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[成果] 1700520395 北京
TM7 应用技术 电力供应 公布年份:2018
成果简介:特高压±800kV直流输电技术是世界上电压等级最高、输送容量最大、送电距离最远、技术水平最先进的输电技术,是解决中国能源资源与电力负荷逆向分布问题、实施国家“西电东送”战略和电力跨区域大范围输送的核心技术。特高压±800kV直流输电技术为世界首创,在国家科技支撑计划、国家“973”计划、国家自然科学基金的支持下,科研、高校、设备制造等160多家单位联合攻关,攻克了特高电压、特大电流下的绝缘特性、电磁环境、设备研制、试验技术等世界级难题。2010年自主建成了云南-广东、向家坝-上海特高压±800kV直流输电示范工程,投运以来一直保持稳定可靠运行。该项目取得了一系列重大技术突破和创新。首次揭示了特高电压下的污秽外绝缘沿面放电机理,首创多因素多目标控制的外绝缘配置方法,提出了双12脉动阀组串联主接线型式,实现了800kV特高电压、复杂环境下的绝缘可靠配置;提出了极导线任意布置下同走廊多回线路离子流场计算方法,首创交、直流电磁环境叠加模拟试验方法,实现了工程技术方案最优与生态环境友好的和谐统一;首次成功研制世界上通流能力最大的换流阀,电压最高、容量最大的换流变压器等特高压直流成套设备;构建了完备的特高压直流试验技术体系,建立了国际领先的试验研究平台。特高压±800kV直流输电技术在设备参数、可靠性、损耗、占地、经济性等方面,与以往输电技术相比具有全面优势,创新成果处于国际领先水平,具有完全自主知识产权。获授权发明专利114件,形成国家标准54项,行业标准38项,出版著作32部,建立了世界首个特高压直流标准体系,推动国际电工委员会(IEC)成立了专门的直流输电技术委员会,秘书处设在中国,已发布国际标准4项,在编7项,极大提升了中国在国际电工标准领域的话语权。特高压直流工程满足了中国东、中部地区的用电需求,推动西部资源优势转化为经济优势,促进东西部地区协调发展,使西南水电、西北风电太阳能资源的集约开发和大范围消纳成为可能,为加速能源革命、实现能源绿色低碳发展、应对全球气候变化奠定了技术基础。已建成9回特高压直流工程,输送总容量6360万千瓦,年输送电量超过3000亿千瓦时,其中清洁能源占比超过80%,每年减少东中部地区煤炭消耗1.7亿吨,减少二氧化碳排放2.6亿吨,是“大气污染防治行动计划”的主要输电通道。后续规划建设11项工程,输送总容量约1亿千瓦。特高压直流技术研究和工程应用极大提升了中国电工装备制造的自主创新能力和国际竞争力,电工装备成为中国制造的“金色名片”。中国成功中标巴西美丽山水电送出±800kV直流一、二期项目,实现了中国特高压输电技术、标准、装备、工程总承包和运行管理全产业链、全价值链输出。特高压直流输电技术是国际上公认的中国领先世界的技术,是能源电力领域的重大创新,是世界电力工业发展史上的重要里程碑,实现了中国创造和中国引领,社会和经济效益特别显著,对加快中国能源转型升级,促进“一带一路”建设具有特别重大的意义。
[成果] 1700470130 北京
TM7 应用技术 结构性金属制品制造 公布年份:2017
成果简介:该成果属于输配电工程领域,涉及地基基础工程和软件工程专业。 杆塔基础是电网结构的重要组成部分,也是电网安全运行的基本保障。中国杆塔基础设计理论及方法源于前苏联,相关标准制定时中国输电线路最高电压等级尚发展到500kV,并且以常规地质地形条件为主。近年来,随着中国特(超)高压电网的快速发展,电压等级越来越高,线路走廊地质地形条件日趋复杂,传统的计算方法、工程技术方案以及设计手段已无法满足大荷载、复杂地质地形杆塔基础的设计需求,而对于大批量设计成果尚无有效的管理措施和手段,由此造成现有设计技术手段与快速发展的电网建设严重不均衡。为了满足以上电网发展的新需求,亟待开展大荷载、复杂地质地形条件下杆塔设计方法的理论研究,立足服务于杆塔基础技术规范的制(修)订,通过消化吸收现有技术,结合自主创新,进一步完善杆塔基础设计方法和技术,研制出与之匹配的软件系统。 该项目源于国家电网公司十一五重大科技项目《输变电工程地基基础关键技术研究框架》中的相关课题,是国内产学研结合历时10年自主开发拥有自主知识产权的科研成果,解决了理论研究和设计方法、技术标准、软件产品、工程推广应用等关键技术问题。该项目提出一套系统的原状土杆塔基础稳定性设计方法体系以及斜坡地形条件下的工程技术方案,解决了长期困扰和制约中国输电线路行业中原状土基础工程应用的理论和设计难题,相关成果已成功应用在2项行业标准和4项企业标准制(修)订中;创新性地提出以输电线路工程为对象的杆塔基础设计新理念,并研发出集杆塔基础选型设计与优化、多种型式成果输出以及设计成果管理于一体的软件系统。该软件产品于2011年通过鉴定,2012年正式市场化,已出售以国网北京经研院、华北电力设计院、北京院为代表的28家省级及以上设计单位,在国内电力设计院的设计软件市场占有率达到90%,创造经济效益千余万元。 该项目获软件著作权18项,制订标准6部,撰写专著1部,发表论文10余篇。以程予恕院士为代表的专家鉴定组认为“成果提升了杆塔基础的理论和设计水平,达到国际领先水平”。项目成果已在鲁家山垃圾焚烧发电厂110kV、海淀500kV等京区输电工程中得到应用,大大减少了材料成本和土方开挖,同原设计相比节省投资千余万元,同时保护了环境,为京津冀地区的雾霾治理和环境保护做出了贡献。该项成果的推广对提升中国杆塔基础理论研究水平、加快杆塔基础设计技术标准的发展以及科研成果的产品转化具有重要意义。
[成果] 1700600003 北京
TM4 应用技术 输配电及控制设备制造 公布年份:2017
