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01. 成果簡介 質子交換膜燃料電池系統具有污染低，排放少，高比功率等優點，在汽車上有著越來越廣泛的應用。燃料電池汽車一般包含兩個動力源，即燃料電池和動力電池，如何實現兩個動力源間最優的功率分配，提高能量利用率和使燃料電池大部分工作在穩態工況下，提高燃料電池的使用壽命，是動力系統控制和能量管理的重點。 針對動力系統控制，提出了一種燃料電池混合動力整車控制方法和基于多信息融合的整車控制方法等。整車控制器通過實施讀取車輛狀態參數，預測整車需求功率，根據動力電池SOC狀態，計算預測未來一段時間內動力電池的目標最優SOC軌跡，同時計算整車的輔助功率等，實現整車目標功率在動力電池和燃料電池之間的優化分配。 針對能量管理，提出了一種燃料電池汽車的熱管理系統和基于地理位置信息的能量管理方法等。新型熱管理系統采用水冷方式控制燃料電池工作在合適的溫度，利用燃料電池工作時產生的熱量以及輔助電加熱器產生的熱量，用于車輛冬季取暖，同時用于鋰離子電池在冬季的保溫。基于地理位置信息的能量管理方法將車輛的地理位置信息與車輛的功率需求結合起來，通過多時間尺度的通訊，融合馬爾可夫模型和動態規劃算法，實現了工況預測和最優的能量管理。 同時還針對燃料電池等混合動力汽車，提出了多種網絡通訊方法和通訊網絡測試系統。提出了基于有限狀態機的分布式控制系統、基于時間出發的分布式控制系統CAN網絡通訊方法和基于TTCAN的整車通訊網絡測試系統等。簡化了控制流程設計，通過確立系統節點間信息交互模式可方便的規劃各節點間的協同工作，避免網絡仲裁和沖突，提高網絡安全的實時性和安全性。02. 應用前景 本成果可應用于質子交換膜燃料電池領域。03. 知識產權 本成果涉及10項發明專利。04. 團隊介紹 項目團隊主要研究方向新能源汽車動力系統，團隊成員包括歐陽明高、李建秋、楊福源、王賀武、盧蘭光、李希浩、徐梁飛、杜玖玉、韓雪冰、馮旭寧等，課題負責人為李建秋，獲得國家技術發明二等獎兩項，北京市科學技術一等獎一項、中國汽車工業技術發明一等獎一項，論文發表200余篇。項目團隊深度參與了中國新能源汽車的戰略規劃、科技研發、國際合作、示范考核和產業化推進的全過程，培育出多家學生創業型高科技企業，為中國新能源汽車躋身世界先進行列作出了重要貢獻。05. 合作方式 技術許可。06．聯系方式 郵箱： zhangyan2017@tsinghua.edu.cn

隨著電力電子技術的發展，晶閘管投切電容器(Thyristor Switch Capacitor-TSC)逐步取代了機械式開關投切電容器。●項目技術特色和創新性： 1）TSC的開、關無觸點，對投切時刻也可以精確的控制，可以無沖擊的快速將電容器接入電網，在很大度上減少了投切時的沖擊電流和操作過電壓。 2）裝置動態響應速度快，結構緊湊，設備投資小，運行能耗小，可頻繁的動作，分相調節，對電壓波動起到抑制的作用，而且它自身不產生諧波

本發明公開了一種電力系統穩定器，包括加法器、臨界增益提 升模塊、以及依次連接的測量模塊、增益模塊、第一隔直模塊、相位 補償模塊和第一輸出限幅模塊；臨界增益提升模塊的輸入端連接至增 益模塊的輸出端，臨界增益提升模塊的輸出端連接至加法器的第二輸 入端，加法器的第一輸入端連接至第一輸出限幅模塊的輸出端；臨界 增益提升模塊用于提升3Hz～20Hz頻段電力系統穩定器的相位特性并 輸出第二電壓控制信號；加法器用于將所述第一輸出限幅模塊輸出的 第一電壓控制信號與第二電壓控制信號相加后輸出電壓控制信號。本發明在抑制

