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。

同济大学电子与信息工程学院康琦教授团队面向复杂工业过程智能运维，深度融合物联网、大数据、人工智能等技术，设计开发了高集成度与模块化的边缘计算平台。该技术采用云-边-端一体化的系统架构设计，结合迁移学习、演化计算等智能技术，构建了可持续学习的通用网络进化框架，针对不同应用场景，通过模型与算法的模块化管理与轻量化学习，可实现边缘侧模型定制与部署，全面感知系统动态，自适应环境与工况变化，实现无人值守的工业过程在线学习、智能控制与持续优化，显著降低运行成本，提升企业经济效益。 边缘计算平台架构 目前该技术已经获得相关授权发明专利6项，面向钢铁冶炼、汽车制造、污水处理、轨道交通等领域，在多个省市的节能控制与运营优化相关智能化工程项目中得到了推广应用，平均节能达30%，经济效益明显。基于该平台技术对城市污水处理厂生物曝气过程进行自适应软测量建模与学习优化控制，实现了多目标联合优化的在线智能监控系统，年平均节电超过27%。对大型制造企业的多车间冷源系统实现了全自动在线优化与智能控制，系统能效提升一倍，年平均节电36.9%。

产品详细介绍

项目简介本项目是一种用天然沸石从海水提取硫酸钾新技术。原料海水、苦卤和饱和卤水经过离子交换和硫酸钾分离等工序提取硫酸钾，并付产氯化镁、精盐（或工业盐）等产品。本项目采用的技术是由河北工业大学等单位新近开发的海水提取硫酸钾高效节能新工艺。该成果于2000年1月23日通过了由河北省科委主持的、有两院院士等多名全国同行参加的专家鉴定，获省级成果证书。与会专家一致认为该工艺属于国际首创，且该工艺与现有的硫酸钾生产工艺相比具有极强的市场竞争能力，为制盐及盐化工行业的产业结构调整，提高效益提供了一条可靠的技术途径。本项目工艺的特点为：（1）硫酸钾生产成本较现有硫酸钾生产技术有大幅度的下降，约为1900元/吨左右；（2）原料全部来自海水，无需外购氯化钾等原料。每吨硫酸钾需苦卤（30°Be’）15 m3，饱和卤30 m3，海水约1000m3。二、项目技术成熟程度本技术是国家科技攻关和天津市重大科技项目成果，成功完成了百吨级中试，突破了一系列工程化关键技术，为进一步的产业化开发提供了设计依据。三、 技术指标本技术的技术经济指标为：（1）产品质量：①硫酸钾：达国家GB20406-2006优等品标准，其中，K2O≥50%；②精制盐（或工业盐）：达国家食用盐（或工业盐）一级品标准；（2）分离工艺钾和氯化钠回收率：≥90%；（3）硫酸钾生产成本低于1900元。已获得中国发明专利3项。四、 市场前景硫酸钾是一种优质无氯钾肥，既可作为肥料直接施用，也可用于生产三元复合肥。由于硫酸钾具有的高效、无氯和低盐值等优点，因此，硫酸钾及其三元复合肥深受农民的欢迎。近年来，随着硫酸钾开发热的升温，国内陆续建立起一批硫酸钾生产厂，据不完全统计生产能力已达300万吨以上。但由于技术经济不过关原因，大多数企业处于半停产或停产状态。国内硫酸钾的需求仍主要靠进口。本技术依成本优势，产品硫酸钾完全可以替代进口。五、规模与投资需求1万吨/年硫酸钾投资总额估算为4100万元。六、 生产设备锅炉、离子交换柱、蒸发器、离心泵、水电气配套。七、 效益分析每吨硫酸钾生产成本1900元。 对于1万吨/年硫酸钾工厂（联产5.48万吨精盐和4万吨氯化镁），年利税总额2600万元。八、合作方式技术转让。九、项目具体联系人及联系方式项目负责人：袁俊生电   话：022-60204598邮   箱：jsyuan@hebut.edu.cn。

