王成山,男,天津市人,1962年生,长江学者特聘教授,国家杰出青年基金获得者,国家重点基础研究项目(973计划项目)首席科学家,首批“国家特支计划”百千万工程领军人才,何梁何利基金科学与技术进步奖获得者,中国电力科学技术杰出贡献奖获得者,教育部创新团队负责人,科技部首批重点领域创新团队负责人。 现任天津大学电气与自动化工程学院教授、院长,智能电网教育部重点实验室主任。
教育及工作经历:
1979.9~1983.7 天津大学工业电气自动化专业读书,获学士学位;
1983.9~1985.12 天津大学电机与电器专业读书,获硕士学位;
1987.9~1991.3 天津大学电力系统及其自动化专业读书,获博士学位;
1985.12-1987.06天津大学电力及自动化系助教;
1987.07-1992.06天津大学电力及自动化系讲师;
1992.06-1996.11天津大学电力及自动化系副教授;
1996.11-今 天津大学电气与自动化工程学院教授;
1994.09-1996.09美国康奈尔大学访问学者;
2001.09-2002.02美国卡耐基梅隆大学访问教授;
1997.06-2002.03天津大学电气与自动化工程学院副院长;
2002.03-2009.12 天津大学电气与自动化工程学院院长;
2014.5 – 今天津大学电气与自动化工程学院院长。
学术兼职:
1、中国电机工程学会常务理事、学术委员会委员;
2、天津市自动化学会副理事长;
3、教育部电气工程及其自动化专业教学指导委员会委员;
4、《电力系统及其自动化学报》编辑委员会主任委员;
5、"十一五"国家863计划“MW级并网光伏电站系统”重点项目总体专家组成员;
6、“十二五”科技部智能电网重点专项专家组专家;
7、《IEEE Transaction on Sustainable Energy》 编委会委员;
8、《Applied Energy》 编委会委员。
研究方向:
主要从事分布式能源与微电网,配电网分析与规划,电力系统安全性分析等领域的研究工作。
承担科研项目情况:
作为项目主要负责人完成的部分科研项目:
1、国家重大基础研究计划(973)项目:分布式发电供能系统相关基础研究,2009-2013。
2、国家自然科学基金项目:基于结构保留模型的电力系统鲁棒稳定性分析。
3、国家自然科学基金项目:计及非线性的区域系统联络线输电能力的快速计算与分析。
4、国家自然科学基金项目:市场环境下的区域互联电力系统安全性协同分析。
5、国家自然科学基金委员会杰出青年基金项目:分布式发电系统运行仿真与优化控制。
6、国家高技术研究发展计划(863计划)课题:兆瓦级冷热电联供分布式能源微网系统并网关键技术研究与工程示范。
7、教育部重大项目:分布式发电系统分析与仿真
8. 国家基金委重大国际合作(英国)项目:智能配电网综合运行与规划研究,编号:51261130473,2013.1-2015.12
9. 国际合作项目(美国EPRI):Development of Power System Transient Stability Region,编号:EP-P24225/C11739,2007.5-2008.5
科研成果:
获国家技术发明二等奖1项、国家科技进步二等奖2项,省部级奖励一等奖6项、二等奖5项,出版专著4部,发表论文300余篇,他引8900余次,论文两年度获评中国百篇最具影响力国内论文,授权发明专利23项,获美国专利2项。
出版专著:
(1)、余贻鑫,王成山,《电力系统稳定性理论与方法》,科学出版社,1999。
(2)、王守相,王成山,《现代配电系统分析》,高等教育出版社,2007.10。
(3)、王成山,罗凤章,:《配电系统综合评价理论与方法》,科学出版社,2012年。
(4)、王成山,《微电网分析与仿真理论》,科学出版社,2013年。
发表论文:
[1]. Liu Hong,Han Jun,Ge Shaoyun,Wang Chengshan.Improved analytical method of power supply capability on distribution systems.International Journal of Electrical Power and Energy Systems,2014,63:97-104.
[2]. Wang Chengshan,Li Xialin,Guo Li,Li Yunwei.A nonlinear-disturbance-observer-based DC-bus voltage control for a hybrid AC/DC microgrid.IEEE Transactions on Power Electronics,2014,29(11):6162-6177.
[3]. Li Yan,Gao Wenzhong,Jiang Jiuchun,Wang Chengshan,Muljadi Eduard.Unified calculation of eigen-solutions in power systems based on matrix perturbation theory.Science China-Technological Sciences,2014,57(8):1594-1601.
[4]. Xiao Jun,Bai Linquan,Li Fangxing,Liang Haishen,Wang Chengshan.Sizing of energy storage and diesel generators in an isolated microgrid using discrete Fourier transform (DFT).IEEE Transactions on Sustainable Energy,2014,5(3):907-916.
[5]. Wang Dan,Jia Hongjie,Wang Chengshan,Lu Ning,Fan Menghua,Miao Weiwei,Liu Zhe.Performance evaluation of controlling thermostatically controlled appliances as virtual generators using comfort-constrained state-queueing models.IET Generation Transmission and Distribution,2014,8(4):591-599.
[6]. Wang Dan,Ge Shaoyunm,Jia Hongjie,Wang Chengshan,Zhou Yue,Lu Ning,Kong Xiangyu.A demand response and battery storage coordination algorithm for providing microgrid tie-line smoothing services.IEEE Transactions on Sustainable Energy,2014,5(2):476-486.