重慶能源職業學院創建于2009年4月，是經重慶市人民政府批準、教育部備案，面向全國招生的全日制民辦普通高校（教育部代碼：14238）。學校具有良好的區位優勢和辦學條件。位于重慶市江津區雙福新區。校舍面積37.29萬平方米，固定資產總值10.37億元，教學科研儀器設備總值9411.71萬元。2019年11月，全日制在校生10585人。專任教師508人，高級職稱教師占30.12%，雙師教師占50.67%，碩士研究生及以上學歷占50.98%。學院辦學設施齊備，管理架構完善，教育教學規范，辦學質量優良。學校具有較高的社會美譽度和認可度。2014年以來，學校順利通過重慶市高等職業教育人才培養檢查評估；成功承辦全國首屆電梯安裝工職業技能競賽總決賽；學校被列為重慶市優質高等職業院校（培育）建設單位，獲批國家現代學徒制改革試點學校。學校被民政部授予“全國先進社會組織”、教育部首批“國防教育特色學校”、重慶市教委“重慶市依法治校示范校”等榮譽稱號。中共十八屆中央政治局常委、十二屆全國人大常委會委員長張德江，中央政治局委員、重慶市委書記陳敏爾等領導人先后來院調研，給予高度評價。學校建有能源與智能化特色專業集群。按照“創新、協調、綠色、開放、共享”發展理念和“加快建設內陸開放之地、山清水秀美麗之地”發展要求，對接重慶市“8+3”行動計劃對人才的需求，開設了資源環境與工程、能源動力與材料、土木建筑、裝備制造、生物與化工、交通運輸、電子信息等10個專業大類47個專業。其中，電梯工程技術、電子工藝與管理、油氣儲運技術、機電設備維修與管理等專業被列為重慶市骨干專業建設項目。電梯工程技術、汽車營銷與服務、電子工藝與管理、油氣儲運技術、供用電技術等專業被列為重慶市第二批向產教融合型深化的專業。學院與重慶科技學院、重慶工程職業學院等公辦高校簽訂了對口支援與合作協議，實現優質資源共享。學院設立了國家職業技能鑒定所、機械行業職業技能鑒定點、重慶市建設行業技能崗位鑒定分站，更好培養應用型職業技能人才。學校形成“產教融合、校企合作、工學結合”辦學模式。堅持“共建、共享、共贏、共育”基本思路，與100多家大中型企業建立了合作關系，其中世界500強企業10余家、大型國有企業百余家。與迅達（中國）電梯有限公司深度融合，成立電梯與智能制造學院，牽頭成立“全國電梯職業教育聯盟”；校企共建光伏發電“校中廠”、新能源汽車4S店、梯聯智能技術有限公司大數據運維中心、電梯智能運維重慶市高校工程中心、重慶市安全乘用電梯科普基地等，正在積極建設重慶電梯產學研園區，致力于構建物聯網模式下新型電梯安裝維保技術技能人才培養新模式，推動重慶地區電梯運用智能化升級。學校與企業雙方共同參與專業設置、制定人才培養方案、開展師資培訓、教材編寫、實習實訓、學生管理等教育教學活動，共同實施現代學徒制、訂單班等人才培養模式。學校高度重視大學生創新創業工作。先后被重慶市科委、市教委、市工商局授予“重慶市眾創空間”“重慶市高校眾創空間”“市級孵化園”等；被重慶市教委命名為“重慶市大學生創業示范基地”。學生參加中國“互聯網+”大學生創新創業大賽獲全國銅獎2項、重慶市金獎3項。學校積極構建全員全方位全過程育人體系。圍繞立德樹人根本任務，以“服務社會、服務行業、服務企業”為辦學宗旨，堅持“三化育人”（校園文化、企業文化、軍營文化），培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人。2019年電梯與智能制造學院獲教育部“全國教育系統先進集體”稱號。