电气工程与“西电东送”关键技术开发建设项目申报书

附件3-4：“211工程”三期重点学科建设项目可行性研究报告高等学校名称：广西大学建设项目名称：电气工程与“西电东送”关键技术开发项目所属一级领域：能源项目所属二级领域：能源科学项目基本信息简表建设项目名称电气工程与“西电东送”关键技术开发建设地点广西壮族自治区省（自治区、直辖市）南宁市西乡塘区（县）创新大规模交直流水火电力系统的最优化理论和计算技术，提高红水河流域梯级电站群的经济运行及节能调度能力，将最优潮流的在线计算技术应用于国内大型电力系统的在线最优潮流调度控制；提高广西电力系统的防雷水平，为“西电东送”提供保障；推动广西小水电、沿海风力发电及生物质能资源的利用；造就一支高水平的学术团队。本项目将开展如下研究：⑴电力系统最优经济运行，节能调度等方面的研究，涉及：梯级水电站群最优经济调度、在线最优潮流、水电能源高效利用等。⑵输电线路防雷技术的研究。⑶分布式发电技术及电能质量问题的研究。⑷新型并行计算模型，分布式并行调度算法,分布式并行算法；网格计算环境、算法研究。⑸柔性输电技术的研究。主要研究方向为：电力系统最优化理论及其计算技术、现代电力系统防雷技术、新能源发电技术。广西极具水力资源，是“西电东送”必经输电走廊，具有丰富的亚热带生物质能和沿海风力等新能源。项目将建成地域特色鲜明，产学研一体化的科技创新基地，为“西电东送”工程及广西的经济建设和社会发展做出重大贡献。要求：请勿改动表格格式，直接输入，严格限制字数。项目摘要广西具有丰富的水力资源，仅红水河流域就可开发10个大型梯级水电站。水电是广西的国民经济建设所需电力来源的主体，占50％左右，是国家“西电东送”战略的主要电源支撑点。同时，广西又地处强雷多雷地区，地理位置上是“西电东送”必经的输电走廊，提高广西电力系统的防雷水平，减少雷击故障跳闸率，对提高广西电网的安全稳定运行水平具有重要的意义。另一方面，广西具有丰富的亚热带生物质能和沿海风力资源等新能源，也极具大规模开发利用的价值。本项目是以电气工程学科为主体，针对复杂的交直流水火电力系统的安全、稳定、经济运行方面所涉及的最优化理论、动力系统理论、控制理论与信息技术等学科交叉问题，发挥学科互补的优势，促进电力工程领域科学研究与发展，同时带动学校相关学科的发展。项目将开展如下几方面的科学研究：⑴以大规模交直流水火电力系统为对象，应用现代最优化理论和计算技术，进行电力系统最优经济运行，节能优化调度等方面的研究，涉及：红水河流域等梯级水电站群最优经济调度、在线最优潮流、水电能源高效利用等方面。⑵输电线路防雷技术的研究，涉及：喷射混合气体灭弧防雷理论、输电线路绕击反击鉴别实时鉴别系统等研究。⑶分布式发电技术及无功支持、电压支持的研究。⑷新型并行计算模型，可分负载计算应用的分布式并行调度算法,可扩展的分布式并行算法；网格计算环境、算法及其性能优化的研究。⑸大规模互联电力系统柔性输电技术的研究。本项目将创新大规模交直流水火电力系统的最优化理论和计算技术，大幅度提高红水河流域梯级电站群的经济运行及节能调度能力；在强雷多雷地区的防雷技术方面取得新进展，提高广西电力系统的防雷水平；开展分布式发电技术的科学研究与应用研究，推动广西小水电、沿海风力发电及生物质能资源的利用。在大规模交直流水火电力系统最优潮流的在线计算技术取得重大突破，并应用于国内大型电力系统的在线优化调度控制。造就一支高水平的电力系统最优化技术学术团队。一、项目概况1．本项目依托的主干学科、相关学科主干学科：电气工程。相关学科：控制科学与工程、计算机科学与信息工程、应用数学。本项目是三期新增项目。二、项目建设目标（一）、项目建设意义与必要性广西具有丰富的水力资源，仅红水河流域就可开发10个大型梯级水电站。水电是广西的国民经济建设所需电力来源的主体，占50％左右，是国家“西电东送”战略的主要电源支撑点。