成果简介:全国配电变压器年空载(轻载)损耗达1538亿千瓦时,直接经济损失超过750亿元。调容配电变压器是一种能根据负荷变化自动调节变压器容量大小,保持变压器始终处于较低损耗运行状态的新型节能配电变压器,能大幅度降低空载损耗。立项之初,有载调容配电变压器在国内外均属空白,迫切需要突破关键技术、研制实用化产品。 项目团队历时十年联合攻关,建立了配电变压器有载调容暂态过程等效电路和数学模型,提出了切换时间和过渡电阻等关键参数优化设计方法,解决了调容调压切换中过电流抑制的难题;提出了调容调压一体化开关触头组件共用转换优化配置、组合式永磁机构设计方法,突破了多端口串联、多级分压灭弧的有载调容调压关键技术,研制了立柱式和盘式两种调容调压一体化开关,解决了带载灭弧、切换速度慢等难题;发明了匹配最佳经济运行点的有载调容调压定值配置方法,提出了基于短期负荷预测的有载调容调压协调控制策略,研制了多功能有载调容调压控制器,解决了负荷变化带来的自动定值配置与综合协调控制难题。 项目在国内外率先突破了有载调容配电变压器关键技术,研发了有载调容配电变压器系列产品,制定了配套标准,实施工程应用,切实解决配电网负荷变化大带来的配电变压器空载损耗高的突出问题。 项目提出的配电变压器有载调容调压暂态模型、一体化开关优化设计方法、综合协调控制策略等属于国际首创,研发的有载调容调压配电变压器系列产品填补了国内外空白。项目成果通过了权威机构的检测、查新、验收,经鉴定达到国际领先水平。 有载调容调压配电变压器系列产品已广泛应用于北京、河南等20多个省(市、自治区)配电网中。近三年,实现降损节约电量1.04亿千瓦时,用户端电压合格率平均提升6.3个百分点,解决了200多万户“低电压”问题,取得了显著经济社会效益,得到中央电视台等媒体宣传报道。项目成果已列入《国家重点节能技术推广目录(2012)》和《国家电网公司重点推广新技术目录(2014)》,对推动电力工业技术进步具有重要作用。
[成果] 1700600057 北京
TK8 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:该项目以甘肃酒泉干河口地区某48M风电场为依托,以功率型储能(锂离子电池和超级电容)为对象,系统研究储能在风电场中的应用模式、接入方案、配置原则和控制策略,并进行工程示范。主要研究内容为:根据示范区域风电场历史出力和风速数据,研究了风电场出力时空相关性,建立风电场功率波动概率模型,结合风电场绝对功率控制、差额功率控制等模式,提出储能多时间尺度应用模式;分别以平抑风电场波动、跟踪计划出力、抑制爬坡速率、减少风电场弃风为目标,建立风电场电池储能容量配置方法,考虑储能元件充放电深度、循环寿命等特性的影响,提出储能系统的优化控制策略;提出超级电容储能提高双馈风电机组故障穿越能力和暂态支撑能力的控制策略,开发了300kW超级电容储能系统样机;根据示范风电场应用需求提出储能系统技术方案,开发储能系统控制软件,实现与风电场控制系统的嵌套。在示范风电场安装1套1MW/1MWh锂离子电池储能,以及3套300kW超级电容储能系统,验证功率型储能对提高风电场友好接入能力的作用。 该项目形成了一系列创新成果,申报发明专利8项、实用新型专利1项,申请软件著作权3项,发表EI/核心收录论文14篇,出版专著2部,发布行业标准1项、企业标准5项。应用该项目研究成果,示范风电场年增加发电量约432万度,年平均增加社会产值约1805万元。增加的发电量部分,相当于每年节约标准煤1447吨,减少二氧化碳排放4190吨、二氧化硫排放约16吨、烟尘排放约5吨。该项目取得的研究成果已应用于国内相关公司的产品研发中,节支总额4300万元。项目的开展及相关创新成果的应用,符合中国节能减排战略需求,对于推动新能源接入和利用,保障电力系统清洁可靠运行具有重要意义。
[成果] 1800120513 湖北
TM3 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:平台的整体设计主要包括硬件和软件,系统硬件主要部件为数字电源、宽频智能传感器、数字电源串并联控制设备、工业总线控制网络及自动化试验台组成。软件主要依据前述系统对试验控制软件的要求和软件的设计思路,通过对试验、控制系统的抽象化来形成共用的试验软件包,系统平台。电机系统测量不确定度综合评定方法是通过分析电机在试验过程中各个影响量,并根据不同影响量的性质定量地对其开展不确定度评定,综合评定得到扩展不确定度,根据该方法对电机系统测量不确定度进行综合评定,测量不确定度优于5×10-3。
[成果] 1700510549 河南
TM7 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:随着间歇性新能源规模化并网、区外电力高比例馈入,省级电网供给侧的随机性特征愈发突出。供给侧随机性下的电网特性将发生重大变化,为保障新能源的“并得上、送得出”和区外电力的“落得下、供得出”,迫切需要探索新能源和区外电力与电网的交互式影响机理,研究协同发展方法,评估发展风险,构建新能源和区外电力高渗透下省级电网中长期协调发展关键技术体系。课题以源网荷协同发展为目标,立足电网规划视角,以电网“供给侧随机性、中长期协同发展、风险综合评估”为切入点,基于“供给侧随机特性、协同发展方法、薄弱环节辨识和综合评估方法”四个维度构建了省级电网中长期协同发展关键技术体系,并以河南电网为例开展实证研究。主要创新包括:①在研究供给侧随机特性及与电网交互式影响机理的基础上,提出了基于信息熵的凝聚型层次聚类算法的风电场机群聚合方法,降低了大型风电场仿真的复杂度,提高了仿真精度,为中长期电网协同发展研究奠定基础;②构建了涵盖特高压落点布局、接入方式和送出方案三方面的区外电力与省级电网协同发展方法,提出了区外电力通过特高压直流分极接入省级电网的拓扑模式,将直流功率输送至不同区域和电压等级的交流电网,提高了省级电网网架结构的灵活性;③提出了基于概率N-2的评估方法和基于多阶段重要抽样的快速求解算法,形成了含高渗透新能源和区外电力的省级电网综合评估体系,实现了对电网故障概率和严重程度的综合考虑,并开发了电网风险综合评估软件包;④构建了考虑输电断面容量约束和负荷权重的改进最优切负荷模型,提出了基于支路风险参与因子的评估指标,表征不同支路对系统整体风险水平的贡献,实现了对电网薄弱环节的量化辨识,为电网网架加强方案提供科学依据。