近3年來，學校獲得國家技能競賽一、二、三等獎10余項；全國行業競賽一、二、三等獎30余項；重慶市職業技能競賽獎項40多項。畢業生就業率97%以上，專業對口率91%以上，學生就業滿意度和用人單位滿意度93%以上。學校穩步開展多種形式的國際交流與合作。學校是“一帶一路”職教聯盟、中泰職教聯盟和中柬（重慶—金邊）職教聯盟等聯盟成員，國際交流工作組織機構健全，隊伍規模合理、結構科學，制度體系較為完善。積極借助平臺資源和力量，主動攜手擁有海外業務的中資企業，多渠道、多形式開展國際交流工作。先后與澳大利亞、英國、加拿大、新加坡、俄羅斯、柬埔寨等10多個國家開展互訪交流，與加拿大、澳大利亞、新加坡、泰國和巴基斯坦高校及企業建立合作關系，與俄羅斯、柬埔寨、泰國、南非等“一帶一路”沿線國家以及金磚國家探索合作培育高素質技能人才，目前正與俄羅斯院校和電梯行業協會合作籌備金磚五國電梯技能大賽，首批20名南非學生即將來校留學。進入新時代，踏上新征程，譜寫新篇章。重慶能源職業學院全院師生正深入貫徹落實習近平新時代中國特色社會主義思想、《民辦教育促進法》和《國務院加快發展現代職業教育的決定》等政策法規，堅守“自強，樂學，團結、進取”的校風，秉承“厚德、篤學、鑄能、思源”的校訓，積極進取，勇于創新，努力辦好人民滿意的高等職業教育，更好服務國家和重慶經濟社會發展，朝著特色鮮明的應用型大學的辦學目標不斷奮進！

已有樣品/n我國能源工業（水電、火電、核電和風電）裝機容量和發電量已處 于世界第一大地位。能源工業屬于重工業，其涉及到大量的設備，這些 設備的正常運行關系到整個能源工業的效率問題。因此，對其進行全面 完善的在線檢測顯得尤為必要。而專注于能源裝備材料性能的在線檢測 機構，全國沒有一家。目前國內計量校準行業，由于檢測設備原因，以 用戶送樣至校準機構實驗室為主，而很多大型裝配無法通過整機送檢的 方式進行計量校準，從而采取停機、拆下相關計量部件送檢的方式實施， 由此造成大量的產能損失。該項目旨在成立能源裝備

課題組設計合成片狀二維KNbO 3

為應對區域環境變化和全球氣候變化，傳統能源向可更新能源的轉型已成為全球能源發展的重要趨勢之一。然而，能源轉型對區域環境經濟的協同效益（co-benefits）或者伴生風險（co-risks），在全球不同區域的表現存在一定的差異。張家口作為全國唯一的可更新能源示范區和2022年冬奧會的協辦城市，擔負著京津冀城市群西北生態屏障的角色。因此，張家口在可更新能源替代方面的探索，社會、經濟和環境的影響深遠。研究運用構建的LEAP-Zhang模型在2016-2050年的分析顯示，相對于常規發展情景，在由可更新能源替代、能源節約設備和產業結構優化等三個子情景構成的綜合情景下，張家口的溫室氣體將在2030年達峰；可更新能源（風能、太陽能、生物質能、水電等）比傳統能源（煤炭、石油、天然氣等）在溫室氣體減排、就業容量和電力生產消耗等方面具有明顯的比較優勢。研究明確了可更新能源轉型帶來的協同社會環境效益，為國家能源轉型探索提供了研究支撐。

一、項目簡介此軟件在給定的電源、電網和負荷數據的前提下，本軟件對電力系統規劃方案進行 8760 小時全景模擬，既可以對電源規劃方案進行評估，也可以用于輸電網規劃方案評估，還可以針對新能源消納、系統調峰能力、外區交直接接入、抽蓄電站建設等進行專題評估。本軟件是基于課題組完全自主提出的理論而歷經多年開發，所提理論系為國內首創。二、產品性能優勢該軟件可以逐小時模擬全年電力系統運行情況，經過多個實際系統驗證，模擬結果于實際運行情況較為接近。主要特點：1. 軟件對新能源中長期波動刻畫準確，既可以直接利用風光大量歷史數據，也可根據理論進行新能源波動模擬以解決歷史數據匱乏問題。. 