電力系統(tǒng)及其自動化

電力系統(tǒng)及其自動化一、學科簡介海軍工程大學電氣與信息工程學院電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)是基于軍用裝備的戰(zhàn)術技術性能、工作壽命和牢靠性的特別要求，瞄準國際軍事裝備在電力系統(tǒng)及其自動化技術領域的前沿，為國防戰(zhàn)略戰(zhàn)術武器及載體〔如艦船、特種車輛、雷達站、坑道、基地、消磁站等〕急需的電力系統(tǒng)及其自動化技術而開展科學爭論、培育人才和供給技術保障的學科專業(yè)。涵蓋國家級艦船綜合電力技術國防科技重點試驗室、電力電子技術爭論所、電氣工程系、電磁環(huán)境與防護工程系、智能工程系。國家級艦船綜合電力技術國防科技重點試驗室1950198019981999年電力系統(tǒng)及其自動化學科成為海軍首批重點建設專業(yè)之一，202320232023統(tǒng)及其自動化為主干學科獲得電氣工程一級學科博士學位授予權，2023成“艦船綜合電力技術國防科技重點試驗室20232023年成為湖北省高校優(yōu)勢學科。本學科是國內軍用電氣工程學科領域唯一擁有電氣工程一級學科博士學位授予權和博士后科研流淌站的學科專業(yè)，是海軍電氣工程專業(yè)培育本科、碩士、博士到博士后各個層次專業(yè)人才的重要基地，是本技術領域自主創(chuàng)的爭論基地，為海軍培育了大批高水平的專業(yè)技術人才，為艦船電力系統(tǒng)的不斷進展供給了技術支撐。二、爭論方向本學科專業(yè)經過多年的進展，已經形成了艦船高功率密度集成化發(fā)電和推動技術、艦船電力系統(tǒng)電磁兼容性爭論、艦船電力系統(tǒng)網絡及安全運行和艦船電力系統(tǒng)智能化監(jiān)控治理技術等四個獨具軍隊特色、我國軍事斗爭急需、穩(wěn)定的領域和爭論方向，在相關技術領域開展了一系列開拓性工作。1、艦船高功率密度集成化發(fā)電和推動技術集成化發(fā)電技術是將發(fā)電、電能變換、電氣掌握等多個傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)中的功能模塊集成于一體，形成系列化、標準化的型發(fā)電功能模塊，最大限度提高發(fā)電設備的功率密度和供電質量及牢靠性，降低制造本錢，提高運行效率。推動電機技術也是本爭論方向的重要爭論分支，在連續(xù)開展傳統(tǒng)船用推動電機爭論根底上，把爭論體積小、轉矩大、效率高、集成化的推動電機作為重要的爭論內容，為實現電力推動艦船的進展供給技術根底。集成化發(fā)電與推動技術在將來綜合電力戰(zhàn)艦平臺技術中占有格外重要的地位。本學科在此爭論方向上已經取得一系列學術爭論成果，并應用于實際工程：主持研制的多相整流型充電發(fā)電機處于當今國際同類電機的先進水平，已推廣用于多型艦艇；研制制造的交直流多繞組電力集成發(fā)電機為國際首創(chuàng)，具有一臺發(fā)電機同時輸出交直流電能的多種功能，該類發(fā)電機已應用于一代潛艇；目前正在爭論帶蒸發(fā)冷卻的多相整流高速異步發(fā)電機是功率密度更高的第三代艦船集成化發(fā)電機，在構造原理、掌握技術、冷卻方式等方面都有顯著的創(chuàng)，已經取得了重大突破。集成化發(fā)電技術是艦船綜合電力技術國防科技重點試驗室一個重要爭論方向，已經建立了多相整流中壓發(fā)電試驗系統(tǒng)、雙繞組交直流發(fā)電機試驗系統(tǒng)、高速異步整流發(fā)電機試驗系統(tǒng)和電機電器蒸發(fā)冷卻試驗系統(tǒng)等四個試驗爭論平臺，添置了相應的設計、分析軟件和測試儀器。在此根底上結合高技術人才培育，進一步深入爭論高功率密度的集成化發(fā)電技術，對于提升我國艦船電力系統(tǒng)技術水平，推動國防建設的進展和科學技術的進步具有格外重要的意義。