课题共授权发明专利5项,授权实用新型专利3项,登记计算机软件著作权2项,发表SCI检索期刊论文2篇,EI检索论文1篇,中文核心期刊论文3篇。课题成果在国家能源局发展规划司、国网河南省电力公司经济技术研究院、国网江苏省电力公司经济技术研究院和国网安阳供电公司得到深入应用,成效明显。政策支持方面,为“提高电网与发电侧、需求侧交互响应能力”、“解决中国能源结构失衡问题,促进源-网-荷-储一体协同发展”等能源政策的出台提供了决策参考;生产运行方面,通过提高供电能力、优化输变电工程建设时序、促进新能源和区外电力消纳,2015-2016年国网河南省电力公司经济技术研究院增收节支总额约3.2亿元;生产管理方面,为河南省“十三五”电网发展规划编制提供了技术支撑,指导未来河南电网科学发展。课题已通过中国电力企业联合会组织的评审。评审委员会一致认为,项目提出了适应特高压交直流受端电网中长期双侧随机性的新模型、新方法,总体达到国际先进水平。
[成果] 1700510552 河南
TM8 应用技术 电力供应 公布年份:2017
成果简介:中国水电、煤炭资源集中在西南、西北,而电力负荷中心集中在华北、华东、华中、华南。在负荷中心就近建设火力发电厂,不仅增加了煤炭运输成本,还在运输、发电环节造成严重的大气污染。±800kV特高压直流输电系统以其远距离、大容量、低损耗的特点,成为中国跨区远距离电能输送的主要电压等级。当以双极金属回线方式运行的特高压直流系统单极故障时,直流系统还可通过换流站接地极以单极大地回路方式运行。接地极一般远离换流站,通过接地极架空线路连接。单极大地回路运行方式下,一旦接地极架空线路发生故障,将直接导致特高压直流系统停运,甚至影响全国电网的运行安全,接地极线路的正常运行至关重要。目前国内外在接地极线路带电作业安全距离、安全防护、方法及装备等方面的成果处于空白,该项目以保障特高压直流输电系统安全稳定运行为目标,从安全距离、安全防护、作业方法及装备四个方面开展研究及应用工作。1.主要技术内容:带电作业安全间隙:使用有限元软件仿真计算接地极线路在各种故障条件下的过电压;按照配网带电作业原理,进行模拟塔头的空气间隙操作冲击放电试验;依据带电作业绝缘配合要求,确定各作业间隙的最小安全距离。带电作业安全防护:分析接地极线路单极大地运行方式下导线的温升特性,采用有限元仿真软件,建立接地极线路直线杆塔、耐张杆塔以及作业人员的三维模型,分析带电作业时人体体表和杆塔表面的电场分布特性,提出带电作业时人员的隔热安全防护要求。带电作业方法及作业指导书:结合接地极架空线路的运维检修经验,总结归纳、系统梳理出接地极架空线路22项带电作业典型项目,基本覆盖常见的危急及严重缺陷,根据真人实操取得宝贵数据,逐项编制带电作业指导书,针对每种作业项目确定关键作业流程,提出工器具模块化配置。带电作业装备:分析并结合接地极线路塔型结构特点,设计研制主要的金属及绝缘工器具;分析接地极单极运行时导线高温特点,通过试验研究选择合适的耐热、隔热材料,针对性地设计研制耐热、隔热且满足现场实际需求的工器具、防护用具,形成带电作业模块化装备,核心成果包括隔热型导线、绝缘子绝缘遮蔽罩,带电更换特高压接地极线路耐张绝缘子、直线绝缘子、转角耐张金具专用工具等。编制行业标准:总结该项目研究成果,编制《±800kV直流接地极线路带电作业技术导则》,该导则已纳入国家能源局2016年能源领域行业标准制(修)订计划,作为行业内接地极架空线路带电作业的指导规程,实现作业的规范化、标准化。2.授权专利:项目取得实用新型专利7项。3.技术经济指标:项目实际研发成本101万元,两年内在项目应用单位创造新增销售额4092万元。4.应用推广及效益:该项目成果在国网河南、江苏、四川检修公司、河南送变电工程公司实际应用,方法及工器具安全高效,填补了国内外接地极带电作业的技术方法及装备空白。采用该项目成果,随时可以安排检修作业,可避免直流系统因危急或严重缺陷停运,经济和社会效益显著。
[成果] 1700510563 河南
TM6 应用技术 电力生产 公布年份:2017
成果简介:该项目属于动力和电气工程学科,涉及应用气象、信息工程等交叉学科。社会经济快速发展的同时,中国面临资源紧缺、气候变暖以及环境污染等一系列问题。光伏发电正从补充能源向替代能源过渡。2016年,河南全省光伏装机254万千瓦,已成为省内第二大电源类型,且近两年增速达到100%以上。然而光伏发电功率受气象、环境等条件影响,不确定性强,存在诸如预测准确率不高、并网存在“卡脖子”现象、并网运行影响可靠性等问题。针对上述问题,项目一方面研究形成计及多气象要素的光伏发电功率预测方法,建立光伏发电功率的确定性描述,支撑解决光伏与电网调度的配合问题;另一方面,综合考虑规划、运行、管理等不同要素,评估配电网消纳光伏能力,为配电网适应性改造提供依据,支撑含光伏的配电网安全经济运行。具体包括:第一,提出了考虑多气象要素的动态辐射预报修订方法,建立了基于因子浓缩降维、误差逐步逼近法的太阳辐射预报模型,有效降低光伏发电预测中关键要素-太阳辐射预报误差。第二,提出了基于光伏组件温度预报的光伏发电功率预测模型,形成了多时间尺度、多数据条件下的光伏发电功率预测方法,研发了光伏发电功率预测系统,有效提高预测准确度。第三,提出了兼顾经济性和安全性约束的配电网接纳光伏能力评估方法,基于此,形成针对光伏接入的配电网一二次设备改造方法,提高配电网对光伏接入的适应性。第四,提出了适用于含光伏的配电网可靠性评估方法,辨识光伏接入配电网的综合风险,构建了考虑接入风险要素的配电网消纳能力评估体系,研发广域分布式电源动态管控与运行分析系统,为提高接入光伏的配电网安全可靠运行、经济高效的运营管理提供依据。主要技术经济指标:(1)融合数值天气预报、光伏电站实时功率等多源数据,实现河南全省9×9km及15min时空分辨率太阳辐射预报,年处理数据近3000万条;(2)综合考虑地表温度、风速等14种气象要素进行太阳辐射强度修订,有效降低太阳辐射强度预报误差3-6%;(3)建立光伏发电功率预测系统,覆盖全省76个光伏电站,实现72h、4h、15min多时间尺度光伏发电功率预测,其中短期(72h)、超短期(4h)预测精度分别达到85%、90%以上;(4)考虑接入风险要素的配电网消纳能力评估体系,包括4个方面17个指标,基于此可针对性开展配电网适应性改造,节约配网建设改造成本约5%。行业知名专家组成的第三方评价组对项目给予了高度评价,认为“该项目整体达到了国际先进水平,其中考虑多气象要素的动态辐射修订方法和基于光伏组件温度预报模型的光伏发电功率预测方法达到国际领先水平”。项目获得发明专利授权3项、受理3项,软件著作权4项、发表中文核心论文8篇。在河南应用基础上,在宁夏、安徽等全国多处光伏电站推广,三年内取得5790万元经济效益,社会、环境、经济效益显著。
