新型电力系统仿真分析、测试验证。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 随着“双碳目标”国家能源战略的确定和新型电力系统概念的提出，我国能源转型力度持续加大，逐步形成了大量新能源接入电力系统的局面。由于风能、太阳能等新能源与常规能源禀性差别很大，其并网发电系统具有显著不确定性、波动性和机械惯量缺失等特点。此外，高比例电力电子装备、新一代直流输电、多能互补的综合能源、各类大规模储能电站、各种通信及自动化新技术装置等因素使得新型电力系统组成要素愈加复杂，动态特性蕴含诸多未知，造成系统规划设计、装备制造、系统集成和运行控制等都面临史无前例的挑战。目前，电力科研院所、规划设计单位、装备制造厂家、教育培训机构等对新型电力系统开展仿真分析、测试验证的需求很大、很迫切。同时看到，新型电力系统的这些新型场景对仿真技术要求苛刻，门槛很高。 1）新型电力系统需要精细化动态模拟。人们对新型电力系统动态行为的认识还不够深入，无论是基础理论层面还是工程技术层面还处于广泛讨论、观点碰撞或局部示范试验阶段。然而，电力设施的新技术路线试错成本极高，不太可能对所有备选方案和技术选项都逐一示范。因此，开展大量深入的仿真研究是推进新型电力系统实施的必要手段。对于新型电力系统，需要深入开展仿真研究的领域包括：①新型电网体系结构研究；②新能源接入电网关键技术； ③ 新能源电网保护与自动化技术； ④源网荷储协同控制与优化调度；⑤新型配电网的电能质量分析与控制；⑥人工智能等新技术对新型电力系统的支撑。 2）新能源基地并网需要做稳定性评估。大规模陆上及海上风电集中接入局部电网有可能引发次/超同步振荡、宽频谐波谐振等电网安全稳定性问题，需要对这些问题进行机理及应对策略分析。所以需要对包含多类型新能源装备的局部电网做精细化动模仿真测试。然而，百千台级风光机组电磁暂态详细建模与仿真是一个卡脖子难题。 3）软、硬件在环仿真是必要的。新能源及储能电站的电力电子变流器控制及保护策略是厂家核心机密，对外不公开。由于控保策略对装置外特性及其接入系统的响应特性有重要影响，故需要分析内部核心控保策略。需要将新能源及储能控制器实物或黑盒模型接入测试平台开展动模仿真，以对其多时间尺度动态响应特性进行精细化分析。软、硬件在环试验对仿真平台提出了更高要求。 4）超大规模储能电站的仿真难度大。①单个储能机组的设备形态发生改变，从两/三电平变流器向模块化多电平变流器（MMC）的复杂结构演变，甚至采用储能跟变流器集成，故需要对这种复杂新形态做精细化测试验证。②超大规模、超大机组的储能电站包含较多并联储能单元或者储能机组，吉瓦时级储能电站，需上百台机组并联。另外，储能变流器的控制策略正从电流源型向电压源型转变，控制策略趋于复杂化，故需要大量的储能变流器的控制装置接入测试平台，才能对实现对储能单机以及多机之间协调控制性能测试，进而实现超大规模、超大机组的储能电站的精细化仿真。 5）现代直流输电控制与保护测试提出更高要求。超/特高压直流输电系统应用于新能源基地外送的控制保护策略及其硬件在环试验对实时仿真平台硬件资源要求苛刻，既要对直流输电系统建模，又要对新能源基地建模，应用场景的复杂性对仿真平台要求更高。 1 技术分析（创新性、先进性、独占性） 1.1 国产化实时仿真技术现状 实时仿真是指仿真模型执行进度与系统时钟完全同步的一类仿真，具备这种特性的仿真装置称为实时仿真器。新型电力系统的认知、试验、生产、培训需求快速增长，形成了实时仿真领域巨大潜在市场。但目前RTDS、RT-LAB等进口设备依旧垄断市场，对于大规模新能源场站、县域规模万节点级电力系统、多端特高压直流输电等应用场景电磁暂态仿真，所需的仿真资源巨大，平台造价极高。且关键核心技术处于卡脖子状态，平台应用的灵活性和开放性受到很大限制。只有开发和推广国产化实时仿真技术才能为顺利推进新型电力系统建设过程中的研究和生产提供自主可控的工具和手段。 1.2 UREP与进口设备的对比试验  为了实现电力实时仿真器的国产化替代，彻底解决电力实时仿真领域的技术“卡脖子”问题，国产实时仿真器UREP需要与国际主流技术进行对比，力求达到甚至超过目前世界最先进的技术。对标对象为行业公认的电力系统实时仿真仪（RTDS）和行业广泛使用的RTLAB，以上两款设备均为加拿大生产。对比试验方案如图1-1所示。制定标准（典型）测试算例，分别在UREP、RTDS和RTLAB环境下搭建测试算例的仿真模型，在完全相同的测试条件和试验内容下得到各种仿真器的仿真结果，比较仿真结果的一致性。同时比对仿真规模、建模效率和编译时间等关键指标。             图1-1  国产UREP与进口设备对标方案 1.2.1电气网络仿真对比    图1-2表示了一个多支路网络，基于图1-1中三种仿真器搭建该模型，通过不断增加支路数扩大网络规模，直到仿真器过载，得到仿真器的算力极限。         图1-2  多支路电气网络 在50us仿真步长下，对于图1-2案例RTLAB最大仿真规模为78个 三相节点，UREP也为78个 三相节点，二者相同。在编译速度方面，RTLAB编译时间为3分52秒，UREP编译时间为1分12秒，UREP是RTLAB的3.22倍。      图1-3  基于RTDS的仿真模型  当基于RTDS建模时，如图2-5，每块PB5最多允许24个节点；当基于NovaCor建模时，在超大步长150us下可以达到100节点，在50us步长下仿真规模未知。 2.2.2 双馈风机仿真对比   双馈风机含有电机、传动链、电力电子变流器和控制系统，是具有代表性的新能源元件。在在50us仿真步长下，对于如图1-4案例，RTLAB最大仿真规模为6台，UREP也为6台，二者相同。在编译速度方面，RTLAB编译时间为7分0秒，UREP编译时间为2分12秒，UREP是RTLAB的3.18倍。                图1-4  双馈风机测试案例 2.2.3 直流输电仿真对比   直流输电是最复杂的电力电子装备，有换流阀、阀控制器、极控制器、站控制器等一次和二次系统，是实时仿真领域的难点，也是检验仿真器能力的试金石。图1-5是双端单极直流输电系统测试用例，每端包含2个六脉波桥，控制保护包括了阀控、极控和主控模型，封装于蓝色模块内。   图1-5 双端单极直流输电系统测试用例 将图1-5所示算例分别在RTLAB和UREP中建模运行，在单核可用资源下，若仿真对象为电气主系统和控制保护组成的整个系统，则RTLAB过载，UREP也过载。若仿真对象仅为电气主系统（即双侧电源、交直流滤波器和4个6脉波桥），则RTLAB和UREP均不过载。在编译速度方面，RTLAB编译时间为3分40秒，UREP编译时间为1分11秒，UREP是RTLAB的3.10倍。 2.2.4 同步发电机组仿真对比    同步发电机目前仍是电力系统主力电源，是电力系统的主要仿真对象。同步发电机组模型包括同步发电机、调速器、励磁调节器及升压变。搭建多台同步电机并列运行算例，如图1-6所示。   图1-6  同步电机并列运行算例 在50us仿真步长下，对于图1-6案例RTLAB最大仿真规模为11台，UREP为13台。在编译速度方面，RTLAB编译时间为3分51秒，UREP编译时间为1分16秒，UREP是RTLAB的3.04倍。 2.2.5 最小步长对比 基于CPU的最小仿真步长能够体现仿真计算时间的抖动问题，抖动越小，允许的仿真步长就越小。因此，通过比较最小仿真步长，也可以反映仿真器的计算性能。仿真对象采用单台双馈风机，模型包括风力机、绕线异步电机、机侧变流器、网侧变流器、主动系统、所接入的配电网等元素，如图1-7所示。             图1-7  测试最小步长算例 经测试，RTLAB最小仿真步长为24us，UREP最小仿真步长为20us。可见，UREP具有更小的仿真抖动。 2.2.6 仿真精度对比 为了验证国产UREP的仿真精度，采取和RTDS交叉对比验证方法说明UREP的仿真精度。电力系统仿真包括电磁暂态和机电暂态，因此，从电磁暂态和机电暂态两个方面进行对比，同时考虑各种应用场景，以覆盖各种情形。电磁暂态检测案例的电网拓扑如图1-8所示。 图1-8 电磁暂态检测使用案例 无穷大电源电压等级为110kV，频率为50Hz，系统内阻抗为；L1、L3线路阻抗为，L2、L4线路阻抗为， T1、T2两变压器的额定容量均为，短路电压，空载损耗，空载电流，短路损耗，变比，高低压绕组均为Y形联结；假设系统A1、B1、A、B处供电负荷为(5+j1)MVA，C1和C处供电负荷为1+j0.1MVA。UREP建模如图1-9所示。   图1-9 电磁暂态检测案例的UREP仿真模型 基于RTDS建立电磁暂态案例的仿真模型如图1-10所示，其电压过零点短路控制如图1-10所示。   图1-10  RTDS仿真模型   图1-11  RTDS电压过零点短路控制结构 对上述模型，分别使用UREP和RTDS进行实时仿真，仿真时间为0.2s，短路故障发生在0.06s-0.16s之间，仿真步长为100微秒，横轴表示在0.2s时间内仿真采样点数，纵轴表示母线电压、电流，单位分别为V、A。在母线A点处发生三相短路，短路前后及短路期间的三相电压波形如图16-7。为了显示细微之处，将图1-12局部放大后，如图1-13。   图1-12  A点发生三相短路时三相电压波形   图1-13  A点处发生三相短路时三相电压波形局部放大 点划线为RTDS仿真结果，虚线为UREP仿真结果。可以看出，两种仿真结果高度重合，表现出电磁暂态仿真结果的高度一致。电磁暂态过程除了表现在电压动态还表现在电流动态，短路前后及短路期间的三相短路电流波形如图1-14。   图1-14 A点处发生三相短路时三相电流波形 图1-15  A点处发生三相短路时三相电流波形局部放大图 1.3  对标结论 （1）在内核资源完全等同条件下，国产UREP和RTLAB的仿真算力基本相同，即内核授权数相同条件下，具有相同的仿真规模。 （2）国产UREP的建模效率和编译速度远远高于RTLAB。小规模场景下，UREP是RTLAB的3倍左右，大规模场景下UREP是RTLAB的45倍左右。 （3）在仿真对象完全相同的条件下，国产UREP和RTDS的电磁暂态仿真结果完全相同，二者交叉对比没有差别。