[7]. Mu Yunfei,Wu Jianzhong,Jenkins Nick,Jia Hongjie,Wang Chengshan.A Spatial-Temporal model for grid impact analysis of plug-in electric vehicles.Applied Energy,2014,114(SI):456-465.
[8]. Guo Li,Liu Wenjian,Jiao Bingqi,Hong Bowen,Wang Chengshan.Multi-objective stochastic optimal planning method for stand-along microgrid system.IET Generation Transmission and Distribution,2014,8(7):1263-1273.
[9]. Guo Li,Liu Wenjian,Cai Jiejin,Hong Bowen,Wang Chengshan.A two-stage optimal planning and design method for combined cooling,heat and power microgrid system.Energy Conversion and Management,2013,74:433-445.
[10]. Mi Yang,Fu Yang,Wang Chengshan,Wang Peng.Decentralized sliding mode load frequency control for multi-area power systems.IEEE Transactions on Power Systems,2013,28(4):4301-4309.
[11]. Wang Chengshan,Li Yan,Peng Ke,Hong Bowen,Wu Zhen,Sun Chongbo.Coordinated optimal design of inverter controllers in a micro-grid with multiple distributed generation units.IEEE Transactions on Power Systems,2013,28(3):2679-2687.
[12]. Yu Xiaodan,Jia Hongjie,Wang Chengshan.CTDAE & CTODE models and their applications to power system stability analysis with time delays.Science China-Technological Sciences,2013,56(5):1213-1223.
[13]. Wang Chengshan,Zhou Yue,Wang Jidong,Peng Peiyuan.A novel Traversal-and-Pruning algorithm for household load scheduling.Applied Energy,2013,102(SI):1430-1438.
[14]. Wang Chengshan,Li Yan,Peng Ke,Wu Zhen,Sun Chongbo,Yuan Kai.Matrix perturbation based approach for sensitivity analysis of eigen-solutions in a microgrid.Science China-Technological Sciences,2013,56(1):237-244.
[15]. Wang Chengshan,Li Xialin,Guo Li,Li Yunwei.A seamless operation mode transition control strategy for a microgrid based on master-slave control.Science China-Technological Sciences,2012,55(6):1644-1654.
[16]. Wang Jianhui,Conejo Antonio J,Wang Chengshan,Yan Jinyue.Smart grids,renewable energy integration,and climate change mitigation-Future electric energy systems.Applied Energy,2012,96:1-3.
[17]. Fan Menghua,Ajjarapu V,Wang Chengshan,Wang Dan,Luo Cheng.RPM-based approach to extract power system steady state and small signal stability information from the time-domain simulation.IEEE Transactions on Power Systems,2011,26(1):261-269.
[18]. Luo Fengzhang,Wang Chengshan,Xiao Jun,Ge Shaoyun.Rapid evaluation method for power supply capability of urban distribution system based on N-1 contingency analysis of main-transformers.International Journal of Electrical Power and Energy Systems,2010,32(10):1063-1068.
[19]. Wang Liwei,Jatskevich J,Wang Chengshan,Li Peng.A voltage-behind-reactance induction machine model for the EMTP-type solution.IEEE Transactions on Power Systems,2008,23(3):1226-1238.
[20]. Jia Hongjie,Yu Xiaodan,Yu Yixin,Wang Chengshan.Power system small signal stability region with time delay.International Journal of Electrical Power and Energy Systems,2008,30(1):16-22.
[21]. Zhong Jin,Wang Chengshan,Wang Yiping.Chinese growing pains.IEEE Power and Energy Magazine,2007,5(4):33-40.
[22]. Yu Yixin,Jia Hongjie,Wang Chengshan.Chaotic phenomena and small signal stability region of electrical power systems.Science in China (Series E),2001,44(2):187-199.
[23]. Chiang Hsiao-dong,Wang Chengshan,Li Hua.Development of BCU classifiers for on-line dynamic contingency screening of electric power systems.IEEE Transactions on Power Systems,1999,14(2):660-666.
[24]. Chiang Hsiao-dong,Wang Chengshan,Flueck Alexander J.Look-ahead voltage and load margin contingency selection functions for large-scale power systems.IEEE Transactions on Power Systems,1997,12(1):173-180.
[25]. Chiang Hsiao-dong,Wang Chengshan.An on-line contingency filtering scheme for dynamic security assessment – discussion.IEEE Transactions on Power Systems,1997,12(1):160-160.