同时，广西又地处强雷多雷地区，地理位置上是“西电东送”必经的输电走廊，提高广西电力系统的防雷水平，减少雷击故障跳闸率，对提高广西电网的安全稳定运行水平具有重要的意义。另一方面，广西具有丰富的亚热带生物质能和沿海风力资源等新能源，也极具大规模开发利用价值本学科群以电气工程学科为主体，与控制科学与工程、计算机科学与信息技术、应用数学等多学科协作、发挥学科互补的优势，形成研究团队。进行大规模交直流水火电力系统最优运行与节能调度、安全稳定与控制、互联电网柔性输电、高效节电运行与电能质量、新能源发电系统及电气节能技术的研究。进而将本项目的创新平台建设成为具有鲜明广西地域特色，产学研一体的科技创新基地。以期为广西电网、电力电子和电气装备制造等相关行业的科技攻关、技术支持和人才培养做出重大贡献。（二）项目建设目标1．创新大规模交直流水火电力系统的最优化理论和计算技术，大幅度提高红水河流域梯级电站群的经济运行及节能调度能力；在强雷多雷地区的防雷技术方面取得新进展，较大提高广西电力系统的防雷水平，减少雷击故障跳闸率；开展分布式发电技术的科学研究与应用研究，推动广西小水电、沿海风力发电及生物质能资源的利用。2．在大规模交直流水火电力系统最优潮流的在线计算技术取得重大突破，并应用于国内大型电力系统的在线最优潮流调度控制。3．造就一支高水平的电力系统最优化技术学术团队，力争建成电力系统及其自动化国家重点学科，将本学科实验室建设成为高水平的大规模交直流水火电力系统最优安全节能经济调度、电力系统安全稳定控制、电力电子技术的研究开发和学科高层次人才培养重要基地。（三）、国内外研究现状和发展趋势分析在电气工程研究领域，目前，国内外在致力于结合能源发展需求，探索电能转换、传输、应用的高效、灵活、安全、可靠和环境友好的理论与方法。在电力系统最优化领域，国外美国、日本、加拿大等发达国家处于领先水平。他们投入了大量的人力、物力，对大规模水火电力系统最优安全经济运行等问题进行了大量的理论研究，取得了一批有价值的研究成果，目前已经接近达到在线应用水平。这一领域的领军人物是加拿大UniversityofWaterloo的V.H.Quintana教授和美国IllinoisInstituteofTechnology,Chicago的MohammadShahidehpour教授等人。他们的研究方向代表了当今这一领域的发展趋向。国内清华大学、哈尔滨工业大学等是较早从事电力系统最优化研究的学校，具有较高的研究水平。广西大学从80年代初开始进入这一领域，随着一批海外学者学成归来，在现代内点最优化理论及最优潮流研究方面取得了进展。近年来在IEEETransactionsonPowerSystems刊物上连续发表了6篇相关文章，引起了国内外同行的关注，是电力系统最优化领域一支有为的生力军。（四）、国家（行业、区域）需求分析本项目研究内容符合《国家中长期科学和技术发展规划纲要(202020年)》重点领域中“流程工业的绿色化、自动化及装备”计划、前沿技术中“先进能源技术”计划、基础研究中“面向国家重大战略需求的基础研究”之“能源可持续发展中的关键科学问题”计划要求。本项目研究内容符合《广西壮族自治区中长期科学和技术发展规划纲要》重点领域的“可再生能源和新能源开发利用”、“节能与能源高效利用”、“新型电子信息产品及关键技术”、“水资源可持续利用”计划要求。本项目研究内容符合《广西壮族自治区科技发展“十一五”规划》主要任务中的计划要求。三、项目建设任务本项目是以电气工程学科为主体，针对大规模交直流水火电力系统最优安全经济运行方面所涉及的现代最优化理论、动力系统理论、控制理论与计算技术等学科交叉问题，与控制科学与工程、计算机科学与信息技术、应用数学等多学科协作、发挥学科互补的优势，促进电力领域科学研究与发展，同时带动学校相关学科的发展。