[成果] 1700441745 江苏
TM93 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:项目对常规计量对分布式电源并网计量的适应性、计量模式以及溯源技术展开研究;主要在分布式电源的仿真技术、计量技术、计量方式、电能质量在线监测及反窃电技术等方面取得了多项创新成果:第一,提出了具有非线性特性和多分辨率特性的形态小波变换处理算法,将信号的基波部分和畸变部分分离开来,准确地计算各个部分的电功率与电能,为分布式电源非线性环境下电能的准确合理计量提供了技术手段。第二,采用基波源和间谐波源叠加的手段,研制了一套应用于分布式电源的三相间谐波溯源计量标准装置,该装置间谐波电压溯源的不确定度优于230ppm(k=2),间谐波电流溯源的不确定度优于360ppm(k=2),填补了间谐波溯源技术的空白。第三,分析光伏发电系统的特点对并网电能质量产生的影响,研究了适应公司发展的分布式光伏发电系统的计量模式,明确了光伏发电计量装置的配置选型和安装要求(其中针对自发自用余电上网用户提出的"三表计量法"被写入了国网标准《电能计量装置通用设计》),并针对分布式电源并网可能产生的新型窃电风险,基于用电信息采集系统及逆变器电参量数据分析(制定了二者之间的通信协议),编制了基于分布式光伏发电系统并网计量的反窃电方案,防止光伏用户利用技术漏洞套取电量补贴。第四,针对分布式光伏发电系统,项目组研制了一种应用于光伏并网在线电能质量监测装置,该装置不仅具备有、无功电能计量,还具备2-63次谐波,间谐波,不平衡、闪变、电压骤升、骤降、电压波动监测与相应波形记录功能,现已在省内主要光伏企业得到了大力的推广与应用。
[成果] 1700441682 浙江
TM7 应用技术 电力供应 公布年份:2017
成果简介:该项目属于电气工程学科,主要涉及电力系统及其自动化专业。项目面向中国经济发展、环境保护、能源开发的迫切需求,并结合了浙江电网的实际特点,由浙江省电力公司、浙江大学、中国电力科学研究院等共同完成。中国所处的经济发展阶段、电网发展阶段和电网企业运营的盈利诉求都直接推动了经济调度工作的研究和开展,另一方面,随着空气污染的日益严重,雾霾天气的不断出现,政府通过出台政策的方式对节能调度工作提出了相关要求。因此,如何统筹节能和经济因素,在满足政策要求的前提下提升社会效益和经济效益,实现节能经济调度是每一个电网公司需要认真思考及应对的课题。该项目通过深入开展节能经济调度现状调研,结合政策环境及国内外领先实践,构建了浙江省电力公司节能经济调度愿景。在明确愿景的基础上,进一步开展节能经济调度体系整体架构设计,研究制定了相关建设路线及具体行动计划,为节能经济调度的有序开展提供全面指导。在理论研究与路线设计以外,该项目还针对节能经济调度体系架构开展了初步实践于探索,主要以构建优化评估机制(主要包含评估体系、工作流程、组织保障等)为重点,研发了节能经济调度技术支撑系统,并在浙江省调D5000调控系统上实现了在线闭环运行。通过项目的实施及应用,形成了调度业务的闭环管理,有效指导计划制定、方式安排、调度运行等工作。项目整体达到了国际先进水平,其中多层级、多维度的电网运行评估综合指标体系和电网理想调度方案的多目标序列优化计算方法达到了国际领先水平。项目主要创新点如下:创建了多层级、多维度的电网运行评估综合指标体系,能够科学地量化评价电网、电厂、社会三个主体的经济、高效、环保水平。提出了基于多目标序列优化的电网理想调度方案计算方法,解决了协同公平、经济、环保等多目标的复杂计算难题,实现了多目标事后优化再调度。研发了基于D5000的节能经济调度在线闭环应用技术系统,开展了对日前调度计划、实时调度的优化再评估。节能经济调度技术支撑系统应用表明,系统运行可靠,节能效果显著,经济效益突出。项目发表论文5篇,授权发明专利4项,申请发明专利1项。
[成果] 1700470134 北京
TP3 应用技术 公共软件服务 公布年份:2017
成果简介:大规模储能技术在电力系统发输配用各个环节均有广泛用途,备受国内外业界人士高度关注。近年来,国家利好政策频出,在强有力的政策引导下,储能技术获得了迅速发展。MW级化学储能技术已进行了多种示范运行,其中锂离子电池、铅酸电池在中国已开始商业化运行。储能技术正逐步从试验示范迈向商业化推广,大规模储能系统的广泛应用需重点突破高安全、低成本、长寿命、高能量转换效率等关键技术,基于各储能类型间的技术经济互补性,以提高新能源接入能力为目标,开展多类型储能系统的选型、容量优化配置和分层协调控制技术研究具有重要的意义。 该项目建立典型风/光电站实际出力及负荷运行数据库,借助数学方法挖掘数据之间的内在规律,研究间歇电源出力波动在时间尺度、幅值上的分布规律,提取风/光电站功率波动多时间尺度特性参量,研究间歇式电源与储能系统容量配置、储能系统间容量配置与优化选择方法,建立多类型储能系统容量配置及优化选择准则。研究多类型储能的多约束分级协调控制方法,依据多类型储能系统的多约束条件,研究功率型和能量型储能系统动态寻优的补偿输出分配方法。研究并构建能量型储能系统的经济运行函数和优化运行管理模型,确定各种电池储能单元的运行区间、功率和能量分配序列。开发多类型储能系统协调控制软件,实现多类型储能系统的能量优化管理。实施多类型储能系统用于平抑间歇式电源发电出力波动的示范工程以及多类型储能系统用于微网的示范工程。