科技创新研究中心新型电力系统关键装备研究中心

研究中心

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  曾 嵘

  中心首席科学家

  清华大学电机系教授、博导，国家杰出青年科学基金获得者、教育部新世纪优秀人才、教育部长江学者特聘教授、国家级人才计划科技创新领军人才。长期从事交直流电力系统电磁暂态及其防护、直流电网关键装备与电力电子器件等领域的基础科学及关键技术研究。

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  赵争鸣

  中心首席科学家

  清华大学电机系教授、博导，清华大学电磁实验中心主任，中国电工技术学会常务理事和电力电子学会副理事长。长期从事大功率高压电力电子技术、光伏并网发电及其应用、电机及其控制和无线电能传输等领域研究。

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  余占清

  中心主任

  清华大学电机系副教授、博导、国家优秀青年科学基金项目获得者；主要从事直流电网及断路器、电力系统新型传感技术等领域的研究和教学工作。

下属研究所

01

大容量电力电子与新型电力传输研究所

研究所聚焦于大容量电力电子技术基础理论、面向能源互联网的电能路由器、大功率无线电能传输三个方向的研究，在电力电子快速仿真技术和电能路由器研制方面获得重大突破，开发了首款国产电力电子仿真软件DSIM，研制了中压MW级和低压50kW级多端口电能路由器。

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02

输配电设备综合仿真及智能运维研究所

研究所致力于输配电设备创新技术及智能化的科研与产业化开发。主要研究领域包括：输配电线路全设备场景综合仿真，先进输配电设备及配套技术，输配电线路数字化及智能运维、保护等。

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03

能源消费智能化研究所

研究所聚焦双碳目标下的能源消费侧智能化转型趋势，研究高效、低碳、柔性的能源消费转型关键技术，开展热泵、充电桩等关键用能装备特性建模与仿真、用能行为分析及关键用能装备优化运行策略研究，研制关键用能装备管理控制终端与调控系统，策划城市/园区能源消费结构转型与双碳发展示范，以能源绿色转型助推经济社会绿色高质量发展。

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04

光储直柔应用技术研究所

研究所广泛汇聚系统应用创新人才，聚焦工业微电网的新能源多元高效利用、电动化交通与规模化车网互动两大研究领域，致力于实现工业、交通两大场景的节能降碳和产业高质量发展，提供从战略研究到创新示范的规划咨询服务、工程技术服务和系统创新解决方案，助力合作伙伴拓展新业务、培育新产业。

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05

能源传感及通讯研究所

研究所专注于能源互联网微型传感器件及装置的研发，致力为能源设备制造商及网络运营商提供可靠的数据资源，为系统泛在感知及故障定位、设备数字化诊断及智能运维提供整体解决方案，为能源互联网提供全面、有效、实时、创新的信息支撑，实现能源互联网能量流、信息流和业务流的深度融合、感知与调控。

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06

直流研究所

研究所依托清华大学电机系优势科研力量组建了兼具高水平学术研究能力、前瞻性技术创新能力、实用化产业发展能力的研究团队，围绕器件、装备和系统三个层面开展理论研究、技术攻关和工程建设，致力于成为直流电网的核心理念传播者、理论技术引领者、标准与应用实践者，解决以新能源为主体的新型电力系统难题，助力“双碳”目标实现。

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核心技术/产品

大容量功率半导体器件及直流电网关键装备技术

• 研制出系列化的新一代直流电网用大功率半导体器件IGCT，具有更高功率等级、更低损耗、更大关断电流、更高可靠性，多个性能指标世界领先，大幅降低成本，实现核心器件国产化

• 突破基于IGCT-Plus器件的MMC柔性直流换流阀、直流变压器、STATCOM集成储能、直流耗能装置、大容量变流器、抵御换相失败LCC、制氢电源技术等大容量功率变换技术