[26]. 基于FPGA的光伏发电系统暂态实时仿真 王成山; 丁承第; 李鹏; 王智颖; 林盾; 邢峰 电力系统自动化 2015-06-25
[27]. 基于状态变量分析的有源配电网电磁暂态仿真自动建模方法 于浩; 李鹏; 王成山; 丁承第; 富晓鹏; 俞悦; 邢峰 电网技术 2015-06-05
[28]. 智能配电系统架构分析及技术挑战 王成山; 王丹; 周越 电力系统自动化 2015-05-10
[29]. 基于SNOP的配电网运行优化及分析 王成山; 孙充勃; 李鹏; 吴建中; 邢峰; 俞悦 电力系统自动化 2015-05-10
[30]. 馈线联络对配电网最大供电能力的作用机理 肖峻; 祖国强; 贺琪博; 郭晓丹; 王成山 电力系统自动化 2015-04-25
[31]. 变速变桨距风电机组的全风速限功率优化控制 周志超; 王成山; 郭力; 许伟; 张彦涛; 刘峻岐 中国电机工程学报 2015-04-03 09:09
[32]. 独立微网随机优化规划软件及其实现 余舟子; 郭力; 刘文建; 王成山; 徐兴辉; 曹丽丽 电力系统自动化 2015-03-25
[33]. 微电网示范工程综述 王成山; 周越 供用电 2015-01-05
[34]. 江苏大丰风柴储海水淡化独立微电网系统 郭力; 王成山; 杨其国; 许卫国; 赵一军; 高超 供用电 2015-01-05
[35]. 主动配电网优化技术研究现状及展望 王成山; 孙充勃; 李鹏 电力建设 2015-01-01
[36]. 微电网规划设计方法综述 王成山; 焦冰琦; 郭力; 原凯 电力建设 2015-01-01
[37]. 基于开关电容的三相单开关反激式高增益AC-DC整流变换器 王议锋; 杨良; 王成山; 孟准 电工技术学报 2014-12-31
[38]. 基于微型压缩空气储能的混合储能系统建模与实验验证 王成山; 武震; 杨献莘; 张书槐; 刘一欣 电力系统自动化 2014-12-10
[39]. 不同自平衡能力并网型微电网优化配置分析 陈健; 赵波; 王成山; 张雪松; 刘海涛; 李逢兵 电力系统自动化 2014-11-10
[40]. 基于潮流计算的配电网最大供电能力模型 肖峻; 刘世嵩; 李振生; 王成山 中国电机工程学报 2014-11-05
[41]. 光储微电网运行特性及影响因素分析 杨占刚; 徐玉磊; 王成山; 武震 电力自动化设备 2014-10-10
[42]. 并网光伏发电工程的低碳综合效益分析模型 罗凤章; 米肇丰; 王成山; 方陈; 李登武; 刘莉 电力系统自动化 2014-09-10
[43]. 基于频谱分析的孤立微网中储能和柴油发电机容量的优化方法 肖峻; 白临泉; 王成山; 梁海深; 张泽群 电网技术 2014-09-05
[44]. 分布式电能存储技术的应用前景与挑战 王成山; 武震; 李鹏 电力系统自动化 2014-08-25
[45]. 用于优化微网联络线功率的混合储能容量优化方法 肖峻; 张泽群; 张磐; 梁海深; 王成山 电力系统自动化 2014-06-25
[46]. 风柴储生物质独立微电网系统的优化规划设计 周志超; 郭力; 王成山; 焦冰琦; 许伟; 葛磊蛟 电力系统自动化 2014-04-10
[47]. 基于朗伯函数的时滞电力系统ODB与OEB判别方法 余晓丹; 董晓红; 贾宏杰; 王成山 电力系统自动化 2014-03-25
[48]. 分布式电源接入对配电网络重构影响分析 王成山; 聂耸; 徐瑞林; 李鹏; 孙充勃; 于莹莹; 张楠 天津大学学报(自然科学与工程技术版) 2014-03-15
[49]. 电压约束及网损对配电网大供电能力计算的影响 肖峻; 李振生; 刘世嵩; 王成山 电力系统自动化 2014-03-10
[50]. 微电网关键技术研究 王成山; 武震; 李鹏 电工技术学报 2014-02-26
[51]. 微网主从控制模式下的稳定性分析 李霞林; 郭力; 王成山 电工技术学报 2014-02-26
[52]. 基于实时数字仿真的微电网数模混合仿真实验平台 刘一欣; 郭力; 李霞林; 王成山 电工技术学报 2014-02-26
[53]. 一种基于投影积分算法的微电网稳定性仿真方法 李鹏; 原凯; 王成山; 黄小耘; 黄红远 电工技术学报 2014-02-26
[54]. 风柴储海水淡化独立微电网系统能量管理方法 郭力; 王蔚; 刘文建; 焦冰琦; 王成山; 刘一欣; 王守相 电工技术学报 2014-02-26
[55]. 全过程动态仿真中大型线性方程组的分块求解算法 宋新立; 陈英时; 王成山; 叶小晖; 汤涌; 吴国旸 电力系统自动化 2014-02-25
[56]. 独立微网系统的多目标优化规划设计方法 郭力; 刘文建; 焦冰琦; 王成山 中国电机工程学报 2014-02-05
[57]. 智能配电网N–1安全边界拓扑性质及边界算法 肖峻; 贡晓旭; 贺琪博; 苏步芸; 王成山中国电机工程学报 2014-02-05
[58]. 配电网设备利用率评价标准与提升措施 刘洪; 杨卫红; 王成山; 胡斌; 曹磊; 王哲 电网技术 2014-02-05
[59]. 基于FPGA的配电网暂态实时仿真研究(二):系统架构与算例验证 优先出版 王成山; 丁承第; 李鹏; 于浩 中国电机工程学报 2014-01-10 15:11
