先进电磁材料及系统研究中心-课件.pptx

1、先进电磁材料及系统研究中心Advanced EM Materials&Systems Research Center 2014.12.052022-8-11何 金 良清华大学电机系高压研究所2022-8-12设备层面：采用各种材料，实现安全可靠、经济高效、环境友好目标30%左右的系统故障是由设备故障引起的2022-8-13运行层面：运行层面：通过先进的传感和量测技术,为智能电网的控制决策提供信息支撑,实现安全、经济、智能运行目标源及负荷的类型源及负荷的类型更多、分布更广更多、分布更广2022-8-14传统调度运行传统调度运行EMS/DMS/SCADAEMS/DMS/SCADA(IUPQF)(I

2、UPQF)系统故障辨识系统故障辨识新能源参数辨识新能源参数辨识用户用电能效辨识用户用电能效辨识智 能 电 网计量自动化计量自动化(AMI/(AMI/智能电表智能电表)设备在线监测设备在线监测故障录波故障录波电网广域监测电网广域监测WAMS/PMUWAMS/PMU智能智能电网实质电网实质:实现实现能量能量流和信息流的深度流和信息流的深度融合融合电力大数据业务创新电力信息呈现爆炸性增长趋势,为基于电力大数据挖掘的电网业务创新和价值发现电网业务创新和价值发现提供了坚实的数据基础2022-8-15未来能源系统：未来能源系统：亟待新材料带来革命性的变革亟待新材料带来革命性的变革n直流电网：直流电网：发输

3、配用全直流发输配用全直流n大容量储能系统：大容量储能系统：实现发电、用电的时间分离实现发电、用电的时间分离n超导电力系统超导电力系统2022-8-16研究各种新材料体系，研究各种新材料体系，调调控控材料材料不同特性，为能源不同特性，为能源系统重要装备提供关键材料支撑系统重要装备提供关键材料支撑研究多场作用下材料的服役特性，构建关键材料的研究多场作用下材料的服役特性，构建关键材料的寿命预测理论及寿命预测理论及方法方法研究研究多物理量传感器多物理量传感器材料，构建电网全景信息监测材料，构建电网全景信息监测系统网络，实现系统网络，实现设备自设备自诊断，电网诊断，电网故障快速故障快速定位及定位及反应，

4、反应，以及电网的实时以及电网的实时动态安全分析和安全预警动态安全分析和安全预警探索大容量的能量储能材料，构建面向未来的全新探索大容量的能量储能材料，构建面向未来的全新能源系统能源系统2022-8-17纳米绝缘材料及结构纳米绝缘材料及结构功能材料功能材料材料服役特性及预测材料服役特性及预测传感技术传感技术大容量储能技术大容量储能技术2022-8-18纳米绝缘材料及结构纳米绝缘材料及结构近期：直流近期：直流输电管道输电管道/GIS的内绝缘，直流电缆的内绝缘，直流电缆气固界面电荷特性及环境友好气体固体绝缘空间电荷特性固体绝缘自适应介电调控固体绝缘电场热场调控微放电自愈性调控长期故障演变及老化2022

5、-8-19纳米绝缘材料及结构纳米绝缘材料及结构近期：直流近期：直流输电管道输电管道/GIS的内绝缘，直流电缆的内绝缘，直流电缆n构建构建介电特性、介电特性、热特性热特性、自愈性、环境友好特性、自愈性、环境友好特性等等多性能协同调控的多性能协同调控的纳米电介质纳米电介质理论及方法理论及方法n形成形成绿色环保的纳米复合聚绿色环保的纳米复合聚丙丙烯类电缆绝缘材料烯类电缆绝缘材料体系体系n形成环境友好形成环境友好的管道输电的管道输电系统系统/GIS系统系统n成果的延伸成果的延伸：为超特高压：为超特高压直流套管直流套管提供提供支撑支撑2022-8-110功能材料功能材料在高梯度、低残压压敏电阻上取得突破