项目将开展如下方面的科学研究：⑴以大规模交直流水火电力系统为对象，应用现代最优化理论和计算技术，进行电力系统最优经济运行，节能调度等方面的研究，涉及：红水河流域梯级水电站群最优经济调度、在线最优潮流、水电能源高效利用等方面。⑵输电线路防雷技术的研究，涉及：喷射混合气体灭弧防雷理论、输电线路绕击反击鉴别实时鉴别系统等研究。⑶分布式发电技术及电能质量问题的研究。⑷新型并行计算模型，可分负载计算应用的分布式并行调度算法,可扩展的分布式并行算法；网格计算环境、算法及其性能优化的研究。⑸大规模互联电力系统柔性输电技术的研究。（一）主要研究方向（限3个以内）本项目的主要研究方向包括：电力系统最优化理论及其计算技术、现代电力系统防雷技术、新能源发电技术。1．电力系统最优化理论及其计算技术研究方向学术带头人：韦化教授，54岁，日本国立广岛大学工学博士，博士生导师。广西高校首届教学名师，广西高校跨世纪人才，广西“十百千”人才工程第二层次人选。发表学术论文90余篇。先后承担国家自然科学基金2项、国家高校博士学科点专项科研基金1项、广西自然科学基金及广西电网公司等科技项目20余项。广西壮族自治区因其红水河流域丰富的水电资源，而成为不可替代的“西电东送”的电源支撑点。然而，如何调度好这些水电资源，达到节能调度，实现“节能减排”、“零弃水”的调度目标，则是一个非常复杂的组合最优化问题。理论上，是一个大规模、多时段，边界约束、离散、非线性的动态复杂系统最优化问题，具有很高的学术研究价值，同时，能够带来巨大经济效益。本研究方向为现代最优化理论及其在电力系统的应用，涉及：水火电力系统最优潮流、在线最优潮流、满足互联电网CPS新标准的AGC控制、水火电力系统电压稳定、并行与分布计算技术等。同时还开展如下方面的研究：⑴应用最优化理论、专家系统理论和现代计算技术，对电力系统的运行、规划等诸多方面进行研究。⑵红水河梯级水电站群最优经济调度、水电资源高效利用和优化研究。⑶大规模互联电力系统柔性输电技术的研究。这些研究内容都是学科发展及电力行业急需解决的关键问题。2．电力系统防雷技术研究方向学术带头人：王巨丰教授，52岁，博士，博导。国家电网公司武汉高电压试验研究院“电网防雷技术”专家委员会委员，广西区党委统战部“专家百人团”工程组组长，承担广西自然科学基金及广西电网公司等科技项目20余项。研究领域：现代防雷接地技术。广西是强雷多雷地区，平均雷暴日达120天/年。同时，广西地理位置上又是“西电东送”必经的输电走廊，有500kV交流输电线路3条，500kV直流输电线路2条在广西境内，线路长度总计达8,014km。220kV、110kV、35kV的输电线路总长度达49,213km。输电线路雷击事故高发，雷击平均跳闸率超标5倍以上，雷击事故严重制约了输电的可靠性，影响了“西电东送”战略的实施。本方向主要研究：山区输电线路的雷击机理及防护方法、喷射混合气体灭弧防雷理论、输电线路绕击、反击鉴别实时鉴别系统、雷电参数测量、防雷接地等，以期大幅度提高电力系统输电的可靠性。另，本研究的大部分成果，均可转化为产品，为国民经济建设服务。3．新能源发电技术研究方向学术带头人：卢子广教授，45岁，博士，博导。主要开展电机、电力电子系统及控制等领域的研究。先后主持或参加完成国家级项目3项，省部级项目7项，在国内外核心期刊发表论文数十篇。广西的小水电、沿海风力发电和生物质能资源丰富，极具大规模开发利用价值。本方向主要研究广西地区的分布式发电（DG）技术，具体包括：=1\*GB2⑴高效能小水电异步发电、变速恒频风力发电等可再生能源发电技术；=2\*GB2⑵DG接入公共电网带来电压波动、电压闪变以及频率波动等电能质量问题；=3\*GB2⑶基于飞轮、超级电容等储能设备的无功支持、电压调节的潮流控制及系统运行稳定性；=4\*GB2⑷DG混合联网供电系统各组件建模、调度及无线传感器测控技术。