與傳統的短期機組組合方法相比，此軟件通過全年精細化的機組組合，充分考慮了電源和負荷在時間尺度上的不均勻性。. 與傳統基于電力電量平衡的規劃評估思路相比，軟件計及了線路傳輸約23束和潮流斷面約束，并考慮供/受外區電、抽水蓄能、熱電聯產、氣電、光熱等特殊機組和運行情況，使評估結果更具參考價值。4. 在調度方式上，具有三公調度、經濟調度、節能調度等多種可選調度方式。三、市場前景及應用此評估軟件已在我國西北、華中、華東的七個省級

新型電力系統仿真分析、測試驗證。 一、項目分類 關鍵核心技術突破 二、成果簡介 隨著“雙碳目標”國家能源戰略的確定和新型電力系統概念的提出，我國能源轉型力度持續加大，逐步形成了大量新能源接入電力系統的局面。由于風能、太陽能等新能源與常規能源稟性差別很大，其并網發電系統具有顯著不確定性、波動性和機械慣量缺失等特點。此外，高比例電力電子裝備、新一代直流輸電、多能互補的綜合能源、各類大規模儲能電站、各種通信及自動化新技術裝置等因素使得新型電力系統組成要素愈加復雜，動態特性蘊含諸多未知，造成系統規劃設計、裝備制造、系統集成和運行控制等都面臨史無前例的挑戰。目前，電力科研院所、規劃設計單位、裝備制造廠家、教育培訓機構等對新型電力系統開展仿真分析、測試驗證的需求很大、很迫切。同時看到，新型電力系統的這些新型場景對仿真技術要求苛刻，門檻很高。 1）新型電力系統需要精細化動態模擬。人們對新型電力系統動態行為的認識還不夠深入，無論是基礎理論層面還是工程技術層面還處于廣泛討論、觀點碰撞或局部示范試驗階段。然而，電力設施的新技術路線試錯成本極高，不太可能對所有備選方案和技術選項都逐一示范。因此，開展大量深入的仿真研究是推進新型電力系統實施的必要手段。對于新型電力系統，需要深入開展仿真研究的領域包括：①新型電網體系結構研究；②新能源接入電網關鍵技術； ③ 新能源電網保護與自動化技術； ④源網荷儲協同控制與優化調度；⑤新型配電網的電能質量分析與控制；⑥人工智能等新技術對新型電力系統的支撐。 2）新能源基地并網需要做穩定性評估。大規模陸上及海上風電集中接入局部電網有可能引發次/超同步振蕩、寬頻諧波諧振等電網安全穩定性問題，需要對這些問題進行機理及應對策略分析。所以需要對包含多類型新能源裝備的局部電網做精細化動模仿真測試。然而，百千臺級風光機組電磁暫態詳細建模與仿真是一個卡脖子難題。 3）軟、硬件在環仿真是必要的。新能源及儲能電站的電力電子變流器控制及保護策略是廠家核心機密，對外不公開。由于控保策略對裝置外特性及其接入系統的響應特性有重要影響，故需要分析內部核心控保策略。需要將新能源及儲能控制器實物或黑盒模型接入測試平臺開展動模仿真，以對其多時間尺度動態響應特性進行精細化分析。軟、硬件在環試驗對仿真平臺提出了更高要求。 4）超大規模儲能電站的仿真難度大。①單個儲能機組的設備形態發生改變，從兩/三電平變流器向模塊化多電平變流器（MMC）的復雜結構演變，甚至采用儲能跟變流器集成，故需要對這種復雜新形態做精細化測試驗證。②超大規模、超大機組的儲能電站包含較多并聯儲能單元或者儲能機組，吉瓦時級儲能電站，需上百臺機組并聯。另外，儲能變流器的控制策略正從電流源型向電壓源型轉變，控制策略趨于復雜化，故需要大量的儲能變流器的控制裝置接入測試平臺，才能對實現對儲能單機以及多機之間協調控制性能測試，進而實現超大規模、超大機組的儲能電站的精細化仿真。 5）現代直流輸電控制與保護測試提出更高要求。