系统的原理 该系统依据相似模拟定理和现场地质条件，利用与岩石力学特性相似的材料进行逐层铺设的方式来模拟煤系地层，采用可拖动的铁板模拟煤层的开采，采用刚性加载装置施加柔性压力弥补模型高度不足而缺失的那部分覆岩及表土层的重量，采用水压加载装置模拟承压含水砂层。在模拟煤层开采之前，首先采用刚性加载装置对铺设的模型施加指定的垂直压力，而后采用水压加载装置对模拟含水层进行饱水至指定水压力，最后利用拖动铁板的方式来模拟煤层工作面的开采。随着煤层的开采，采空区面积逐渐增大，顶板岩层悬露达到一定跨度弯曲沉降到一定值之后，便发生破坏垮落，进而引发上覆岩层的运动，形成三带（即“垮落带，裂隙带和弯曲下沉带”），随着开采面积的进一步加大，采动引起的破坏岩层发育高度进一步加大，甚至破坏隔水层，发育至含水砂层，进而引发工作面涌水溃砂灾害。 系统的特点、功能与组成 试验机关键技术指标主要体现在水压流动和监测单元及其伺服控制部分、设备加载单元及其伺服稳压系统，水沙流动伺服稳压系统（稳态法和瞬态法），最大水压力能达1.0MPa，进水口和出水口分别设置流量、水压测量装置，精确测量不同突水流量。 试验盒前置面板采用有机玻璃加工而成，它可以清晰的观察到内部试验的每一个过程，可以实现多次使用不容易划伤，是实验无法顺利进行。材料刚度也有大的提高，加载可以围压1MPa，从而可以做高压水沙渗流试验。 系统由主机龙门架、试验盒、加载水箱、试验用水沙装置、侧向反力板、支护系统、开采抽板装置、变频水压记载机构、水测量机构、集水沙装置、伺服加载系统、数据采集系统、分析系统、电器控制系统等组成。