目前生产氯碱工业阴极电极的工艺主要是涂刷热分解法和电化学沉积法, 它们制备的电极容易出现“龟裂"和颗粒堆积现象（图A）,使电极结构不够 稳定，在电解条件下造成电极涂层剥落，活性位点不能完全暴露（图B）,电极 催化性能衰减，槽电压升高；此外，电极在制备过程中容易夹带部分有机溶剂， 在后续爐烧过程中污染/覆盖电极表面。针对上述问题，本项目采用水热合成 法制备一种新型电极，该电极表面涂层呈现开放式纳米棒状结构（图C）, 溶液和气体在电极表面可以自由进出（图D）,能够充分暴露活性位点，提高催 化活性。并使槽压降低200 mV,电流密度增加500 A/m ,能耗降低13.3%。目 前，该析氢及析氯电极已经具有完全自主知识产权，满足替代传统氯碱工业电极 材料的要求，属于国际一流国内领军的高新技术。市场及经济效益分析： 我国2011年至2013年，全国烧碱产量分别为2466、2698. 6、2854. 1 万吨，而2014年上半年就已生产1580万吨，我国每年的烧碱产量都在缓慢增加。 所以采用新型电极降低槽电压，争取大力度的节能降耗显然是十分必要的。本产 品是运用于氯碱工业电解槽的新型电极，相比于传统电极，该电极具有更低的过 电位且使用寿命更长，由此我们确定我们的目标市场是全国范围内的氯碱厂，由 于目前国内只有北化机一家具有此项技术，所以市场竞争相对较小，市场需求 巨大，产业前景广阔，国内市场容量每10万吨离子膜烧碱需要3600m2阴电 极，我国氯碱需求巨大市场容量大。

目前节能灯产品主要为整体式节能灯，产品由灯座和灯管两部分组成一个整体，灯管形状有U型、螺旋型等，灯管均裸露，在产品的外观方面缺乏美观和变化，降低了装饰效果，由于缺乏保护，灯管很容易损坏，同时由于在节能灯管内部有汞的存在，在灯管破裂后容易造成汞污染。本项目开发的罩式节能灯，节能灯罩采用聚苯乙烯材料，灯罩内涂粉为三基色荧光粉或者卤酸盐荧光粉，在改善安全性、装饰性和发光均匀度的同时提高灯的发光效率。同时由于灯罩的存在，使灯管得到了保护，避免了灯管的损坏，即使灯管由于各种原因破裂损坏，由于灯罩的密封性也可以汞污染得到控制，防止灯管破裂造成污染。技术指标：13W；节能灯开关试验寿命8000次（开45秒，关15秒），光效≥60Lm/W

今后相当长的时期内，我国继续以煤为主的能源格局基本不会发生改变。大量的煤炭是以燃烧的方式被使用，特别是在大型电站锅炉中通过煤燃烧继而发出电力，为国民经济的发展及人民群众的生活提供大量的电力支持。然而，现役电厂锅炉由于各种各样的原因，总是存在这样那样的问题而影响锅炉运行的安全、经济及环保性能，影响电力企业的社会形象及可持续发展。 本项目吸收了国际发达国家的最新研究成果，结合多年的相关研究与论证并经过实际装置的运行改造检验总结提炼而成。电站锅炉实施相应分析诊断及改造后，可以彻底消除目前的不安全因素，同时还能提高运行经济性、减少污染物排放量，总体经济效益显著，对相关电力企业的健康发展意义重大。 该项目是自主研发的企业委托项目，目前处于产业化阶段。项目受专利和计算机软件保护，如进行转让，属联合共有。 应用范围： 我国电力供应中，约80%的电力是以煤为发电原料生产的，有大量的燃煤电站锅炉，由于煤种的多样性、锅炉结构的复杂性及地域的多样性，目前国内运行的燃煤锅炉都存在这样或那样的问题，使锅炉机组的整体经济性有待提高，有的甚至还存在着安全隐患。 基于大量的理论研究及实际工程实践总结出的本推广项目，其适用范围主要是电站燃煤锅炉的节能增效减排领域，主要包括： 过热蒸汽超温/欠温治理，可提高机组运行的安全性及经济性，还可实现节能减排； 再热蒸汽超温/欠温治理，可提高机组运行的安全性及经济性，还可实现节能减排； 大型煤粉锅炉省煤器出口烟气预除尘技术，减少进入脱硝装置或空气预热器的烟气中的带灰量，提高设备运行可靠性，实现节能减排。

本实用新型公开了一种免沸节能火锅装置。温度传感器安装在火锅侧壁上，温度传感器经导线与免沸控制组件连接，温度传感器探头端伸入到其锅内液体中，免沸控制组件包括安装在电磁炉内部的信号放大电路、A/D转化电路、信号处理电路和IGBT管驱动电路，温度传感器的信号输出端依次经信号放大电路、A/D转化电路、信号处理电路、IGBT管驱动电路后与电磁炉的加热线圈连接，采用信号处理电路控制IGBT驱动电路调节电磁炉的加热功率。本实用新型能实现沸点检测和锅内温度控制，避免了水持续沸腾时浪费大量的热量和水分，起到了节能节水的作用，也方便人们使用。