[60]. 基于FPGA的配电网暂态实时仿真研究(一):功能模块实现 王成山; 丁承第; 李鹏; 于浩 中国电机工程学报 2014-01-05
[61]. 基于负荷估计的光柴独立微网频率优化控制 米阳; 王成山 中国电机工程学报 2013-12-05
[62]. 电力系统全过程动态仿真中的自动发电控制模型 宋新立; 王成山; 仲悟之; 汤涌; 卓峻峰; 吴国旸; 苏志达 电网技术 2013-12-05
[63]. 冷热电联供微网优化调度通用建模方法 王成山; 洪博文; 郭力; 张德举; 刘文建 中国电机工程学报 2013-11-05
[64]. 基于OpenDSS的智能配电网仿真与模拟平台及其应用 李鹏; 孙充勃; 王成山; 郭小龙; 张飞; 聂耸 中国电力 2013-11-05
[65]. 基于馈线互联关系的配电网最大供电能力模型 肖峻; 谷文卓; 贡晓旭; 王成山 电力系统自动化 2013-09-10
[66]. 配电网最大供电能力模型解的性质 肖峻; 郭晓丹; 王成山; 祖国强 电力系统自动化 2013-08-25
[67]. 基于Krylov子空间的大规模配电网络模型整体化简方法 李鹏; 于浩; 王成山; 丁承第; 宋关羽; 高菲 电网技术 2013-08-05
[68]. 电力系统全过程动态仿真中的机炉协调控制系统模型研究 宋新立; 王成山; 刘涛; 汤涌; 陶向宇; 叶小晖 中国电机工程学报 2013-06-18 13:27
[69]. 基于多核心处理器的分布式发电微网系统暂态并行仿真方法 李鹏; 丁承第; 王成山; 高菲; 于浩; 李海涛; 黄小耘 中国电机工程学报 2013-06-05
[70]. CTODE和CTDAE模型及其在电力系统时滞稳定分析中的应用 余晓丹; 贾宏杰; 王成山 中国科学:技术科学 2013-05-20
[71]. 不同场景下的光蓄微电网调度策略 王成山; 洪博文; 郭力 电网技术 2013-04-22 14:17
[72]. 考虑不同控制策略的独立型微电网优化配置陈健; 王成山; 赵波; 张雪松; 葛晓慧 电力系统自动化 2013-04-11 17:37
[73]. 分布式发电微网系统暂态时域仿真方法研究——(三)算例实现与仿真验证 李鹏; 王成山; 黄碧斌; 高菲; 丁承第; 于浩 电力自动化设备 2013-04-10
[74]. 基于最大供电能力的配电网规划理念与方法 肖峻; 张婷; 张跃; 王成山 中国电机工程学报 2013-04-05
[75]. 分布式发电微网系统暂态时域仿真方法研究——(二)建模、设计与实现 李鹏; 王成山; 黄碧斌; 高菲; 丁承第; 于浩 电力自动化设备 2013-03-10
[76]. 微电网多目标动态优化调度模型与方法 洪博文; 郭力; 王成山; 焦冰琦; 刘文建 电力自动化设备 2013-03-10
[77]. 海岛独立型微电网储能类型选择与商业运营模式探讨 赵波; 王成山; 张雪松 电力系统自动化 2013-02-25
[78]. 分布式发电微网系统暂态时域仿真方法研究——(一)基本框架与仿真算法 李鹏; 王成山; 黄碧斌; 高菲; 丁承第; 于浩 电力自动化设备 2013-02-10
[79]. 微电网交直流混合潮流算法研究 王成山; 孙充勃; 彭克; 李琰; 武震 中国电机工程学报 2013-02-05
[80]. 面向智能配电系统的安全域模型 优先出版 肖峻; 谷文卓; 王成山 电力系统自动化 2013-01-08 15:14
[81]. 含分布式电源配电网短路计算的改进方法 王成山; 孙晓倩 电力系统自动化 2012-12-10
[82]. 低压微网控制策略研究 优先出版 王成山; 高菲; 李鹏; 黄碧斌; 丁承第; 于浩 中国电机工程学报 2012-09-27 18:13
[83]. 采用居民温控负荷控制的微网联络线功率波动平滑方法 王成山; 刘梦璇; 陆宁 中国电机工程学报 2012-09-27 18:13
[84]. 计及非线性因素的混合供能系统协调控制 郭力; 李霞林; 王成山 中国电机工程学报 2012-09-27 18:13
[85]. 独立交流微网中电池储能与柴油发电机的协调控制 郭力; 富晓鹏; 李霞林;王成山 中国电机工程学报 2012-09-27 18:13
[86]. 基于功率平衡及时滞补偿相结合的双级式变流器协调控制 王成山; 李霞林; 郭力 中国电机工程学报 2012-09-27 18:13
[87]. 微网规划设计方法与软件 肖峻; 白临泉; 王成山; 于建成 中国电机工程学报 2012-09-27 18:13
[88]. 配电网最大供电能力与N-1安全校验的对比验证 肖峻; 贡晓旭; 王成山 电力系统自动化 2012-09-25
[89]. 基于粒子群文化算法的变电站选址与定容 杨明海; 刘洪; 王成山; 葛少云; 曾涛 天津大学学报 2012-09-15
[90]. 平滑微电网联络线功率波动的储能系统容量优化方法 王成山; 于波; 肖峻; 郭力 电力系统自动化 2012-09-14 15:10
[91]. 时滞电力系统全特征谱追踪算法及其应用 优先出版 余晓丹; 贾宏杰; 王成山 电力系统自动化 2012-08-27 14:11