超/特高壓直流輸電系統應用于新能源基地外送的控制保護策略及其硬件在環試驗對實時仿真平臺硬件資源要求苛刻，既要對直流輸電系統建模，又要對新能源基地建模，應用場景的復雜性對仿真平臺要求更高。 1 技術分析（創新性、先進性、獨占性） 1.1 國產化實時仿真技術現狀 實時仿真是指仿真模型執行進度與系統時鐘完全同步的一類仿真，具備這種特性的仿真裝置稱為實時仿真器。新型電力系統的認知、試驗、生產、培訓需求快速增長，形成了實時仿真領域巨大潛在市場。但目前RTDS、RT-LAB等進口設備依舊壟斷市場，對于大規模新能源場站、縣域規模萬節點級電力系統、多端特高壓直流輸電等應用場景電磁暫態仿真，所需的仿真資源巨大，平臺造價極高。且關鍵核心技術處于卡脖子狀態，平臺應用的靈活性和開放性受到很大限制。只有開發和推廣國產化實時仿真技術才能為順利推進新型電力系統建設過程中的研究和生產提供自主可控的工具和手段。 1.2 UREP與進口設備的對比試驗  為了實現電力實時仿真器的國產化替代，徹底解決電力實時仿真領域的技術“卡脖子”問題，國產實時仿真器UREP需要與國際主流技術進行對比，力求達到甚至超過目前世界最先進的技術。對標對象為行業公認的電力系統實時仿真儀（RTDS）和行業廣泛使用的RTLAB，以上兩款設備均為加拿大生產。對比試驗方案如圖1-1所示。制定標準（典型）測試算例，分別在UREP、RTDS和RTLAB環境下搭建測試算例的仿真模型，在完全相同的測試條件和試驗內容下得到各種仿真器的仿真結果，比較仿真結果的一致性。同時比對仿真規模、建模效率和編譯時間等關鍵指標。             圖1-1  國產UREP與進口設備對標方案 1.2.1電氣網絡仿真對比    圖1-2表示了一個多支路網絡，基于圖1-1中三種仿真器搭建該模型，通過不斷增加支路數擴大網絡規模，直到仿真器過載，得到仿真器的算力極限。         圖1-2  多支路電氣網絡 在50us仿真步長下，對于圖1-2案例RTLAB最大仿真規模為78個 三相節點，UREP也為78個 三相節點，二者相同。在編譯速度方面，RTLAB編譯時間為3分52秒，UREP編譯時間為1分12秒，UREP是RTLAB的3.22倍。      圖1-3  基于RTDS的仿真模型  當基于RTDS建模時，如圖2-5，每塊PB5最多允許24個節點；當基于NovaCor建模時，在超大步長150us下可以達到100節點，在50us步長下仿真規模未知。 2.2.2 雙饋風機仿真對比   雙饋風機含有電機、傳動鏈、電力電子變流器和控制系統，是具有代表性的新能源元件。在在50us仿真步長下，對于如圖1-4案例，RTLAB最大仿真規模為6臺，UREP也為6臺，二者相同。在編譯速度方面，RTLAB編譯時間為7分0秒，UREP編譯時間為2分12秒，UREP是RTLAB的3.18倍。                圖1-4  雙饋風機測試案例 2.2.3 直流輸電仿真對比   直流輸電是最復雜的電力電子裝備，有換流閥、閥控制器、極控制器、站控制器等一次和二次系統，是實時仿真領域的難點，也是檢驗仿真器能力的試金石。圖1-5是雙端單極直流輸電系統測試用例，每端包含2個六脈波橋，控制保護包括了閥控、極控和主控模型，封裝于藍色模塊內。   圖1-5 雙端單極直流輸電系統測試用例 將圖1-5所示算例分別在RTLAB和UREP中建模運行，在單核可用資源下，若仿真對象為電氣主系統和控制保護組成的整個系統，則RTLAB過載，UREP也過載。若仿真對象僅為電氣主系統（即雙側電源、交直流濾波器和4個6脈波橋），則RTLAB和UREP均不過載。