• 首创耦合负压型混合式直流断路器和多端口直流断路器，率先开发出国内外涵盖范围广、高中低压系列化的直流断路器产品

研发产品：IGCT-Plus器件

具有黑启动功能、本征安全的抗爆和失效短路特性，支持定制化，具有大容量、高可靠、低成本的优势，实现核心器件国产化

研发产品：基于全IGCT的MMC换流阀

成功研发世界首台柔性直流输电用全IGCT-MMC换流阀，具有低成本、低损耗、本征安全特性等优势

研发产品：535KV直流断路器

世界电压电流等级最高、开断能力最强的高压直流断路器，已用于张北超高压柔直电网工程

研发产品：混合换相换流器HCC

世界首台混合换相换流器，突破百级器件串联均压和高可靠控制保护关键技术，消除常规直流输电换相失败的风险

*研发团队：直流研究所

微型传感芯片、智能传感器件及能源数字化技术

• 攻克了环境微能量持续收集、非接触感知、边缘智能识别和装备共形共融等关键技术难题

• 相关成果成功应用于电网监测和智能电力装备

研发产品：智能金具微传感线路状态感知平台

集成多种传感器，通过线路侧、通道侧多参量监测分析实现输配电线路状态的实时评估、预测、故障及风险预警

研发产品：数字开关柜泛在感知及管理系统

基于新型传感技术，通过多维信息的动态采集，实现开关柜运行监测、故障预警及诊断、安全供电及故障快速恢复等智能运维管理

研发产品：数字化代运维及能源托管服务

通过各型微型传感器完成电网在线测量，应用于电站、线路、配电房、设备等关键节点，实现电能质量、设备状态、线缆故障在线监测

研发产品：精细化智能负荷检测系统

综合运用信息采集、物联网通讯等相关技术，为能效管理、分项计量、负荷识别、节能管理等提供简捷、精细、可靠的解决方案

*研发团队：能源传感及通讯研究所

风光氢储一体化规划设计、运行控制解决方案

• 十万千瓦级以上可再生能源就地高效利用的“源荷互动”的关键技术

• 新能源制氢的高灵活性电源系统设计与分层控制解决方案

• 新能源与涉氢化工园区耦合的新型电力电子装备

研发产品：风光氢储一体化运行仿真及优化设计工具

工具集成了大量绿氢应用的关键装备、风光资源、典型场景应用架构等数据集，通过对风光氢储一体化工程的边界配置，结合装备特性、运行控制策略，计算风光氢储一体化工程经济性最优的配置方案。实现工程项目配置方案优化设计，准确评估并提升项目实际运行的经济性

研发产品：风光氢储一体化能量管理系统（EMS）

评估制氢系统、储氢系统等柔性负荷的动态响应能力，采集分析风光预测及实时数据，通过风光出力实时调节、制氢负荷实时调节，实现风光出力、制氢工厂负荷、电网的能量实时平衡，满足风光最大消纳或下游生产要求，提高工程运行的经济性和可靠性

*研发团队：光储直柔应用技术研究所

园区低碳综合能源规划设计技术

• 参数化能源-环境规划系统模型（Parametric Energy-Environment Planning System，PEEP）

• 以经济性与碳排放为目标的设备容量配置与逐时运行状态优化算法，采用三层仿真架构，支持组件动态扩展与多维敏感性分析

• 基于电力大数据的能源消费结构推算及其在电气化潜力挖掘、碳排放计量当中的应用

研发产品：碳见CarbonInsightm平台

预测区域中长期碳排放，规划制定针对性减排目标，通过调整“减排工具箱”提供的举措时序与强度，规划区域减排路径，进行技术经济性评价

研发产品：碳规Carbon Design™平台

面向负荷及减排需求，深度分析能源供需、精确进行双碳新能源项目策划的规划投资决策辅助系统。可加载全国地市级风光资源与能源价格数据，提供超过20类组件搭建低碳综合能源系统模型，实现8760小时计及冷热电氢多能耦合的综合能源系统容量优化与运行优化，较传统基于EXCEL的方式至少节约30%的时间

研发产品：碳测Carbon Monitoring™平台

碳测致力于实现碳排放从源头到终端的一体化管理，包括用能对象或工艺环节的能效碳效评估及电碳耦合计量，可应用于各种类型的用能单位，包括单体建筑、综合园区、工业用户等

*研发团队：能源消费智能化研究所

先进输配电设备及技术

• 充分理解现有输配电网络设备体系的短板和不足，准确捕捉输配电设备研发领域的新动态及新需求

• 依托研究所在高电压外绝缘、线路监测及铁磁设备（如铁芯式变压器、电抗器）等领域的科研经验，聚焦于先进、智能铁磁设备，新型线路感知测量及其辅助系统，新型线路外绝缘设备等