（二）管理体制和运行机制创新根据学校的学科建设规划和要求，组织和协调本学科各学术团队和研究方向队伍制定建设计划，落实建设目标与任务。各研究方向带头人，制定相应的研究计划和预期的科研成果任务，组织该方向的科研工作。组织各学术团队的沟通与交流，促进各团队间的合作攻关，通过团队的科研工作培养人才，带动队伍建设。协调大型仪器设备的管理与使用。（三）本项目在师资队伍建设、创新人才培养等方面的计划和基本措施。本学科的相关学院积极配合，积极引进学术带头人和学术骨干。通过团队的科研工作培养人才，带动队伍建设。（四）本项目主干学科和相关学科现状分析1．本项目实施已具备的工作条件自治区高校重点学科：电气工程、控制理论与控制工程、计算机科学与信息工程。自治区高校重点实验室：电力系统仿真与过电压实验室、并行分布式计算技术实验室。主要设备：电力系统实时仿真系统(RTDS)、150kA冲击电流发生器。仪器设备资产2000万元。2．本项目主干学科和相关学科师资队伍基础本项目学科带头人为：韦化教授。本学科队伍学科专业主要包括：电气工程、控制理论与控制工程、计算机科学与技术、数学等。现有在职教学科研人员78人，平均年龄38.5岁，其中正高职称32人，副高职称24人；博士生导师7名，硕士生导师45名；博士学位获得者31人；国务院特贴专家3人，国家有突出贡献的中青年专家2人，国家“百千万人才工程”第一、二层次人选3人，广西高校教学名师1人，广西“新世纪十百千人才工程”第二层次人选4人，广西高校跨世纪人才1人，广西高校百名中青年学科带头人资助计划人选3人。学科队伍的学历层次高、年龄结构合理、专业涵盖范围广，可适应现代学科发展的需要。具体年龄分布如下：正高--5196232副高31452--24中级513------18其他4--------4合计12322473783．本项目主干学科领域近五年承担的国家重大项目，已取得的成果或其他具有重大影响的成果。分析这些工作和取得的成果对实施本项目的意义及关联、衔接或支撑作用。近五年承担国家863计划项目1项，国家自然科学基金项目9项。近五年的获广西科技进步奖10项。近年来，在国家基金项目的支持下，一直在进行现代内点最优化理论及在电力系统的应用研究，解决了非线性大规模电力系统优化计算中的收敛性和快速计算的难题。在现代计算技术，例如，分布式计算、并行计算等方面研究，也取得了一批重要的研究成果，为解决大规模的交直流水火电力系统的动态最优化问题，奠定了基础。同时，研究由不同途径或方式构造搜索方向的快速算法及其新技术，也将为较好地解决电力系统的优化问题打下基础。在应用方面，结合国家863项目，着重解决红水河梯级水电站群水电资源优化利用和统一联合发电调度问题，为政府制定切实有效的水电能源利用策略提供科学依据，优化华南地区电源结构和电网结构，促进广西和贵州少数民族地区经济和社会的全面发展。在电力系统稳定与控制持续推进方面，将针对互联电力系统地域宽广，设备众多、运行变量的变化快的广域测量与控制问题，深入研究时滞对系统性能的影响、时滞及广域控制器的设计方法。引进拓扑不变量的分析思想对电力系统混沌特征进行研究；研究熵原理及其在电力系统可靠性中的应用。在电力系统高效节电运行与电能质量、新型发电技术研究领域，近年来，主干学科承担了直接功率控制的研究等国家项目及电力电子及其控制方法和技术开发工作。将促进本项目将进行的风力发电与小水电结合、生物质能发电等新能源发电系统的研究。促进在用电技术研究领域开展电气节能技术的研究。（五）本项目主要建设内容与国内外相比的特色和取得重大突破的可行性分析。本项目中电气工程学科，目前已形成了一支较高水平的学术队伍，电力系统最优潮流研究方向在国内外有一定的影响。项目中的计算机科学与技术、控制科学与工程学科、应用数学学科起辅助作用。