验证多类型储能协调控制方法,评估运行效果,形成多类型储能协调控制的评估方法和标准。该项目形成多类型储能在容量配置、优化选择准则以及协调控制等方面的理论与方法,开发优化配置和协调控制应用软件,分别完成多类型储能应用于间歇式电源发电出力波动平抑与独立电网系统的工程示范。 创新点:1.不同应用场景下,计及储能自身工况特征,提出了基于区间层次分析法的复合储能选型方法;2.基于时域能量状态优先级控制策略和Bloch球面量子遗传算法,提出了多目标多约束条件的复合储能系统容量配置方法;3.提出基于模型预测控制、变时间常数低通滤波和储能度电成本经济优化模型的多类型储能分层协调控制方法。 通过该项目的实施为分布式发电接入系统和微电网运行积累了丰富的技术经验;应用该项目成果,提高了分布式电源接入系统的工作效率,大幅度提高清洁能源利用效率;通过开展大规模多类型电池储能电站控制技术的研究,培养了一批经验丰富的技术人员和科研工作者。
[成果] 1700470139 北京
TM7 应用技术 电力供应 公布年份:2017
成果简介:项目属电气工程学科,是科技研发与工程应用相结合的综合性课题。 近年来中国风电、光伏发电等新能源装机容量不断增长,大规模新能源通过超/特高压交直流线路送至负荷中心,新能源出力间歇性、随机性强,电压无功调节能力差;输电线路距离长,动态无功支撑不足;系统运行方式多变,电压控制困难,风机脱网问题突出,严重制约新能源功率外送。磁控式、阀控式可控电抗器及静止无功补偿器(SVC)等属柔性交流输电系统(FACTS)设备,具有响应快速、调节灵活等特点,可增强新能源外送通道电压无功调节及输送能力,提高系统运行灵活性,促进新能源外送和消纳。 国内外尚无采用FACTS设备群解决大规模新能源送出问题的工程先例,在多类型设备需求选点、多场站方案配置、多时空协调控制、多约束条件现场验证方面缺乏相关成果和实践经验。项目以保障大规模新能源外送为立足点,在世界首个超高压大容量新型FACTS群系统关键技术及工程应用方面取得了创新性成果,获国家授权发明专利6项,制定国家标准1项,发表论文11篇(SCI1篇,EI6篇)。创新点如下: ①提出了基于电力系统无功平衡快速计算的动态无功需求分析方法,发明了采用磁控式、阀控式可控电抗器、SVC等大容量新型FACTS群的无功补偿设备配置技术。 ②发明了FACTS群多时空协调控制方法,提出了稳态(分钟级)、机电暂态(秒级)和电磁暂态(毫秒级)三个时间尺度自适应控制策略,攻克了多类型FACTS设备间及其与自动电压控制系统(AVC)的无功全局优化控制技术。 ③发明了计及多约束条件的FACTS群协调控制策略现场验证方法,提出了适应智能站控制保护信号网络化、操作信号就地化特征的FACTS设备试验技术。 ④揭示了FACTS群设备的谐波源特性以及谐波在电网中传输放大并引发直流闭锁的机理,提出了基于电网阻抗频率特性优化的谐波抑制技术。 项目成果已成功应用于新疆与西北联网工程FACTS群系统设计、设备研制与工程运行,自2013年投运后,联网通道最大电压波动由70kV降至22.5kV,输电能力提升1000MW,降低了风机脱网风险,提高了新能源送出能力,新增利润5500万元。研究成果支撑首都地区设备制造企业研发了多套FACTS设备,加速了企业规模化发展,相关设备销售合同额超过1.4亿元。近三年累计创造直接经济效益644.5万元,社会效益显著。 项目成果可用于国家大气污染防治行动计划输电工程,降低京津唐高比例受入新能源电力情况下电压失稳风险,提升新能源消纳能力,应用前景广阔。
[成果] 1700520198 青海
TM6 应用技术 电力生产 公布年份:2017
成果简介:青藏高原是中国太阳能发电资源最丰富的地区,大力发展青海光伏产业对中国新能源产业的发展具有非常重要的意义。由于青藏高原特殊光伏资源禀赋和地理气象条件,如光伏资源广域分布、地形地貌多变、高海拔环境恶劣以及光伏电站地处偏远、工况复杂等,使得发展青海光伏产业面临源网匹配性差、电站布局困难、接入可靠性低、设备检测偏差大以及远程维护困难等诸多技术瓶颈,严重制约青海光伏发电的建设和消纳。为此,研究团队历经数年持续攻关,在青藏高原源网荷协调规划、灵活接入、移动检测、柔性控制及智能运维关键技术等光伏电站建设和运行五大环节实现了重大技术创新与突破,自主研制了系列光伏发电核心技术装备与产品,关键技术创新如下:1.“源网荷”协调的光伏发电规划技术。创立了面向新能源消纳的工程博弈新理论,提出了光伏并网多主体多目标优化规划的博弈决策方法,研发了源网荷互动协调规划支撑平台,解决了青藏高原光伏电站-电网协调规划难题。2.灵活高效的光伏发电并网接入技术。攻克了光伏逆变器防风沙、抗寒、散热、绝缘保持等关键技术,研制了SUN2000系列光伏并网智能控制器,解决了逆变器在高海拔恶劣工况下可靠性低以及组串失配损耗大的难题。3.光伏电站并网性能移动检测技术。提出了基于电网端口特性的低电压穿越检测车阻抗参数设计方法,研制了世界首套涵盖集中式、分布式光伏发电并网性能移动检测平台,解决了光伏电站安全并网性能现场测试的技术难题。4.高比例光伏的电力系统协同自律调控技术。首创了消纳光伏发电的电力系统多主体多目标鲁棒调度与光伏并网实时柔性控制方法,研发了光伏调控一体化能量管理平台,有效解决了青藏地区高比例光伏弱可控和难调度等难题。5.基于云平台的光伏电站远程智能运维技术。提出了基于大数据分析和云计算的光伏电站智能运维方法,开发了光伏电站远程智能运维平台,攻克了光伏电站地处偏远导致的运维难题,实现了精细化监测与远程运维。项目研发的光伏发电规划技术支撑平台、高效可靠逆变接入装备、并网性能移动检测平台、调控一体化能量管理平台以及远程智能运维平台,已应用于青藏高原200多个光伏场站,覆盖光伏总装机容量超过600万千瓦。项目组所研制的SUN2000光伏智能控制器已出口到北美、欧洲、非洲等30多个国家。项目获得授权发明专利50项、实用新型专利16项、软著7项,编制国标5项、行标5项、企标8项,出版专著4部,发表SCI/EI论文112篇,其中SCI18篇。项目近3年新增销售额约18.3亿元,社会经济效益特别显著。青海电力调控中心统计表明,项目成果应用后,青海省光伏发电装机容量在占比近30%的情况下接近全额消纳,近3年的年平均弃光率低于4%,累计消纳光伏发电约222亿千瓦时,从未发生光伏电站脱网事故。项目成果为青藏高原大规模光伏高效消纳提供了坚强支撑,实现了关键技术和核心装备的国际引领。项目获2014年青海省科技进步奖一等奖和2015年国网科技进步奖一等奖等多项奖励。