2、艦船電力系統(tǒng)電磁兼容性爭論電磁干擾是伴隨電能的開發(fā)和使用同時消滅的問題，電磁兼容爭論的目的就是掌握設備和系統(tǒng)的電磁騷擾放射、抑制電磁騷擾的傳播和提高設備和系統(tǒng)的抗干擾力量，從而減小和避開電磁干擾現象的發(fā)生。掌握系統(tǒng)及日常用電系統(tǒng)同時供電，且各種電力電子功率設備、敏感電子設備和計算機監(jiān)控系統(tǒng)并存于艦船平臺的有限空間，電磁干擾問題尤其嚴峻。因此，艦船電力系統(tǒng)電磁兼容爭論是保障現代艦船裝備充分發(fā)揮戰(zhàn)術技術性能所必需解決的首要問題之一，已引起了世界各國的高度重視。本學科在獨立系統(tǒng)電磁兼容爭論，如電力電子設備干擾源和干擾耦合途徑的建模及定量描述方法，接地系統(tǒng)的阻抗特性和地電流干擾的抑制技術等獨立系統(tǒng)傳導干擾爭論方面取得多項學術爭論成果，并應用磁兼容創(chuàng)爭論群體”已建立了傳導電磁干擾的準確定量推測理論，解決了多項重大、重點國防科研工程中電磁不兼容的難題，圓滿完成預期爭論目標。依據該工程相關理論爭論成果出版專著《獨立電力系統(tǒng)及其電力電子裝置的電磁兼容爭論電磁兼容的推測和分析方法涉及電力系統(tǒng)、電路理論、電機、掌握理論、信號處理、電磁場和計算電磁學等眾多學科，具有很大的技術難度。在艦船綜合電力系統(tǒng)電磁兼容的測量、電磁兼容的推測和電磁干擾的抑制等方面急需培育特地的高級人才。目前，結合艦船綜合電力技術國防科技重點試驗室建設，已經建立了艦船溝通電網、直流電網、地網模擬試驗系統(tǒng)，添置了EMI和敏感度測試分析系統(tǒng)。在此根底上進一步開展獨立電力系統(tǒng)電磁兼容性爭論，對于保障系統(tǒng)的正常運行和提高艦船系統(tǒng)的戰(zhàn)術技術性能，具有重要的學術爭論意義和工程應用價值。3、艦船電力系統(tǒng)網絡及安全運行艦船電力系統(tǒng)網絡實現電能的輸送、變換與安排，是發(fā)電單元到用電設備之間的聯(lián)系樞紐。艦船電力系統(tǒng)安全運行是在正常與故障狀況下保證系統(tǒng)供電品質、保證重要設備連續(xù)供電的重要性能，是艦船生命力水平和戰(zhàn)術技術性能發(fā)揮的重要保障。與陸地電力系統(tǒng)不同，艦船電力系統(tǒng)是一種強耦合、強非線性、緊湊型系統(tǒng)，因此，從系統(tǒng)網絡構造頂層設計、系統(tǒng)數值分析方法、系統(tǒng)運行穩(wěn)定性理論到系統(tǒng)保護與重構技術、牢靠性與生命力評估均有其獨有的特點。近年來，我海軍艦船朝著大型化、現代化方向進展，電力系統(tǒng)裝機容量不斷增大，系統(tǒng)構造更加簡單，特別是綜合電力系統(tǒng)概念的提出，對艦船電力系統(tǒng)構造設計與運行分析提出了很多的課題，艦船電力系統(tǒng)網絡與安全運行分析已成為艦船爭論領域的熱點和重要課題。多年來，本學科開展了大量艦船電力系統(tǒng)理論和工程應用技術爭論，取得了一批有價值的成果。系統(tǒng)深入地爭論了同步發(fā)電機整流并聯(lián)系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性問題，提醒了系統(tǒng)并聯(lián)運行的穩(wěn)定條件、物理本質、影響因素及冷靜方法；提出了大型艦船電力系統(tǒng)母線設計方法，構建了艦船獨立電力系統(tǒng)母線設計理論體系；系統(tǒng)爭論了獨立電力系統(tǒng)網絡規(guī)劃、分析計算以及生命力、牢靠性評估等問題，建立了艦船電力網絡計算、重構與故障恢復的根本理論與方法；完成了多型艦船、潛艇電力系統(tǒng)仿真分析課題，