项目以电气工程学科为主体，其主要研究特色之一为：大规模水火电力系统最优安全节能经济调度；特色之二为：喷射混合气体灭弧防雷理论和装置。这些研究充分结合了广西电网水电比重大和输电线路雷击故障频发的实际，是制约本地区经济发展所特有的和亟待解决的研究课题。另一方面，针对大规模水火电力系统安全经济运行方面所涉及的最优化理论、动力系统理论、控制理论与高效计算技术等学科交叉问题，与控制科学、计算机学科、应用数学等学科的协作，发挥学科互补的优势，使各相关学科协调发展，形成团队力量，以大幅度提升在电气工程领域的研究能力，进而极大地提高学科承担重大研究项目的能力。我们相信：多学科协作、充分发挥学科交叉互补的优势，形成团队，我们设的预期研究目标就能够达到，产生出期待的研究成果。四、项目建设内容及资金来源1、项目建设内容基地建设：对电力系统仿真与过电压实验室和并行分布式计算技术实验室，完善其分布式计算、网格计算和并行计算的先进研究平台。针对互联大电力系统安全运行、控制和保护及其信息技术的研究需要，建设现代电力系统安全与控制实验室。完善梯级水电站群水电能源利用优化与联合发电调度实验平台，完善现代防雷技术实验平台。需要购置的主要仪器设备：（1）电力系统监控与调度实验系统（500万元）该系统为微型的电力系统，一次设备为：8×5kW同步发电机组，12回交流输电线路，2回直流输电线路，12个变电站，20kW微型太阳能电站，5kW风力电站。二次设备含：各发电机组、变压器、线路、负荷的数据采集、传输系统，计算机监控系统。控制软件功能包括：日常运行数据分析统计、故障数据分析、电力系统基本控制、最优控制等。该实验系统属非标准的电力系统运行调度实验平台，采用功能设计、定制方式购置。（2）放电机理及冲击放电测试实验系统（300万元）该实验含大电流的冲击电流发生器、放电现象的高速摄影系统、冲击电流测试系统及数据分析系统等。主要用于新型防雷技术的研究与开发实验。（3）电力系统数字仿真实验平台（300万元）该系统主要针对电力系统分析大规模计算中的高速算法要求，由高速并行计算机系统、数据存储系统的组成，用于分布式计算、并行计算的理论与算法研究，推动电力系统分析计算理论、方法和工程应用的发展。队伍建设：引进学术带头人2人，学术骨干5人，特聘教授1-2人。在学科领域内，造就国内外有一定知名度的学者1-3名，在国内有影响的中青年学者2-4名。建立一支在国内有一定影响的结构合理的高水平学术队伍。创新人才培养：争取获得2～4博士点。每年培养博士后人员5人，博士生10人，硕士生200人，本科生800人。建立本、硕、博层次的创新型人才培养体系，承担大学生创新实验计划项目，力争获得1～2篇全国“百篇”优秀博士论文。科学研究：学科将开展如下方面的科学研究：⑴以大规模水火联合电力系统为对象，应用最优化理论、专家系统理论和现代软计算技术，对电力系统的运行、规划、建设等诸多方面进行研究。⑵红水河梯级水电站群经济调度、优化调度、联合发电、水电能源高效和优化的研究。⑶大规模互联电力系统柔性输电技术的研究。⑷分布式发电技术及电能质量问题的研究。⑸新型并行计算模型，可分负载计算应用的分布式并行调度算法,重要非数值计算应用的高效、可扩展的分布式并行算法；网格计算环境、算法及其性能优化的研究。2、项目总投资及筹措渠道项目总经费2300万元，其中中央专项资金投入600万元，自治区专项资金投入1300万元，学校自筹资金投入400万元。主要用途见下表：资金用途中央专项自治区专项学校自筹合计(万元)实验室改造费4014020200设备购置费4508002501500图书文献资料费308040150学术交流费508040170专著教材出版费105060创新人才培养基金2010050170企业产学研建设5050合计（万元）60013004002300我校“211工程”三期建设项目学校自筹配套资金4400万元，占投资总额的的14.66%。