“共用直流母线的电动液压挖掘机”提出一种新的采用分布式的伺服电机驱 定量液压泵，通过改变泵的转速控制液压挖掘机实现节能运行的方法，其 特色是挖掘机动臂下放过程的势能和上车回转制动的动能实时回馈到直流母 线，对这部分能量回收再利用，该方法及大地提高了挖掘机的能量利用率， 同时也适用于港口机械等多种移动自动化装备运行过程制动动能的回收再利 用，本发明较现有技术具有节能、噪声低、整机效率高等多方面的技术优势。

本发明公开了一种风浪互补液压传动发电装置及其控制方法。风浪互补液压传动发电装置，包括风能捕能装置、波浪能捕能装置，风能捕能装置的输出管路连接并联的第一变量液压泵和第一液压马达，波浪能捕能装置的输出管路连接并联的第二变量液压泵和第二液压马达，单向阀A的输出管路与单向阀B的输出管路合并后连接第三液压马达，第三液压马达的输出轴连接发电机，发电机的输出轴连接负载；第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器采集的信号均传输给控制器，控制器发出第一变量液压泵的排量控制信号以及第二变量液压泵的排量控制信号。本发明可以实现风能捕能装置液压管路、波浪能捕能装置液压管路、负载液压管路压力的实时精确匹配。

