成果鉴定
清华大学“电力电子混杂系统建模仿真理论及其工业软件与应用”项目通过我会鉴定

清华大学“电力电子混杂系统建模仿真理论及其工业软件与应用”项目通过我会鉴定

2022-05-06

  2022年4月28日,我会通过“线上+线下”相结合的方式对清华大学电机系赵争鸣教授团队完成的“电力电子混杂系统建模仿真理论及其工业软件与应用”项目组织召开了科技成果鉴定会。

  特邀嘉宾韩英铎院士、我会秘书长韩毅、清华大学副校长曾嵘教授、电机系主任康重庆以及赵争鸣教授团队主要成员等共计30余人参加会议。鉴定委员会由华中科技大学程时杰院士、湖南大学国家电能与控制工程技术研究中心主任罗安院士、南方电网科学研究院有限责任公司董事长饶宏院士、中国航天科技集团有限公司首席信息官王国庆院士、中国电器工业协会电力电子分会常务副理事长肖向锋教高、冶金自动化研究设计院李崇坚教高、浙江大学电力电子技术研究所所长徐德鸿教授、中国科学院电工研究所所长李耀华研究员和中国电力科学研究院副院长孙华东教高组成。我会咨询部主任刘淼主持会议。

  

  多名院士和行业权威专家组成的鉴定委员会  

  我会秘书长韩毅在致辞中回顾了中国电工技术学会与清华大学的合作渊源,对我会受邀参加创会理事长、原清华大学校长高景德先生诞辰100周年纪念活动及清华大学电机系建系90周年系列纪念活动表示感谢,并简要介绍了我会近年来在科技咨询工作方面所取得的业绩。

  我会秘书长韩毅致辞

  清华大学副校长曾嵘教授在鉴定会致辞中指出,电力电子装备是双碳目标下我国电力能源转型最关键的电气设备之一,其中工业仿真软件是支撑系统分析设计最重要的基础工具。赵争鸣教授领导的团队在国家自然科学基金重大项目等一系列国家重大课题的支持下,开展了持续而深入的基础研究,攻克了电力电子混杂系统建模仿真这一理论难题,并且研制出完全自主化的电力电子工业仿真软件,对我国电力能源领域的发展具有重要的战略意义。

  清华大学副校长曾嵘致辞 

  电力系统国家重点实验室副主任、清华大学电磁实验中心主任、大容量电力电子与新型电力传输团队负责人、IEEE Fellow赵争鸣教授及团队人员分别作了工作报告和技术报告,向鉴定委员会全面介绍了项目情况。经过质询与讨论,鉴定委员会专家一致认为:“该项目取得了重大的原创性科研成果,实现了我国电力电子领域工业仿真软件的基础理论突破和自主创新,引领了电力电子系统多时间尺度动力学表征研究领域的发展与进步,项目整体技术处于国际领先水平”。特邀嘉宾韩英铎院士“线上”参会并对项目成果给予了高度评价。韩院士指出,应当抓住构建新型电力系统的国家战略机遇,大力发展电力电子系统领域的自主可控工业仿真软件,在已有成果的基础上,进一步加强学科交叉和学术合作,在更多领域进行推广应用。电机系主任康重庆教授代表项目完成单位致谢,感谢专家们对项目成果的高度认可和提出的宝贵指导意见,并感谢中国电工技术学会组织召开本次鉴定会。

 与会领导专家合影

  电力电子技术已经成为全球新型电力系统、电力牵引、国防工业等关键领域的重大需求和底层支撑。其中,工业仿真软件是支撑系统分析设计最重要的基础工具。然而,现有的建模仿真方法基于时间离散和时间驱动,建模解算纳秒级开关过程发散,不能认知开关瞬态导致的系统故障,带来装置烧毁、系统崩溃等巨大危害;同时,仿真大规模电力电子系统经常耗时几小时甚至几天,只能通过简化等效缩短耗时,仿真结果不能表征系统极限应用边界。这些都导致装置的安全可靠运行过分依赖余量设计,严重制约产品性能和经济性。

  面对上述理论难题和重大需求,项目组凝练出“电力电子混杂系统多时间尺度动力学表征”这一关键技术难点,牵头承担了电力电子领域首个国家自然科学基金重大项目,历经近十年持续而深入的基础研究,突破了上述重大理论问题,创建了电力电子混杂系统建模仿真理论,原创性地提出了“状态离散、事件驱动”的全新仿真认知思想,形成了“多时间尺度分段解析建模”“解耦型离散状态事件驱动仿真解算”和“半符号化状态方程计算机稀疏生成”一体化的技术体系。

  基于上述理论创新,项目组研制了国内外首套基于状态离散的电力电子工业仿真软件,该软件已通过中国电子技术标准化研究院塞西实验室的第三方检测,解算速度较国际先进软件平均值提高了两个数量级,没有发散问题,优于国家相关标准要求;作为自主知识产权的工业软件在国内50余家重点单位推广应用,并推广到美国、日本等全球15个国家的200多家机构,得到了国内外的广泛认可,经济和社会效益显著。

  创新成果1:创建了多时间尺度分段解析建模方法

  针对电力电子混杂系统多时间尺度过程的建模表征,创建了多时间尺度分段解析建模方法,突破了建模参数获取等关键技术,实现了开关瞬态机理解耦和动态参数解耦,解决了电力电子系统动力学行为的极限认知与表征难题。

  创新成果2:开创了解耦型离散状态事件驱动仿真方法

  针对电力电子混杂系统多时间尺度过程的仿真解算,原创性地提出了基于状态离散、事件驱动的多时间尺度仿真理论方法,攻克了时间步长与多时间尺度行为匹配和仿真发散的难题,大幅提升了仿真解算速度。

  创新成果3:提出了半符号化状态方程计算机稀疏生成方法

  针对电力电子混杂系统工业仿真软件的计算机自动化实现,提出了半符号化状态方程计算机稀疏生成方法,显著降低了电力电子系统数值方程自动生成的计算耗时,研制出国际首套基于状态离散的电力电子工业仿真软件。