我校每年预算外资金收入约20000万元，我校承诺将利用学费收入等预算外资金完成项目的配套建设，保证“211工程”三期建设项目任务顺利完成。五、项目建设期限和实施进度安排根据项目建设周期，明确项目建设进度，安排分年度投资计划。本项目建设周期为5年。年度投资计划如下2007年，200万元，实验平台基本建设。2008年，500万元，主要是电力系统仿真与过电压实验室的电力系统监控与调度实验系统、现代用电技术实验平台建设。2009年，600万元，主要是现代防雷技术实验室的放电机理及冲击放电测试实验系统建设。2010年，600万元，主要是梯级水电站群水电能源利用优化与联合发电调度实验平台建设。2011年，400万元，主要是电力系统数字仿真实验平台和高速计算实验平台建设六、节能节水、污染排放与环境保护1、项目能耗水耗与节能节水措施本学科项目内容属电气、电子信息类实验，能耗小，基本不耗水。2、项目主要污染与环境保护措施本学科项目无污染现象，不对环境保护造成影响。七、招标方案1、具体招标方案根据《中华人民共和国政府采购法》的规定，本学科将按照《广西壮族自治区本级政府采购管理实施办法》组织实施，在设备采购上全部要求通过政府采购的方式，以委托公开招标形式进行。2、填写《招标基本情况表》并加盖学校公章。招标基本情况表招标范围招标组织形式招标方式不采用招标方式招标估算金额（万元）备注全部招标部分招标自行招标委托招标公开招标邀请招标勘察设计建筑工程安装工程监理设备√√√1500重要材料其他情况说明：按照有关规定所有拟采购设备都必须公开招标，所以招标估算金额为1500万元。建设单位（学校公章）二〇〇注：招标范围原则上按全部招标；招标组织形式原则上按委托招标；招标方式原则上按公开招标；原则外做法需另行说明。八、项目实施组织管理与运行学校“211工程”办公室组织专家组，对建设项目的年度建设目标、实施方案、经费预算、仪器设备购置、保障措施等进行论证评审，并给出论证评审意见。各子项目根据论证评审意见，确定或修订、调整年度建设计划。成立项目建设专家组，负责建设项目的组织领导和实施工作，包括建设项目可行性研究报告的编制、具体实施方案制订及实施过程中的检查督促等工作。成立项目建设工作组，根据学校的学科建设规划和要求，组织和协调本学科各学术团队和研究方向队伍制定建设计划，落实建设目标与任务。项目负责人根据学校的总体部署和要求，落实本单位建设项目的实施，协调大型仪器设备的采购与管理，保证“211工程”专项资金的合理使用，按时根据要求上报项目进展情况，配合学校的检查、验收，对项目的完成情况、建设效益、资金使用的合理性负责。各研究方向带头人，制定相应的研究计划和预期的科研成果任务，组织该方向的科研工作，组织各学术团队的沟通与交流，促进各团队间的合作攻关，通过团队的科研工作培养人才，带动队伍建设。九、预期建设成效（一）在解决国家（部门、地方）重大需求方面所发挥的主要作用本项目建设紧密结合了国家和地方的经济建设和社会发展的需要，结合“西电东送”工程及“节能减排”工程等重大需求，将在创新大规模交直流水火电力系统最优化理论和计算技术，提高红水河流域梯级电站群的经济运行及节能调度能力，提高广西电力系统防雷水平，提高“西电东送”保障能力，推动广西小水电、沿海风力发电及生物质能资源的利用方面作出突出贡献；并将最优潮流的在线计算技术应用于国内大型电力系统的在线最优潮流调度控制。为广西的相关行业的科技攻关、技术支持和人才培养做出重大贡献。（二）在促进学科发展方面所发挥的主要作用1.基地建设与实验条件建设对电力系统仿真与过电压实验室和并行分布式计算技术实验室，完善其分布式计算、网格计算和并行计算的先进研究平台。针对互联大电力系统安全运行、