本发明涉及一种双斜盘液压电机柱塞泵，包括外壳、定子、转子、缸体、多个柱塞、两斜盘组件和配流装置，其中缸体左右两侧各设置有多个与柱塞腔相通的吸排油口，配流装置与缸体间隙配合，在转子主轴带动缸体的转动中，斜盘组件使柱塞在柱塞腔中作往复直线运动，配流装置与缸体的吸排油口周期性的连通，实现电机柱塞泵的配流，配流装置不随主轴而转动，所述配流装置为配流轴。本发明采用的配流装置有效简化了泵整体结构，减少了泵的闭死容积，提高了电机柱塞泵的容积效率，与现有的阀配流柱塞泵相比，使得泵腔体内工作介质出入口处过流量不再受到

该项目研发的提梁机是国内首台 900 吨级的提梁机，获国家科技进步二等奖，上海 市发明一等奖、上海市科技进步二等奖，教育部一等奖 主要技术特点： （1）采用双梁双门字型结构，克服了单梁抗扭能力差的弱点，使整车抵抗行走驱动不 平衡的能力大大加强，同时也很好地解决了吊点吊具重载纵横平移的支撑和偏载问题。 双门字结构克服了单腿结构运梁车通行单一的弱点，实现了运梁车纵横穿行。 （2）行走、转向、悬挂、起升和吊具微调均为液压驱动。全液压驱动结构紧凑、过载 能力强、运行平稳。有效地解决了 64 只轮胎均载问题，很好地解决了四点起吊、三点 均衡问题，保证混凝土梁吊装安全。负载敏感系统的采用使液压系统自动适应外负载的 变化，有效地节省了系统能量。 （3）多层网络结构使电控系统结构简单、扩展维护方便。针对多层网络控制系统，研 发的一套网络控制补偿算法有效地解决了信号传输延迟带来的稳定性问题，可以实现转 向、悬挂、提升和吊具移动过程中的高精度同步控制。清晰的网络拓扑结构方便构成整 车故障诊断系统，使其维护性能大大提高。 900 吨提梁机是高铁建设的关键设备之一。该项目研制的 900 吨级提梁机改变了我 国在高铁大型专项装备自主研发长期滞后的状况，使中国成为继德国、意大利后拥有超 大型架运专用设备研制能力的国家。继郑西客运专线之后，哈大、武广等专线也相继采 用 900 吨提梁机。2008 年 3 月为止，已有高达 3 亿人民币合同，具有很好的经济效益。

板材数控充液拉深液压机（图1）是课题组研制的一台具有自主知识产权的新型液压成形设备。它是机、电、液、控（PLC）的有机集成，也是变压边力（图2）、变液压力（图3）和径向推力拉深的组合。在其上可实现高精度复杂曲面结构件的生产，曲面精度±0.1mm。车灯反射镜拉深件如图4和图5所示。 本研究所可以根据用户需要进行新产品的研制和开发。 型号：YHF28-40 总压力：400kN 变压边力曲线变液压力曲线 压边力：250kN,5-200kN 液压力：1-25MPa 主缸行程：500mm 压边缸行程：300mm 工作台面：500×500mm

产品主要以发动机带动液压泵、液压马达、管路等，通过液压系统驱动，电气控制各液压，目前主要靠外包，需要实现自主技术，培养相关人才

开展了煤矿单体液压支柱核心元件水液压三用阀的研究，分析了二级（多级）节流阀口对气蚀的抑制作用及适用范围，确定了各阀口优化设计准则，解决了由于水粘度低、润滑性差、汽化压力高等引发的一系列难题。研制了煤矿单体液压支柱水压三用阀，并得到应用。该方向申报发明专利 2 项，研究成果“煤矿单体液压支柱水压三用阀的应用研究” 荣获 2014 年安徽省科技进步三等奖。

主要从事的是挖掘机的液压阀与挖掘机的非线性控制系统的研究。 主要研究成果：1、攻克了电液比例阀结构设计、制造工艺、精度控制等关键技术，解决了中高端装备中的大流量比例动态控制技术难题。2、研究多路阀阀芯阀体材料和表面质量技术要求，通过调质、沉淀强化热处理、形变压缩技术，获得具有高强度和耐磨性的阀体材料，通过微弧氧化技术、化学复合镀和化学转化膜技术，得到高硬度的阀芯材料。3、分析阀体阀芯在传统表面处理工艺中出现的缺陷和弊端，最终采用激光熔覆的表面改性技术提高阀体阀芯表面性能，解决了高压大流量冲击断裂问题。4、提出了面向多工况的电控液压挖掘机控制策略研究；搭建了基于挖掘机实物和三维建模软件的硬件在环挖掘机试仿真验台。5、实现了自动化挖掘机铲斗位置精确控制，提出了通过使用智能算法优化挖掘机控制器的新的控制方法，通过建立仿真模型和试验证明该控制方法的可行性。