[92]. 基于平滑控制的混合储能系统能量管理方法 张野; 郭力; 贾宏杰; 王成山 电力系统自动化 2012-08-25
[93]. 风光柴储孤立微电网系统协调运行控制策略设计 刘梦璇; 郭力; 王成山; 赵波; 张雪松; 刘云 电力系统自动化 2012-08-10
[94]. 分布式发电系统电力电子控制器通用建模方法 王成山; 彭克; 孙绪江; 原凯; 石兴安 电力系统自动化 2012-07-31 17:22
[95]. 基于多目标的独立微电网优化设计方法 刘梦璇; 王成山; 郭力; 赵波; 张雪松; 刘云 电力系统自动化 2012-07-31 17:12
[96]. 考虑储能系统特性的独立微电网系统经济运行优化 优先出版 陈健; 王成山; 赵波; 张雪松 电力系统自动化 2012-07-31 16:44
[97]. 面向对象的设计模式在暂态仿真中的应用 雷金勇; 李鹏; 于学军; 张君泉; 王成山 电力系统及其自动化学报 2012-06-15
[98]. 平滑可再生能源发电系统输出波动的储能系统容量优化方法 王成山; 于波; 肖峻; 郭力 中国电机工程学报 2012-06-05
[99]. 基于供电能力的配电网联络有效性评价与化简方法 肖峻; 郭晓丹; 王成山; 张跃 电力系统自动化 2012-04-25
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荣誉奖励:
(1)王成山,肖峻等,“复杂配电系统综合技术评价方法研究、系统开发和工程应用”,国家科技进步二等奖,2010.12 (编号:2010-J-217-2-03-R01)
(2)王成山,贾宏杰等,“大电网安全域综合计算分析技术及其工程应用”,国家技术发明二等奖,2012.12 (编号:2012-F-308-2-09-R01)
(3)余贻鑫,王成山等,“城市电网规划理论、模型、方法的研究与工程应用”,国家科技进步二等奖,2004.12
(4)王成山,肖峻等,“配电系统综合技术评价理论及其工程应用”,天津市科学技术进步奖一等奖,2010.1
(5)王成山,贾宏杰等“基于安全域理论的电力系统安全性综合监控与预警技术”,教育部技术发明奖一等奖,2010.1
(6)王成山,贾宏杰等,“电力大系统安全域预警监控理论及其工程应用”,中国高等学校十大科技进展,2009.12。
(7)余贻鑫,王成山等,“电力大系统安全性与稳定性的理论与方法”,天津市自然科学一等奖,2003.6
(8)余贻鑫,王成山等,“城市电网规划理论、模型、方法的研究与工程应用”,教育部科技进步一等奖,2004.2
(9)王成山,郭力,李鹏等,“微电网优化规划与运行控制关键技术及其应用”,天津市科技进步一等奖,2013。
随着能源需求的不断增加以及环境问题的日益突出,能够在用户侧充分利用风、光等清洁可再生能源发电供能的分布式发电技术受到广泛关注。微电网作为分布式电源并网运行的有效方式,对实现中低压层面上分布式发电技术的灵活、稳定和高效应用具有重要意义。微电网是指由分布式电源、储能、能量转换装置、监控保护装置、负荷等汇集而成的小型发、配、用电系统,是一个具备自我控制和自我能量管理的自治系统,既能并网运行,又能独立运行。一个典型的微电网如图1所示。某些情况下,微电网可同时满足用户的冷、热、电等负荷需求,此时,微电网实际上是一个微型能源网。
作为分布式发电系统一种新的组织形式,微电网具有电源种类丰富、负荷需求多样、动态过程复杂、能量关系时变性与随机性强等典型特征。这些特征使其需要在规划建设和运行控制中充分加以优化,以最大限度地发挥其技术优势。目前,针对微电网的研究已成为全球能源领域的研究热点。
一、项目概况
2008年,“分布式发电供能系统相关基础研究”获得国家973计划立项,我国成为继欧盟和美国之后较早大规模系统性资助这一研究领域的国家。项目由天津大学联合华中科技大学、合肥工业大学、上海交通大学、西安交通大学、湖南大学、华北电力大学以及南方电网公司共同承担,由天津大学王成山教授担任首席科学家。如图2所示,项目紧密围绕分布式发电供能微电网系统开展研究,以保证微电网安全稳定和经济高效运行为核心,重点攻克微电网优化规划与运行控制等关键理论与技术问题。
微电网规划设计与运行优化问题高度耦合,这使得其在规划阶段需充分考虑运行策略的影响,而在运行中要受到系统配置方案的约束,这需要依靠有效的控制策略来实现系统运行目标,并借助准确、高效的仿真手段来分析各环节之间的相互作用。因此,项目分别从规划设计、能量管理、运行控制、仿真实验四方面入手对相关问题展开研究。
二、主要成果
1.系统地发展了含多种分布式能源、多种储能系统、可满足用户综合能源需求的复杂微电网优化规划方法,充分考虑了系统运行策略影响以及可再生能源间歇性与不确定性等问题,可实现微电网全生命周期的优化规划
合理的规划设计是实现微电网经济性、环保性等目标的首要前提。与常规配电网相比,微电网规划设计不确定性更强、设计目标与系统组合方案更灵活、用户负荷需求更多样,需要在规划设计中加以充分考虑。针对这些典型特征,项目开展了一系列创新性研究工作。
(1)针对风、光、负荷等的不确定性,提出了基于马尔科夫状态转移概率矩阵的随机运行模拟方法,并利用相关系数计及了下一时刻数据与上一时刻数据的关联关系;规划过程中充分考虑了复杂微电网的网络结构及分布式能源的构成特征,发展了复杂微电网的综合建模方法。