[成果] 1800120621 北京
TM7 应用技术 电力供应 公布年份:2017
成果简介:剩余电流保护装置(RCD)在我国低压配电网中得到了广泛的应用,对于防止触电伤亡事故以及避免因漏电而引起的电气火灾事故具有非常重要的作用。但是我国目前在线运行的剩余电流保护装置,其动作电流的整定值与生物体触电电流无关,通常是将总剩余电流的有效值作为是否动作的唯一判据。理论研究和大量运行经验表明,这类判据无法有效识别可能对触电者构成生命危险的触电支路电流信号,在动作原理上存在先天不足和缺陷,经常导致误动或拒动现象的发生,大大降低了剩余电流保护装置的可靠性和正确投运率。针对上述问题,在国家自然科学基金和国家电网公司重点专项课题的支持下,由中国农业大学、中国电力科学研究院、新疆农业大学、黑龙江八一农垦大学、河北农业大学等单位组成联合科研团队,经过多年深入研究和探索,设计和构建了生物体触电物理实验平台,确定特定生物体实验对象、触电方式及触电路径,试验获取不同场景生物体触电信号的原始数据波形,积极开展生物体触电暂态信息快速提取与识别方法研究,取得了一批先进的理论研究成果,为我国新一代剩余电流保护装置的研究和开发奠定了坚实的理论和技术基础。主要创新点如下:1.设计和构建了生物体触电物理实验平台,模拟不同场景生物体触电实验,获取批量动/植物触电实验数据,完善生物体触电波形数据。在此基础上,创新性地建立了我国低压电网生物体触电实验波形数据库。2.基于降噪和滤除高次谐波的不同要求,设计了窗函数FIR数字滤波器和基于消除相位延迟的FIR触电信号数字滤波器,可分别用于生物体触电剩余电流保护的整体优化计算模型和生物体触电多端口等值阻抗模型的信号预处理,满足快速动作和高精度滤波的不同需求。3.采用快速傅里叶变换和最小二乘法,对批量实验样本数据进行数值分析和数据拟合,建立了工频条件下,以触电电压和典型体重为输入量,以触电电流为输出量的生物体触电多端口阻抗电路模型,为定量分析和评估生物体触电电流提供了有效的技术手段。4.采用信号统计量方法,分析了生物体不同触电周期剩余电流的均值、标准差、方根幅值等统计特征,掌握了暂态剩余电流的不同统计特征的变化规律,提出了基于统计特征的剩余电流暂态普适特征量的度量方法。5.提出了基于剩余电流幅值突变特征的触电故障时刻检测方法、基于暂态普适特征量与支持向量机的触电故障类型识别方法、以及基于最小二乘支持向量机的触电支路电流分量提取和计算方法。上述三种配套的系列方法,为新一代基于生物体触电电流分量而动作的自适应型剩余电流保护装置的开发提供了可靠的技术方法。6.建立了基于生物体触电电流关键特征和瞬变微增量而动作的自适应剩余电流保护的“幅值-时间”边界特性及综合动作判据,为开发基于生物体触电电流动作的新型剩余电流保护装置,进而为提高剩余电流动作保护装置的选择性、灵敏性和可靠性奠定了良好的基础。所提出的综合边界特性和动作判据,不仅可以自动识别生物体触电进而切除事故电源,也可同时监测和预警电气设备泄漏电流的异常变化。
[成果] 1700510562 河南
TM7 应用技术 土木工程建筑 公布年份:2017
成果简介:该项目属于动力和电气工程学科。配用电环节是电网与终端用户结合最紧密的部分,点多、面广、变化快,近年来随着信息化建设以及智能电网的发展,积累了大量的业务数据,表现出大数据的基本特征。但由于历史原因,配电网规划、建设、运行、检修和营销等业务数据分别由不同的信息系统产生,存在多个信息孤岛,营配数据融合困难,数据价值利用低。该项目以大数据技术为手段,结合营配数据融合技术,研究了配电网拓扑校验、中低压配电线路参数建模、负荷预测、线损分析、客户行为分析等关键技术,并在河南电网开展了工程应用,为电网安全生产、精益管理和优质服务提供了有力支撑。具体内容如下:第一,提出了基于AMI大数据的配电网拓扑校验方法和线路参数估算方法,实现了配电网“站-线-变-户”拓扑连接关系和线路参数的在线、动态校验,适应了配用电系统规模大、变化快的特点。第二,提出了基于Spark大数据平台的配变/馈线负荷自适应组合预测算法,分别实现了全省55万台配变和2万余条馈线的短期和中长期负荷预测,为配电网运行优化和精准投资提供了数据支撑。第三,提出了基于AMI大数据且考虑窃电因素的低压配电网精确线损分析方法,实现了窃电行为自动检测和配电变压器优化配置,有力支撑了电网节能降损和国有资产的保值、增值。第四,提出基于大数据客户画像技术的电力客户行为分析方法,建立客户欠费风险、客户缴费渠道偏好、客户投诉分析模型,研发了大数据应用发布系统,通过精准营销提高了客户服务水平。主要经济指标:(1)利用营配数据质量核查系统在线开展营配数据核查工作,大大节省了人力,节省成本334.61万元;(2)推广应用配电网负荷预测及重过载分析预警系统,优化配电网运行方式,提高配电网改造精准性,缩短了停电时间,新增销售额270.05万元,新增利润75.81万元。(3)通过考虑窃电因素的配电网线损分析技术,及时发现窃电行为,准确定位配电网线损管理薄弱环节,有针对性开展降损增效工作,节约成本221.19万元。(4)研发了电力大数据应用发布系统、客户欠费风险分析系统、用电客户投诉分析系统等,新增销售额3745万元,新增利润758万元。以沈兵兵教授为组长的评价专家组对项目给予了高度评价,认为“该项目技术先进、实用性强,成果已应用于河南电网,运行效果良好,经济社会效益明显,其中基于AMI量测数据的配电网拓扑校验方法和应用量测数据且考虑窃电因素的配电网线损分析方法达到国际先进水平。”项目已获得发明专利授权1项,发表SCI期刊论文1篇,核心期刊论文7篇(其中EI期刊论文5篇),获得软件著作权8项。三年内新增销售额4015.05万,新增利润1389.61万元。