在編譯速度方面，RTLAB編譯時間為3分40秒，UREP編譯時間為1分11秒，UREP是RTLAB的3.10倍。 2.2.4 同步發電機組仿真對比    同步發電機目前仍是電力系統主力電源，是電力系統的主要仿真對象。同步發電機組模型包括同步發電機、調速器、勵磁調節器及升壓變。搭建多臺同步電機并列運行算例，如圖1-6所示。   圖1-6  同步電機并列運行算例 在50us仿真步長下，對于圖1-6案例RTLAB最大仿真規模為11臺，UREP為13臺。在編譯速度方面，RTLAB編譯時間為3分51秒，UREP編譯時間為1分16秒，UREP是RTLAB的3.04倍。 2.2.5 最小步長對比 基于CPU的最小仿真步長能夠體現仿真計算時間的抖動問題，抖動越小，允許的仿真步長就越小。因此，通過比較最小仿真步長，也可以反映仿真器的計算性能。仿真對象采用單臺雙饋風機，模型包括風力機、繞線異步電機、機側變流器、網側變流器、主動系統、所接入的配電網等元素，如圖1-7所示。             圖1-7  測試最小步長算例 經測試，RTLAB最小仿真步長為24us，UREP最小仿真步長為20us。可見，UREP具有更小的仿真抖動。 2.2.6 仿真精度對比 為了驗證國產UREP的仿真精度，采取和RTDS交叉對比驗證方法說明UREP的仿真精度。電力系統仿真包括電磁暫態和機電暫態，因此，從電磁暫態和機電暫態兩個方面進行對比，同時考慮各種應用場景，以覆蓋各種情形。電磁暫態檢測案例的電網拓撲如圖1-8所示。 圖1-8 電磁暫態檢測使用案例 無窮大電源電壓等級為110kV，頻率為50Hz，系統內阻抗為；L1、L3線路阻抗為，L2、L4線路阻抗為， T1、T2兩變壓器的額定容量均為，短路電壓，空載損耗，空載電流，短路損耗，變比，高低壓繞組均為Y形聯結；假設系統A1、B1、A、B處供電負荷為(5+j1)MVA，C1和C處供電負荷為1+j0.1MVA。UREP建模如圖1-9所示。   圖1-9 電磁暫態檢測案例的UREP仿真模型 基于RTDS建立電磁暫態案例的仿真模型如圖1-10所示，其電壓過零點短路控制如圖1-10所示。   圖1-10  RTDS仿真模型   圖1-11  RTDS電壓過零點短路控制結構 對上述模型，分別使用UREP和RTDS進行實時仿真，仿真時間為0.2s，短路故障發生在0.06s-0.16s之間，仿真步長為100微秒，橫軸表示在0.2s時間內仿真采樣點數，縱軸表示母線電壓、電流，單位分別為V、A。在母線A點處發生三相短路，短路前后及短路期間的三相電壓波形如圖16-7。為了顯示細微之處，將圖1-12局部放大后，如圖1-13。   圖1-12  A點發生三相短路時三相電壓波形   圖1-13  A點處發生三相短路時三相電壓波形局部放大 點劃線為RTDS仿真結果，虛線為UREP仿真結果。可以看出，兩種仿真結果高度重合，表現出電磁暫態仿真結果的高度一致。電磁暫態過程除了表現在電壓動態還表現在電流動態，短路前后及短路期間的三相短路電流波形如圖1-14。   圖1-14 A點處發生三相短路時三相電流波形 圖1-15  A點處發生三相短路時三相電流波形局部放大圖 1.3  對標結論 （1）在內核資源完全等同條件下，國產UREP和RTLAB的仿真算力基本相同，即內核授權數相同條件下，具有相同的仿真規模。 （2）國產UREP的建模效率和編譯速度遠遠高于RTLAB。小規模場景下，UREP是RTLAB的3倍左右，大規模場景下UREP是RTLAB的45倍左右。 （3）在仿真對象完全相同的條件下，國產UREP和RTDS的電磁暫態仿真結果完全相同，二者交叉對比沒有差別。