(2)针对微电网中分布式电源组合方案的多样性、运行控制策略的复杂性,提出了双层优化规划设计方法,外层围绕分布式电源、储能设备的选型和容量开展包括经济性、可靠性等多目标的优化规划设计,内层通过实施准稳态运行模拟,对生成方案进行全寿命仿真分析。
在理论研究的基础上,开发了微电网多目标优化规划设计软件PDDG(Planning and Design for Distributed Generation and Microgrid),具有包括用户自定义功能在内的灵活的建模能力,优化计算引擎具有良好的数值精度与稳定性。目前,该软件已成功应用于多个国内外微电网的规划设计。
2.系统地发展了微电网能量优化管理方法,针对不同结构与组成形式的微电网,充分考虑了运行策略对储能设备使用寿命的影响,可实现分布式电源出力与用户不同形式能源需求间的综合优化管理
在运行中采用优化的能量管理策略是实现微电网经济性、环保性等目标的必要手段。由于微电网是化学、热力学、电学等行为相互耦合的非同性复杂系统,其运行优化与传统电力系统相比更加困难。针对相关技术难点,项目开展了一系列创新性研究工作。
(1)针对并网型微电网,考虑可再生能源输出功率波动性大且随机性强的特点,在计及储能电池使用寿命等约束条件的基础上,提出了超级电容与储能电池混合储能系统的能量管理方法,通过实时调节储能系统的输出功率,分别利用超级电容和储能电池补偿可再生能源输出功率波动的高频分量与中低频分量,从而有效减少微电网与大电网之间联络线的功率波动。
(2)利用可调节电热泵作为用户侧响应资源,提出了以状态队列(SQ)算法为基础的抑制微电网与大电网联络线功率波动的双层滤波算法,其中第一层滤波由热泵进行功率平滑,第二层由储能装置有效降低峰谷差。
(3)针对独立型微电网,提出了柴油发电机、储能电池、可再生发电单元和海水淡化装置之间的协调运行控制策略,能够在保证系统长期独立稳定运行的基础上,有效提高系统中储能电池的使用寿命,减少系统的运行和维护费用。
在此基础上,自主研发了微电网能量管理系统,有效解决了微电网在不同模式下的运行优化问题,为充分挖掘微电网的供能潜力和提升系统综合供能能力创造了条件。在多个实际微电网工程中的应用表明,该能量管理系统具有很强的适应性。
3.系列化地研发了分布式电源并网控制技术与装备,可针对不同分布式电源及储能的运行特性,实施灵活有效的控制,为系统的安全稳定运行与能量优化策略的有效实施提供了保证
微电网中电源与负荷种类丰富,运行模式多样,并大量采用电力电子设备接口,增加了微电网瞬时功率平衡的难度。同时,微电网既能并网运行又能独立运行,在不同运行模式切换过程中需尽可能地平稳过渡,这种角色的轮换使得微电网的控制问题变得十分复杂。
对此,项目首先系统地提出了微电网控制架构。将微电网控制分为三个层次,即分布式电源就地控制器、微电网中央协调控制器、微电网综合监控与能量管理系统。针对每层不同的控制目标,提出了一系列创新性控制策略。
(1)在就地控制层,针对包含锂电池、超级电容及光伏的混合供能系统,研究了直流母线电压控制方式,提出了基于功率平衡和时滞补偿相结合的前馈补偿方法,并采用死区补偿及稳态占空比控制信号补偿等措施有效减少了直流母线电压的波动程度。
(2)在中央协调控制层,针对包含柴油机、储能电池和可再生能源发电的独立微电网,提出了柴油机和储能电池双主电源的协调控制方法,可防止柴油机长时过流引起的系统崩溃,提高了系统稳定性;
(3)在微电网综合监控和能量管理层,开发了具备通用性的微电网综合监控平台,将自主开发的能量管理系统与之集成,形成了可保证微电网安全、可靠、经济运行的系统运行平台。
基于上述研究成果,自主研发了30kW、100kW、500kW等多个系列的两级式储能双向逆变器、微电网中央控制器、微电网综合监控系统等,满足了微电网实际工程的运行与控制要求,提高了我国在相关领域的自主创新能力。
4.系统地发展了微电网多时间尺度仿真分析方法,开发了具备电磁暂态仿真、稳定性仿真、运行模拟功能的综合数字仿真系统,建成了微电网综合物理仿真平台,为微电网理论研究、装备研发等提供了有力的技术支撑
仿真是微电网研究的必备手段,也是微电网规划设计、能量管理系统中不可或缺的关键部分。由于微电网本身的复杂性,其仿真系统构建面临着多方面的挑战。对此,项目分别从数字仿真方法与物理实验平台两方面开展了研究。
(1)在数字仿真技术方面,立足建模方法的开放性与通用性,构建了从元件级到系统级的微电网仿真建模体系,并基于自动微分技术等提出了一系列有针对性的建模方法。另一方面,面向仿真快速性、准确性、数值稳定性等需求,研究并发展了一系列微电网仿真计算方法,如:提出了基于显式–隐式混合积分算法的稳定性仿真算法,提高了微电网的仿真计算效率;提出了计及多重开关的电力电子插值算法,提高了电磁暂态仿真的计算精度;研究了基于FPGA的实时仿真方法,基于硬件实现了微电网暂态仿真的实时化等。
结合准确的仿真模型和高效的数值算法,自主研发了面向微电网的暂态仿真软件TSDG(Transient Simulator for DG&MG)、稳定性仿真软件SSDG(Stability Simulator for DG&MG)、运行模拟软件PFDG(Power Flow for DG&MG),为其他相关研究工作提供了有力的分析、计算工具。