  
  

研发产品：配电网连续有载调压器

通过磁场控制方式实现变压器连续有载调压，可对传统机械分接头调压器升级替代，充分满足光伏、风电接入电网而产生的频繁调压动作需求，有效改善清洁能源大量接入时配电网的电压调节指标和可靠性，减少“弃光”、“弃风”现象

研发产品：硬质复合绝缘子

采用耐候型环氧树脂作为伞裙和芯棒护套材料，具备优良的抗紫外老化和耐受复杂气候环境等特性，能够有效防止芯棒脆断和老化；产品设计轻巧，韧性强，具备优秀的抗热冲击能力以及防污闪性能，提供针对冰闪、雨闪等极端天气的特殊伞形设计；坚硬材质能够有效抗动物啃啄和风沙磨损；伞裙的可踩踏设计减轻了巡检维护工作强度

盘形悬式

棒形悬式

研发产品：多级磁耦合无线取能系统

以高效无线磁谐振耦合传输方式为安装于杆塔上的传感器、数据集中器、摄像头等用电节点提供可靠供电。通过将线圈系统一体化绝缘封装，形成现场实用可靠的产品级系统，保障无线功率传输能力的同时，满足绝缘性能和机械强度的要求

*研发团队：输配电设备综合仿真及智能运维研究所

大容量电力电子与新型电力传输关键技术

• 提出离散状态事件驱动（Discrete State Event-Driven, DSED）仿真技术，大幅降低计算冗余，相同精度下仿真速度平均提高两个数量级，破解了纳秒级开关瞬态仿真发散难题，实现电力电子设备仿真、研制工具国产化

• 研制出共高频大容量多端口电能路由设备，具有模块化、低损耗、高可靠特点，采用大容量宽禁带器件和驱动主动控制技术，降低半导体开关器件开关损耗，大幅提升设备功率密度和运行效率

• 实现多端口能量平衡控制及电能路由技术，平衡不同时间尺度下的能量冲突，降低能量波动，减小储能元件的体积和重量，提高变换器的整体功率密度

研发产品：兆瓦级中压电能路由器

具有多端口、多级联、多流向、多形态等特征，为分布式新能源的广泛接入、配网变电站/台区的柔性互联、多种运行场景的灵活转换提供支撑设备，为不同类型用户提供多样性的高效电能管理解决方案

研发产品：大功率高效率无线电能传输装置

在电动汽车领域，研发了 3.3～30kW 多套无线充电装置，系统效率可达 95% 以上；在轨道交通领域，研发了350kW轨道交通非接触供电系统，在宽功率范围内效率大于94％

*研发团队：大容量电力电子与新型电力传输研究所

咨询工作

应用案例

• 直流技术研究成果已在张北直流电网、珠海三端直流配网、东莞交直流混合配网、苏州中低压直流配网等重大工程中得到应用

  
  图：张北±500KV柔性直流输电示范工程  
  

  
  图：珠海“互联网+”智慧能源示范工程
  

  
  图：东莞交直流混合配网工程

• 国际首套输电线路全景智能监测系统在云南香格里拉成功投运

  • 采用集成化、智能化、自供电的技术方案

  • 成功实现输电线路运行状态、绝缘特性以及外部灾害气候的实时评估

  • 实现缺陷与故障风险的及时预警及精确定位

  
  图：央视直播系统投运过程
  
  

• 适用于可再生能源系统的交直流混合多端口10kV/2MW电能路由器示范项目

  • 依托国家重点研发计划“智能电网技术与装置”项目

  • 研制的MW级电能路由器应用于“高比例可再生能源占比和高直流负荷占比”为特征的广东东莞示范项目中

  • 通过中国电机工程协会科技成果鉴定、中国机械工业联合会新产品技术鉴定

  • 相关成果获得中国机械工程学会“机械工业科学技术奖一等奖”