项目背景：海洋环境要素的大范围、长时间、高时空分辨率 监测和获取对海洋与气候预报对海洋环境安全保障意义重大。虚 拟锚系浮标既可在无定点锚情况下，实现一定半径范围内的位置 保持，并进行相应海域的长期、多参数、实时观测；也可根据特 定目的作业需要，以自主走航方式实现观测海域的机动调整，并 在浮标出现故障或达到保养周期时自动返航。由于传统虚拟锚系 浮标的主体舱和推进装置于多相流场环境中运动机制复杂、耦合 特征明显，导致其位置保持时振动剧烈、稳定性差，而在自主走 航时又流体阻力高、推进能耗大，严重限制其作业目标的高效实 现。因此，研究虚拟锚系浮标的多体运动耦合机理，突破减阻节 能的关键技术瓶颈，进而提高续航与作业能力成为当前研发新型 虚拟锚系浮标所迫切需要解决的难题。基于流体动力学原理提出 虚拟锚系浮标的低阻减摇设计方案；基于风帆形式开发一种海上 清洁能源驱动的虚拟锚系浮标节能推进技术。 所需技术需求简要描述：（1）设计新型浮标结构主体，减小 其航行阻力、降低环境流场引起的运动响应幅度，且具有良好的 操纵性能，并保证其有效载重≥600kg、 最高航速≥3.5 Kts； （2）开发一种适合虚拟锚系浮标结构特点、可靠性更高的风帆 推进技术，克服复杂作业环境下传统软帆自动控制难度大、风载脉动剧烈的缺点，并保证高海况下浮标主体的生命力。（3）完成 新型虚拟锚系浮标的航行、动力响应、推进等性能的数值模拟与 分析，在型线结构优化基础上，建造样机并进行实地海上作业测 试，验证设计方案及关键技术的可行性与可靠性。（4）虚拟锚系 浮标，长期大范围平均航行速度≥1 Kts，24 小时内虚拟锚泊定 点误差小于 5000 米半径概率≥80%，观测数据可靠率不小于 95%。  对技术提供方的要求:在相关领域中具有丰富经验的院校或 科研院所。 

高温材料轻质化常用手段是通过造孔剂或发泡等工艺在材料中产生大量的微气孔，从而达到降低热导率、减小热容的目的。气孔结构，即气孔尺寸、分布、状态会对材料性能产生极大的影响。采用单一的造孔工艺，产生的气孔尺寸分布较为集中，而且气孔率较高时会形成大量连通气孔，一方面减弱了隔热效果，另一方面会显著减小材料内部晶粒间的接触面，从而导致材料强度和抗高温蠕变性能降低。 超孔构材料（Super Porous Structure Material，SPS材料）综合了多种途径（机械造孔、发泡、烧失、堆积），在材料中引入各种尺寸级别的气孔（宏观孔、微观孔、纳米孔），并使孔的状态呈现不同层次（定向孔、梯度孔、组合孔）。通过不同孔结构间的协同作用，突破了现有多孔高温材料性能的局限，使材料在具有高气孔率的同时，还保持了良好的抗高温蠕变性能。 技术优势： SPS材料制备技术已申请中国及国际专利。该材料主要技术优势如下： （1）优良的耐高温特性，最高工作温度可达1750℃； （2）轻质低热容，比重仅为现有刚玉质耐火材料的1/4，体积热容为其1/5； （3）超低热导率，优于现有各类轻质绝热砖，为刚玉质耐火材料的1/10； （4）突出的抗高温蠕变性，性能优于国际领先水平的日本企业同类产品； （5）优异的抗热震稳定性，可承受反复冷热循环造成的严酷热冲击工况； （6）灵活便捷的可加工性，可如木材般加工组装，大幅降低施工成本。 应用概况： 应用SPS材料，进行窑炉结构件及窑具制品的开发。现已有陶瓷窑炉用标准砖及各种尺寸的块、板、柱、梁及异形件产品，可用于各种类型的陶瓷及无机材料窑炉的制造。对比实验中，采用SPS材料板材及标准砖为炉膛制造的实验电炉，与以氧化铝空心球材料为炉膛制造的同样尺寸电炉相比，经过在1600℃下10次的烧成循环后，对比炉炉顶已出现贯穿裂纹，而实验炉炉顶仍未发现有裂纹、蠕变。 目前各类SPS材料制品现已在多家陶瓷及耐火材料企业的多种形式的窑炉中得到应用，表现出优良的使用性能以及突出的节能效果。