(2)在微电网物理仿真方面,依托项目建成了天津大学微电网实验平台(Tianjin University Microgrid Testbed,TUMT)。平台配置了包括光伏、风机、燃料电池、微型燃气轮机在内的多种分布式电源,以及铅酸电池、锂离子电池、超级电容、飞轮、压缩空气等多种储能设备,可构成43种拓扑结构、56种有意义的运行方式。平台具有完善的监控、保护、控制功能,项目所提出的能量管理、运行控制方法等均在该物理平台上加以实现,为相关成果提供了有效的测试验证环境。
项目研究过程中,共发表学术论文777篇,其中SCI检索122篇,EI检索569篇;出版专著7部。培养博士研究生95人,硕士研究生274人,博士后14人。项目首席科学家王成山教授获得2013年何梁何利基金科学与技术进步奖,项目培养了一批高层次专业技术人才与相关方向的学术研究骨干。
项目执行期间邀请了数十位国际知名专家学者前来访问,并与多所知名高水平大学和研究机构建立了紧密的长期学术合作关系。项目参与单位成功举办了IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Asia等国际知名学术会议,组织参加了国内外相关学术合作交流活动百余次,项目参与人员多次在国内外学术会议上做特邀发言或报告,项目研究成果受邀写入Wiley出版社的Handbook of Clean Energy Systems、Handbook of Smart Grid Development等,提升了我国微电网研究在相关领域的知名度与影响力。
三、推广前景
项目研究成果极大地促进了微电网技术在我国的推广应用,相关成果已应用于国内外大批微电网实际工程,取得了良好的效果。随着全球范围内智能电网建设的逐步推进,交直流混合微电网、交直流配用电系统、需求侧响应等领域技术的不断发展,以及电力市场环境的不断完善,微电网技术及应用将会有更广阔的发展前景。
项目主持人简介
王成山,男,1962年生,长江学者特聘教授,国家杰出青年基金获得者,国家重点基础研究计划首席科学家,首批新世纪百千万人才工程国家层面人选,何梁何利基金科学与技术进步奖获得者。研究工作重点围绕电力系统安全性与稳定性、配电系统分析与规划、微电网规划与运行优化理论等研究领域展开,相关成果获国家科技进步二等奖2项,国家技术发明二等奖1项,多次荣获省部级奖励。
长江学者王成山:让高效环保能源惠及百姓
2009-03-28 10:55:00 来源: 北方网
国家“973计划”项目首席科学家、教育部“长江学者奖励计划”特聘教授、天津大学电气与自动化工程学院院长、国家重点学科“电力系统及其自动化”学科负责人,一系列的“头衔”,让王成山教授总是忙得不可开交。就在约定采访时间的前一天,王成山院长还和余贻鑫院士一起,到中国电机工程学会,商谈在津搭建平台研究配电系统智能化、利用新能源为用户提供可靠的供电支持等课题。当记者如约来到王院长的办公室时,他正在与助手们研究着中新天津生态城供电网络规划的课题。
“虽然每天都很忙碌,但事情还是做不完,总觉得时间不够用,毕竟是科研项目不等人啊!”王成山对科学研究的孜孜以求和他那拼命三郎的干劲在学院里是出了名的。
1983年,王成山从天津大学工业电气自动化专业本科毕业,以全系第一名成绩考取该系硕士研究生,师从德国留学归来的吉崇庆教授攻读电机硕士学位,由于他出色的工作和优异的学业,破例提前一年硕士毕业留校任教。拿到硕士学位后,王成山又师从余贻鑫教授攻读电力系统及其自动化专业博士学位。1994年,王成山前往美国康奈尔大学电气与电子工程系做博士后研究,主攻电力系统安全性与稳定性研究。在两年的学习工作期间,王成山在国际著名学术期刊发表了两篇高水平学术论文,并获得两项美国专利,受到导师的高度赞赏。在王成山即将结束博士后研究的时候,康奈尔大学的导师极力挽留他,并两次专程到天津大学协商让王成山留美工作,但都未能如愿。最终,王成山以报效祖国的赤诚之心回国工作。
回国后,王成山以忘我的精神投入到紧张的教学和科研工作之中。20世纪90年代,国内城市电网规划多是人工手绘,效率低且不科学。针对这一状况,王成山与课题组成员一起带头将计算机技术运用到城市电网规划设计之中,并研究开发出“城市电网规划计算机辅助决策系统”,被国内同行认为是中国首个全面采用计算机技术的电网规划系统。此后,王成山的课题组又在城市电网规划认知科学理论及其应用、多层分解模糊多属性空间电力负荷预测等方面取得一系列研究成果,并成功应用于国内100多个城市的600余项电网规划与评估工作中,取得重大的社会效益和经济效益。
王成山说,当今,能源问题越来越受到世界各国的高度重视,我们国家也明确了新能源在国家经济发展中所处的重要战略地位。如何让电力系统更加安全可靠,如何使电能高效利用,如何用绿色环保新能源照亮千家万户,这些都是我们课题组正在进行研究的重大科技项目。目前,我们承担了国家高新技术研究发展计划(863计划)项目课题“兆瓦级冷热电联供分布式能源微网系统并网关键技术研究与工程示范”和国家重大基础研究计划(973计划)项目课题“分布式发电供能系统相关基础研究”,并已经取得多项达到国际水平的阶段性成果。相信在不远的将来,分布式发电供能系统在国内电力行业引起巨大变革,能够有效改善目前能源短缺的状况。
未来配电网与传统配电网究竟有哪些不同?
