过对其所属多台机组的运行状态进行连续监视、经济分析、在线诊断以及优化控制，达到稳定、节能的目的。本项目由西安热工研究院和华北电力大学共同协作完成并获2005中国电力科学技术一等奖。

本项目创建了一套完整的技术体系，包括从全厂整体综合优化运行系统的概念、定位、理论方法、关键技术到应用软件开发、系统集成、示范和推广应用。研制成功具有自主知识产权的"火电厂厂级运行性能在线诊断及优化控制系统"（SIS）。

本项目主要创新有：

针对火电厂生产运行对网络信息系统安全性的要求，首次提出并实现了三级可靠性、二级安全性发电厂网络结构；开发了“基于单向物理链路的网络数据传输隔离装置”，解决了火电厂监控信息网络的安全性问题。

提出了DCS＋SIS＋MIS的火电厂厂级运行监控及生产管理的新模式，已成为我国火电厂设计的典型配置方式；开发了成套应用功能软件，推动了火电厂自动化信息化技术的跨越。

提出了热力系统经济性分析的小扰动理论；改进了汽轮机变工况经典理论中的弗留格尔公式；采用热力系统拓扑结构矩阵分析法和顺序扰动解除法，提高了热力系统经济分析的准确性。

提出了回路级优化控制的鲁棒控制器设计方法、机组级优化控制的模糊多模型协调控制方法和厂级优化控制的多约束负荷优化分配方法，实现了全厂的整体优化控制。

提出了基于统计模型的设备状态在线监测与劣化分析理论方法，实现了设备的故障预警和运行故障的在线诊断。提出了基于JIT（Just In Time）模式的火电厂设备缺陷管理方法，实现了设备缺陷处理流程的自动化。

有效地利用火电机组运行实时、历史数据，采用数据挖掘、信息重构等软测量技术，解决风量、烟气含氧量等参数难以测量的问题，用于机组运行性能在线诊断及优化控制。

本项目属自主研发，并拥有自主知识产权。经中国电机工程学会组织鉴定后，实现了科研成果的产业化。本系统极大促进了电力企业信息化、现代化建设，显著提升了发电企业核心竞争力。