6、在高梯度、低残压压敏电阻上取得突破n梯度稳定达到梯度稳定达到400V/mm(目前国内产品目前国内产品200V/mm），），实现实现GIS避雷器的避雷器的小型化，显著降低造价小型化，显著降低造价n非线性系数降低非线性系数降低1015%，实现深度限制电力系统实现深度限制电力系统过电压，降低设备绝缘水平和制造瓶颈，带来绝缘过电压，降低设备绝缘水平和制造瓶颈，带来绝缘配合的第三次改变配合的第三次改变lnUlnI普通普通ZnO压敏电阻压敏电阻低残压低残压ZnO压敏电阻压敏电阻2022-8-111材料服役特性及预测材料服役特性及预测近期：材料的寿命周期特性，破坏及寿命预近期：材料的寿命周期特性，破坏及寿命

7、预测理论和方法测理论和方法n从分子层面研究材料的老化过程及机理，摆脱目前从分子层面研究材料的老化过程及机理，摆脱目前基于宏观外特性的研究思路基于宏观外特性的研究思路n基于基于分子模拟及密度泛函理论分子模拟及密度泛函理论，从分子层面模拟材，从分子层面模拟材料的破坏及老化过程，摆脱目前加速老化试验预测料的破坏及老化过程，摆脱目前加速老化试验预测寿命的思路寿命的思路2022-8-112材料服役特性及预测材料服役特性及预测 Amount of Physical Detail Cost of CalculationHEDensity Functional TheoryMolecular Dynamics

8、QSPR&Statistical Learning Quantum Mechanics&Correlated Methods23 atoms10 ps,100 atoms1s,100k atoms2022-8-113传感技术传感技术近期：近期：0-1GHz电流传感器及网络电流传感器及网络项目：海外合作基金项目：海外合作基金传感芯片:0.50.4cm2集成电路:10.5mm2磁阻单元:220um2巨磁阻材料:120nm2 研究尺度:nm级级um级mm级cm级dm级级SOC(片上系统)集成微型化2022-8-114 基于逆磁电效应的基于逆磁电效应的宽频宽频电压测量技术和器件电压测量技术和器件n 通

9、过在特殊的逆磁电效应层合材料，将电场转换成被测磁场，集成于巨磁阻传感器，实现宽频瞬态电流和电压的统一测量传感技术传感技术近期：近期：0-1GHz电流传感器及网络电流传感器及网络项目：海外合作基金项目：海外合作基金2022-8-115能量流信息流传感网络控制网络基于电力大数据挖掘带来的电网运行管理及业务模式创新，将产生巨大的经济和社会效益智能电网基石:实现广域、分布式、实时、全景电力信息采集的传感装置及网络电网运行管理模式的巨大变革电网运行管理模式的巨大变革:p实现系统故障、新能源参数、用户用电能效辨识：提高电网可控性p挖掘连锁性大电网故障前兆，构建故挖掘连锁性大电网故障前兆，构建故障主动自愈障

10、主动自愈电网电网：提高电网安全性：提高电网安全性p探索大电网实时动态安全分析技术2022-8-116大容量储能技术大容量储能技术近期：整合各方面的研究成果，构建大容量近期：整合各方面的研究成果，构建大容量储能系统储能系统钠硫电池钠硫电池液流电池液流电池锂电池锂电池压缩空气压缩空气飞轮储能飞轮储能超导储能超导储能铅铅酸电池酸电池储储冰冰空调空调2022-8-117大容量储能技术大容量储能技术近期：整合各方面的研究成果，构建大容量近期：整合各方面的研究成果，构建大容量储能系统储能系统2022-8-118Advanced NAno-Structured TApeS for electrotechni

11、cal high power Insulating ApplicationsFP7-NMP-FP7 Cooperation-Research theme:Nanosciences,nanotechnologies,materials and new production technologies（2007-01-01 to 2013-12-31）34.75亿欧元Objective-to improve the competitiveness of European industry;-to generate knowledge and ensure transformation from a

12、resource-intensive to a knowledge-intensive industry;-to generate step changes in knowledge;-to implement decisive knowledge for new applications at the crossroads between different technologies and disciplines;-to benefit both new,high-tech industries and higher-value,knowledge-based traditional in

13、dustries,with a special focus on the appropriate dissemination of RTD results to SMEs;-to enable technologies which impact all industrial sectors and many other Seventh framework programme themes.2022-8-119NSF Industry&University Cooperative Research Center University of Illinois at Urbana Chaimpaign2022-8-120Tailoring the Future of Energy Systems!