分布式电源、储能系统、电动汽车的发展都将对配电网带来持续的改变。未来配电网系统要增加很多新的元件、新的设施、新的控制手段,将这些新的内容集成到一起并非易事。
未来配电究竟是什么架构?我们试图根据未来配电网发展模式的态势,画出未来配电网的形态,这是一个想象的架构,不见得对、也不见得全,但体现出一点想象力。
未来电网可以有高压交流配电网,这其中会有很多新的内容。中压交流配电网系统里会有很多分布式电源,会有微电网接进来,同时在馈线之间增加了SNOP(软开关)。SNOP技术改变了配电网闭环设计、开环运行方式,可以平衡馈线负载,进行电压无功控制;降低损耗,提高DG消纳能力;故障情况保障负荷不间断供电。
目前电网馈线之间是用断路器连在一起的,正常情况下是敞开的,故障情况下闭合,软开关的作用可使功率可控,使馈线和馈线之间保持功率平衡。
同时可以有中压的直流配电网,在一些局部地区,如果直流负荷比较多,也不排除采用直流配电系统。
低压配电网是未来新的发展方向,过去我们很少关心低压侧,未来电网将更加重视与用户的互动,打通与用户最后一公里非常关键,这是不能忽视的。在低压侧配电网中可以包含直流微网、交直流混合电网、常规交流的配电网。
从用户层到低压配电层到中压配电层、高压配电层会形成更加复杂化的网络。
未来配电网离不开信息网络,上层肯定要增加一层信息系统,信息系统一直到末端、一直到用户,同时也和电网中的设备结合起来,实现对整个电网的全部监控管理。当然是很难的一件事情,这需要长时间的努力。
分布式电源接入带来最大的问题就是电压可能会突升突降,未来要想实现配电网与用户真正互动、精细化的运行、提升效率,肯定要做各种分析,实现一个全部能够控制的环境。
大电网的状态评估从安装到最后实用化经过了几十年的历程,未来配电网也要做好状态评估,只有测量的数据是真实的,才能做经济分析、调度优化。
配电网和用户要紧密结合在一起,可以和用户签协议,采用分时电价、实时电价、尖峰电价等方式实现错峰用电,提高系统设备的利用率,避免建设中的浪费。
新技术应用
用户与电网之间是很重要的一个交易能量平台。用户和电网之间如何进行能量交换,如何进行交易,用户和用户之间、不同社区之间、能源主体之间如何进行交易,都需要提供技术保障。
配电网不是单一的技术能解决问题的,包括规划阶段、建设阶段、运行阶段、管理阶段,很多新的技术可以应用。
大数据技术。现在比较重视大数据的应用,我们做配电网规划的时候,负荷怎么分区、分块,负荷怎么预测?
CPS技术。需要借助于物理信息系统(Cyber Physical Systems),以信息为纽带将物理网络与信息网络紧密结合成一个整体系统,并借助完善的感知、计算、控制技术实现其智能化运行。融合了高级量测技术、快速仿真与模拟技术、以及灵活控制技术的智能配电网是一个典型的物理信息系统。
物联网技术。通过信息传感设备,按照约定协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等高级应用的新型网络形式。
在分布式电源接入的情况下,用户是弹性的,负荷需求可以根据你的运行控制来调节。通过大数据技术,采集大量信息,把用户用电行为,未来各种发展阶段的负荷都进行分析,通过分析,可以了解需求响应如何同电网进行配合,最后做负荷预测,这样做电网规划会更有意义。
发展趋势:能源互联网
能源互联网以互联网理念构建的新型信息能源融合的“广域网”,它以大电网为“电力主干网”,以智能配电网,微网为“局域网”,以开放对等信息能源一体化架构,真正实现能源双向按需传输和动态平衡使用,最大限度地适应新能源接入。
大家都在讲综合能源系统、能源互联网、微电网,这里都涉及到电的问题、冷和热的问题。它们之间到底如何互相影响?
例如,常规配电网,接入光伏、风电,同时有些地方都有负荷需求侧响应,可以对负荷进行控制。同时有煤气管网、天然气管网,用户既需要冷又需要热,同时还需要电,而电又可以从电网直接获取,还可以从天然气发电,用它的余热供热,或者直接利用天然气供热。或者由三联供机组发电,用余热制冷,同时可以用电空调来制冷。实际上如果天然气管网接入了很多小的分布式电源,在用户之间耦合越紧密,就会出现相互影响。未来的综合能源系统需要考虑燃气网和电力网之间的相互影响,这也是现在大家很关注的一个课题。
未来配电网规划不是简单地只涉及到电的问题,要考虑到季节交替、昼夜更迭,要考虑到天然气、电能、太阳能、热能、风能,考虑到安全性、经济性、社会效率。规划问题与运行问题高度耦合,需在规划中考虑运行策略的影响,在运行中考虑规划方案的约束,形成交替互动的求解过程。
几点思考
智能配电系统的发展在智能电网发展过程中应该给予高度关注。由于直接面向用户,将会给用户服务方式带来革命性的变化。
智能配电系统是智能能源网的重要组成部分。构建以配电网为主干网的能源互联网,将会给未来能源供应与消费模式带来重大的变革。
智能配电系统需要依托多领域新技术的创新与集成。新能源技术、储能技术、电力电子技术、通信技术、智能传感技术、物联网技术、大数据技术等等,将构成智能配电系统发展的技术支撑与保障。
智能配电系统的发展需要相当长的过程,在技术进步的同时,更需要政策、机制、运行模式的创新。
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