為設計部門方案決策供給了重要的依據；深入爭論了艦船電力系統(tǒng)絕緣以及絕緣狀態(tài)的在線實時監(jiān)測問題，把握了艦船多電站、簡單網絡構造下絕緣狀態(tài)的監(jiān)測、分析、故障判別與系統(tǒng)治理等關鍵技術，首次實現了艦船電力網絡絕原因障的在線定位，填補了國內空白，依據該成果研制出的絕緣監(jiān)測裝置已廣泛推廣應用；研制了多種型號的型艦船動力、電力系統(tǒng)仿真模擬系統(tǒng)，將半實物數字仿真、軟操作界面數字仿真與物理模擬等多種仿真方式有效集成，成功解決了艦艇動力、電力系統(tǒng)仿真規(guī)模大、模型簡單、仿真精度與速度要求高等難題。目前，本學科正結合“973”國家安全重大根底爭論——綜合電力系統(tǒng)電網構造理論爭論工程，依托艦船綜合電力技術國防科技重點試驗室先進的軟硬件平臺和測試設備，聯(lián)合清華大學、浙江大學等五所國內著名大學開展電網構造的分析方法、潮流和穩(wěn)定性、保護及重構機理等方面的爭論工作，力爭在艦船綜合電力系統(tǒng)電網構造理論領域實現理論創(chuàng)和關鍵技術突破。4、艦船電力系統(tǒng)智能化監(jiān)控治理技術艦船電力系統(tǒng)智能化監(jiān)控治理系統(tǒng)，是艦船電力系統(tǒng)的治理中心，它負責全船能量的監(jiān)控和治理，完成電力系統(tǒng)網絡狀態(tài)分析、潮流計算、故障重構、能量調度、電能質量的監(jiān)測和掌握、電力系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測與實時故障診斷，從而保證艦船供電的連續(xù)性、穩(wěn)定性和經濟性，確保向推動、武備系統(tǒng)、日用等用電負載供給穩(wěn)定、優(yōu)質電能，以提高艦船生命力、續(xù)航力和戰(zhàn)斗力。能量治理系統(tǒng)技術是該爭論方向上的核心爭論內容，其包括智能采集終端ITU、現場總線與計算機網絡構成的體系構造爭論；網絡狀態(tài)分析、潮流計算與能量調度、故障后系統(tǒng)重構技術爭論；電能質量的監(jiān)測與掌握技術爭論；電力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷等技術的爭論內容。本學科在電力系統(tǒng)智能化監(jiān)控技術方面取得了一系列學術爭論成果，多項成果應用于實際工程：在智能采集終端ITU、現場總線與計算機網絡構成的體系構造爭論中，突破常規(guī)測量采集終端的缺乏，提出利用嵌入式系統(tǒng)實現電能質量采集和同步向量采集的智能終端ITU，從而實現了電能數據的實時同步采集；針對監(jiān)控網絡的構造、實時性、抗干擾性等指標，建立了現場總線實物仿真試驗系統(tǒng)，并成功應用于艦船的研制過程中，取得了重大的軍事與經濟效益。在網絡狀態(tài)分析、潮流計算與能量的調度技術、故障后系統(tǒng)重構爭論中，利用分布式人工智能技術進展網絡狀態(tài)分析和故障重構，在利用多Agent實現故障后系統(tǒng)的重構爭論中獲得了突破。電能質量的監(jiān)測與掌握技術爭論中，研制出電能質量采集設備，能夠完成電能質量擾動問題的自動識別、實時諧波參測試技術在電力系統(tǒng)和電子設備與電路板的應用爭論方面開展爭論和工程應用，爭論開發(fā)了多套用于不同設備條件下電路板測試與故障診斷系統(tǒng)，完成了發(fā)電機多種故障的定位與推斷，提出了電力設備的機內測試技術。目前正在進展的艦船能量治理系統(tǒng)方面的爭論工作，在國內艦船電力系統(tǒng)領域建成了艦船能量治理的試驗系統(tǒng)，并具備相應的設計、分析和測試力量。在此根底上結合高技術人才培育，進一步深入爭論艦船電力系統(tǒng)智能化監(jiān)控技術，對于推動我海軍艦船電力系統(tǒng)的信息化具有重要的意義。