研究领域

 一、电力系统分析
       
电力系统潮流、短路、稳定计算是提高系统运行安全性和经济性的最基本的分析方法。上世纪70年代初王锡凡教授在中国率先开发了这些分析软件。把短路综合阻抗推广为可以分析复杂故障的综合阻抗矩阵;建立了计及动态调节器及复杂故障的电力系统暂态稳定分析模型和算法,应用于西北和华东等系统的计算,为发展电力系统的现代分析理论做出了开拓性的贡献。1978年,电力部组织多位专家参与撰写,由王锡凡教授主编的《电力系统计算》集中反映了这些成果,其基本理论和算法均达到当时的国际先进水平。该书被评为1977-1981年度全国优秀科技图书,成为我国电力系统分析领域的经典著作。研究成果获1978年全国科学大会奖。
电力系统的自动化和运营的市场化对系统分析的理论和算法提出了新的要求。通过主持完成自然科学基金重点项目(59937150)和973课题(2004CB217905),在电流追踪、最优潮流、随机安全分析等前沿方向取得了重要成果。在电流追踪方面成功地解决了输电线电能损耗分摊和利用份额划分的难题;在最优潮流方面提出了内点割平面法,高效处理了电力系统含有离散变量时大规模非线性数学优化问题;在系统运行风险评估方面提出了可考虑各类元件故障和负荷波动的随机潮流模型和算法。这些成果反映在2003年的专著《现代电力系统分析》(科学出版社)2008年的英文专著《Modern Power System Analysis(Springer出版社)中。研究成果获2008年教育部自然科学一等奖。

  二、电力系统规划与可靠性
     
   电力系统规划对保障国家电力供应和发挥巨额投资效益有深远影响。系统规划和可靠性评估是电力系统学科的重要研究领域。1986年接受国家科委三峡办公室委托,完成了三峡电力系统技术经济论证,在系统规划研究领域取得了系列理论成果,成为我国采用现代运筹学进行电力系统规划的奠基人。
在电源规划的方案优化决策和随机生产模拟方面,突破了当时国际上电源优化不能准确考虑水电和单节点模型的局限,提出了等效电量函数理论。以此为基础,开发了大型电源规划软件包JASP1。经水电部比较论证,JASP1的功能和效率均优于当时国外通用软件WASP3。随后电力规划设计总院向全国各大区电力设计院推广该软件,使我国电力系统规划达到了国际先进水平。以JASP1为工具,其课题组对三峡工程的电力系统进行了论证,所取得的数据和结论是向国务院提交的“三峡系统动能经济论证报告的主要依据。研究成果获1987年国家教委科技进步一等奖。
在可靠性评估理论方面,提出了状态空间分析中的增量频率概念和可靠性分析中元件串并联递归卷积公式,大大简化了马尔柯夫状态转移过程的繁杂分析并建立了分析发电系统可靠性的统一模型与理论;在电站主系统可靠性分析中建立了网络法和状态空间法相结合的理论和算法,充分发挥了两者的优点。在IEEE Transactions上发表了系列论文并被大量引用。
在上述研究成果的基础上,编著了我国该领域的第一部专著电力系统优化规划》 (水利电力出版社),获1992年全国优秀电力科技图书一等奖。其后主编的英文专著《Modern Power System Planning》(McGraw-Hill出版社)在国际上产生了广泛的影响,被国外12所大学指定为研究生教材。成果获1999年教育部科技进步一等奖和国家自然科学四等奖。应用以上理论成果完成了三峡、溪洛渡等10大型水电站和天荒坪等12个抽水蓄能电站的主系统可靠性论证;华中与华东、西北与川渝等5项大区联网工程的效益论证;华东、华北等8个大型电网发电系统的可靠性评估;我国发电系统可靠性指标的优化研究;西北750kV网架优化评估等等。获教育部2002年科技进步奖二等奖、陕西省2007年科技进步一等奖。
由于在电力系统规划和电力教育方面的杰出贡献和广泛影响,王锡凡教授2008年当选为IEEE Fellow。

       三、新型输电方式
       如何提高线路输电能力一直是电力系统学科的研究焦点。近来由于线路占地和环保问题使该项研究倍受各国重视。
       王锡凡教授于1994年在东京国际会议上首次提出了分频输电方式,随后对分频输电涉及的关键问题开展了系统的研究。该输电方式的基本原理是:在输电时采用1/3工频,输电完成后再将频率转换为工频。这样可使输电电气距离缩短为1/3,从而使输电能力提高3倍。分频输电是有别于工频交流输电和直流输电的新型输电方式。在一定的应用条件下,分频输电的经济技术性指标优于其它两种方式。例如,与直流相比,由于利用了水轮机、风轮机的低转速原动机特性而减少了将频率变为零的整流换流站,从而在经济性上占优。目前已在基本理论、数字仿真方面发表国内外期刊论文30余篇。2005年完成了分频系统向工频系统输电的实验室物理验证。实验模拟了一条1200km500kV的线路,采用分频输电方式成功地输送了2000MW的电力(工频下该输电线路的理论输送极限约为800MW)。教育部对该实验的鉴定结论为:研究成果处于国际领先水平。2007年,科学院技术科学部电网分频输电的技术经济分析咨询研究组以苗家坝水电站送出工程为背景对分频输电方式进行了全面的技术经济比较。结果表明,分频比工频输电方案节省投资约15%。有鉴于此,科学院向国务院提交了《电网分频输电的技术经济分析与建议》报告,建议国家设立相关研究项目,条件具备时采用分频输电进行风电接入系统的工业试验。
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