[成果] 1700510179 河南
TM7 应用技术 电力供应 公布年份:2017
成果简介:该项目属于电气工程学科。2011年国务院599号令颁布,明确了电力安全事故的分级标准及应急处置和调查办法,电网安全责任重于泰山。河南电网作为全国范围内唯一的跨区特高压交直流混联电网,是联系华北、华中两大同步电网的重要枢纽,电网风险的随机性、复杂性、隐蔽性日益增强。如何实现电网安全风险的全面、快速、准确评估是保障电网安全的首要任务,也是一项亟待解决的技术难题。项目紧密结合国务院599号令,以保障河南特高压交直流混联受端电网安全稳定运行为目标,在电力系统风险辨识、量化评估、准确定级、有效管控等方面开展了系统研究,主要成果如下:(1)构建了大电网运行安全风险评价多维指标体系;建立考虑确定性和不确定性、定性和定量的多维度指标群,从电网安全风险发展时限、影响层次、危害程度三个维度出发,涵盖静态充裕性、动态安全性,包括元件、回路、系统三个风险层级,覆盖电压越限、支路过载及失负荷等40项关键指标,实现对电网风险的综合全面评价。(2)攻克了大电网运行安全风险指标快速、准确求取的难题;首次提出并建立基于回路的可靠性停运模型,将基于元件的电网风险分析工作转化为基于回路的电网分析,有效的降低评估复杂度。首创基于多元件功率约束的改进潮流灵敏度失负荷风险算法,提出一种基于工程实用概率稳定分析的动态风险评估方法,实现电网安全风险多维指标的快速、准确求取。(3)创新了大电网运行安全风险定级和管控方法;提出以系统分指标和基于负荷-风险曲线的电网全局性风险评估方法,实现对电网安全性整体判断;依据国务院599号令和相关事故调查规程,针对不同的预想事故集,考虑风险事件的概率因素,实现依据危害程度的事件风险定级;制定《河南电网运行安全风险管理规定》、《河南电网运行安全风险量化评估技术规范》,完善了风险管理流程,有效指导河南电网规划、运行实践。(4)自主设计开发了大电网多维指标安全风险评估仿真平台;提出一种厂站元件图模自动映射技术,实现厂站图形与数据的自动识别匹配;提出一种考虑保护误动、拒动等随机因素的多故障集稳定自动求取技术和加速算法,实现电网全元件、全故障、全局性安全风险的快速自动量化评估。主要技术指标:(1)多维指标体系共包含3大类、40个指标;(2)系统级风险分为4个等级,0-999系统分;(3)事件风险分为8个等级,1-3000分;(4)仿真平台可应用于4万节点系统、涵盖21种保护元件和28套稳控装置,实现对28类故障自动扫描。项目取得集理论、技术和应用系统于一体的系列成果,相关成果得到广泛应用,截止目前共取得经济效益16561.5万元。鉴定专家一致认为项目创新性强、实用性高,整体达到国际领先水平。已获发明专利授权3项、软件著作权1项,发表论文16篇,EI收录9篇,核心期刊9篇。
[成果] 1700470166 北京
TM3 应用技术 电机制造 公布年份:2017
成果简介:柔性直流输电是目前可控性最高的输电技术,是大规模可再生能源接入电网的重要手段。电压源直流换流器作为电能转换与控制的核心装备,相当于柔性直流输电系统的“心脏”,也是中国重点发展的前沿高端电力装备。立项之初,柔性直流输电技术被跨国公司ABB独家垄断,并在小规模风电并网等应用中展现出了独特优势。但ABB的换流器技术存在固有瓶颈,电压和容量提升都受到限制,严重制约了柔性直流输电技术优势的发挥。为此,各国都瞄准新一代电压源直流换流器开展技术攻关。 项目依托973计划、国家自然科学基金、北京市科技计划等课题,历经12年,突破了系列关键技术,发明点如下: 1、大规模功率单元的电力变换调控方法。建立了换流器时变电路等效模型,揭示了能量转移规律和功率单元间电压不均衡机理,阐明了能量转移与内部固有循环电流的关系,提出了动态阈值排序电压平衡控制算法和电压预估式内部循环电流抑制方法。解决了数千功率单元在实现千兆瓦级交直流能量重构过程中的有序控制、能量均衡、电压稳定和环流抑制难题。 2、换流器多功率单元高速触发与保护技术。发明了集散式实时应答和多因子状态预测触发技术,提出了多层次复合权限分级保护方法和分布式过流保护方法,解决了数千功率单元100μs内的高速有序触发和数万条状态信息的快速采集、准确识别和实时决策难题,换流器控制保护指令延时小于2μs,故障响应时间最小可达300ns。 3、换流器阀塔复合应力均衡技术。发明了模块化多组态功率单元电路,提出了螺旋双列对称阀塔结构、悬浮电位分布钳制技术、大功率电力电子开关应力动态抑制技术和对角进出均管路串并联冷却技术。解决了桥臂电压达850kV、电流变化率5kA/ms、电位阶跃30kV/μs运行条件下,高压阀塔电气应力均衡、磁场强度控制、热点温升抑制等难题。 基于上述发明研制出新一代电压源直流换流器,通过国际权威机构KEMA的试验见证和国家能源局鉴定,专家意见认为“综合技术水平国际领先”。2011年应用于±30kV/20MW上海风电并网工程,被作为典型案例列入国际大电网组织导则;2015年应用于±320kV/1000MW厦门城市供电工程,电压和容量居世界首位;推广应用于±420kV/1250MW渝鄂电网互联工程。累计实现产值12.7亿元。 项目获授权发明专利76项(1项获中国专利金奖);发表SCI/EI论文67篇,出版学术著作2部;牵头编制IEC标准1项、参与5项,牵头编制国家标准6项。推动建设了“直流电网技术与仿真”和“大功率电力电子”2个北京市重点实验室。
[成果] 1700470046 北京
TM7 应用技术 电力供应 公布年份:2017