三、梯隊人員本學科專業(yè)擁有以國內電力系統(tǒng)及其自動化領域著名專家、博士生導師馬偉明院士為代表的特別能吃1154111535161921334攻讀博士學位19人，教員隊伍的平均年齡只有33.8歲。漸漸形成了一支學緣構造多元化、年齡構造年輕化、層次構造合理化的學術隊伍，2023內電氣工程領域首個受國家自然科學基金委創(chuàng)爭論群體基金資助的“電力系統(tǒng)電磁兼容創(chuàng)爭論群體通過幾年的困難的爭論與探究，已經取得了一批顯著的成績，現已連續(xù)獲得資助〔二期。中國工程院院士、教授、博士生導師馬偉明少將馬偉明，艦船電氣工程專家。男，1960年4月誕生，江蘇揚中市人，。1982年畢業(yè)于海軍工程大學電氣工程系，1987年于海軍工程大學獲船舶電氣工程專業(yè)碩士學位，畢業(yè)后留校任教，1993年至1996年在清華大學攻讀并獲電機專業(yè)博士學位?，F任海軍工程大學教授、博士生導師，2023年中選為中國工程院院士。兼任第五屆國務院學科評議組成員，國家自然科學基金委員會學科評審組成員，中國青年科技工作者協(xié)會副會長，湖北省科協(xié)副主席，中國電工技術學會理事，中國電機工程學報編委會委員，中國電工技術學報編委會委員，中國造船學會理事，武漢造船學會副理事長等職務。長期致力于獨立系統(tǒng)集成化發(fā)電、獨立電力系統(tǒng)電磁兼容、電力電子應用技術等領域的爭論。先后承201項，國家制造三等獎2項，軍隊科技進步一等獎2442180SCI、EI、ISTP100主持建立電氣工程博士學位授權點和博士后科研流淌站，長期從事碩士、博士爭論生教學工作，治學嚴謹，教學閱歷豐富，培育博士、碩士40多名。樂觀提倡將艦船綜合電力系統(tǒng)作為我國將來艦船動力平將為科技創(chuàng)、人才培育及國內相關領域的合作、溝通供給良好的爭論平臺。技獎、其次屆求是出色青年有用工程獎、首屆國家十大“出色專業(yè)技術人才”獎章、何梁何利基金科學與技術進步獎、第五屆中國青年科學家獎、軍隊專業(yè)技術重大奉獻獎、全軍優(yōu)秀教員、全軍優(yōu)秀黨員，榮立一等功一次、二等功兩次。四、已有成果本學科專業(yè)在相關技術領域開展了一系列開拓性工作，解決了國防裝備特別是海軍裝備中很多重大技術難題，取得一系列到達國防先進水平、處于國內領先地位的科研成果。僅在199016后完成國家自然科學基金、原國防科工委、總裝備部和海軍下達的以及中國船舶重工集團、中國船舶工業(yè)集團、機機械工業(yè)部等地方科研部門和企業(yè)托付的科研工程500項余，其中高度集成化的帶蒸發(fā)冷卻的高速異步整流發(fā)電機，處于國際領先水平，三相/十二相雙繞組交直流電力集成發(fā)供電系統(tǒng)，為國際首創(chuàng)，已批量生產。建立了十二相發(fā)電機整流供電系統(tǒng)的根底理論體系，攻克了該系統(tǒng)中穩(wěn)定性推測、固有振蕩抑制、復合故障診斷、短路保護等國內外長期未解決的關鍵技術難題，研制出具有國際先進水平的十二相發(fā)電機整流供電系統(tǒng)，已批量生產。成功研制出具有世界先進水平的潛艇AIP發(fā)供電系統(tǒng)。通過國家基金委的第一期的資助，電力系統(tǒng)電磁兼容創(chuàng)群體已建立了傳導電磁干擾的準確定量推測理論，解決了多項重大、重點國防科研工程中電磁不兼容的難題，圓滿完成預期爭論目標，現已獲得其次期資助。在馬偉明院士的帶著下，本學科專業(yè)首次提出了艦船電力集成的思想，開拓了我國艦船綜合電力系統(tǒng)爭論方向。獲國1項、國家科技進步二等獎3項，國家制造三等獎3項，軍隊科技進步一等獎183742023獲國務院頒發(fā)的國家科學技術進步一等獎，這是迄今為止