成果简介:同步网是面向通信传输网和业务网的基础支撑网络,为整个电力通信网和电力业务提供同步基准信号。传统的同步网只能为电力业务提供频率基准信号,不能提供时间同步基准信号,而且传统的同步网缺少统一的标准与规划,造成网络安全可靠性较低、质量较差等问题。时间同步依赖GPS和北斗,尚未形成地面授时网络,也存在安全和可靠性问题。急需优化频率同步网并建设时间同步网以适应智能电网建设和全球能源互联网的发展需求。若建设独立的时间同步网,网络资源无法共享,且难以实现统一监控管理,因此需要将传统的频率同步网和时间同步网进行融合,制定完整的时频标准规范体系,构建统一的时频同步网。项目主要创新点包括: 1)首次提出了时频融合的同步网网络架构,采用基于PTP技术的优先级分区复用、PDV噪声抑制等方法,有效解决了时频融合组网问题; 2)采用C++代码和模块化设计,首次建立了多模式、多参数、多功能仿真模型,研制了具备电力同步网规划验证功能的仿真平台; 3)提出了动态权重的多源算法,研制了多源高精度同步信号生成样机,有效提高了输出时间的精度和稳定性; 4)首次提出基于PTP信号的时频综合算法,研制了时频同步终端样机,实现了高精度时频同步信号同源输出; 5)首次采用同步网网管和监测相统一的开发模式,研制了支持多厂家、多协议、多模式的时频同步网管监测系统,解决了时频同步网统一运维管理与监控问题。 项目研究成果已应用于国网公司“十三五”通信网规划,有效指导了国网公司频率同步网优化改造建设及同步网网络资源优化配置,推动了电力时频融合同步大规模组网技术的发展。项目最终形成研究报告23项,标准14项(已发布5项),发明专利9项(已授权3项),软件著作权3项,论文25篇,基于多同步源的高精度同步信号生成样机1台,时频统一同步终端样机1台,规划验证仿真平台软件1套,同步网网管监测系统1套,并在国网信通公司、国网冀北公司成功试点应用。 项目已通过中国电机工程学会鉴定,项目提出的电力时频融合同步网网络架构、精确时间协议优先级分区复用规划方法、一种抑制分组网络PDV噪声的方法、基于PTP技术传输时间信号的时间偏差修正算法具有创新性,在电力行业达到国际领先水平。
[成果] 1700470121 北京
TM7 应用技术 电力供应 公布年份:2017
成果简介:特高压交直流混联大电网的快速建设和一体化运行,促进了多源能源在全国范围的优化资源配置。各级系统运行和维护相对独立,对全网模型和数据一体化共享的支撑能力不足,缺乏多级联合计算和大电网极端故障恢复在线支撑手段,迫切需要在大电网协同分析、信息互动共享和极端故障恢复等方面开展研究,实现一体化平台、一体化在线分析应用和一体化运维,以进一步提升大电网调度控制系统的一体化支撑能力。该项目在一体化平台方面开展了分布式实时数据库、“模型云”和调度信息综合展示技术研究,在一体化分析和极端故障恢复方面开展了大电网在线联合计算、黑启动辅助决策研究,在一体化运维方面开展了多级调控系统在线集中运维技术研究。取得以下创新成果: 1.提出了基于分布式实时数据库的多级调控中心模型统一版本管理方法,研发了电网“模型云”软件,为各级电网监视、分析、决策和控制提供了全网一体化的基础模型和数据; 2.提出了基于组件化思想的电网全局信息共享交互框架,实现了基于地理、网架和运行信息的一体化监视和协同分析的个性化展示功能,为电网的运行监视、风险预警、故障处置提供了信息支撑; 3.提出了基于电网实时数据的多级调度在线联合计算方法,遵循“统一分析、分级管理”的一体化原则,首次实现了国-分-省三级调度多人异地联合计算功能,提升了在线分析的实用性和工作效率; 4.提出了基于熵权模糊评价方法的大电网多区域联合黑启动电源和优先恢复目标计算模型,实现了互联大电网在线黑启动辅助决策,提升了大电网故障应急恢复能力; 5.提出了事前预警、事中处理和事后分析的国-分-省多级调控系统在线集中运维体系架构,建立了全系统远程集约化运维模式,提升了各级调控系统风险防御能力。 经中国电机工程学会鉴定,项目整体达到国际先进水平,在电力系统在线联合计算和大电网黑启动辅助决策方面达到国际领先水平。项目共申请发明专利24项,授权9项;出版专著1部;发表论文18篇;获软著7项;开发应用软件10套。项目成果已在包括京津冀地区在内的二十多个省级以上调控中心推广应用,提升了大电网调度控制系统分析预警和多级系统一体化运作能力,保障了大电网的安全、稳定和经济运行。在京津冀电网的推广应用,有效支撑了该区域电网的一体化调控运行和多源能源的跨区域优化协调。项目总投入3876万元,近三年累计创造直接经济效益2.0583亿元,节支4020万元,经济效益显著。
[成果] 1700520206 上海
TN91 应用技术 工程和技术研究与试验发展 公布年份:2017
成果简介:项目所属领域为密码学与信息安全。密码芯片系统是网络空间安全的基础和支撑,是保障国家重要行业和基础设施信息安全的核心技术,安全攻防技术决定着一个国家的信息主权和对抗能力。密码芯片系统面临的主要威胁是攻击者利用物理信息泄露和密码算法自身的数学特征来求解密钥。该项目在国家973、自然基金、核高基、发改委专项等一批科研任务支持下,研究了新型网络和芯片工艺环境下的密码系统攻防技术,研制了满足深度检测和科学实验需求的分析工具,设计开发了金融、社保、电网等领域的高安全密码芯片系统。1、密码算法的数学统计分析和安全高效计算方法:为突破密码核心算法的安全强度边界,提出了Rijndael、Camellia、ARIA等国际标准算法的不可能差分分析和线性分析方法,找出了新的统计分析路径,为攻击密码芯片系统提供了更强的数学工具;为解决密码芯片核心算法的安全高效计算问题,发明了椭圆曲线点乘算法的抗无穷远点攻击方法,导出了双线性对计算公式和双基链表示。2、密码芯片系统的组合旁路攻击和层次化防护技术:为解决理论攻防方法与工程实现的脱节问题,提出了数学统计和物理分析相结合的组合旁路攻击,建立了组合逻辑功耗模型,设计了基于比特的通用差分功耗分析方法;首次发现了现有3G/4G USIM芯片的核心安全问题,攻破了基于AES的Milenage认证实现,为纳米级芯片的组合旁路分析提供了实证;提出了采用随机扰乱、功耗平衡、基于PUF技术等的综合防护方案,解决了芯片系统的层次化防护问题。3、密码芯片系统的软硬件协同测评工具和平台:为支撑密码芯片系统的组合旁路攻击测试,突破了高精度采集和软硬件协同分析等难点,发明了支持多种接口的旁路信息采集装置、运放增益控制电路、基于类可分性判据的旁路区分器,研制了功耗/电磁辐射采集、数学统计和旁路综合分析等软硬件支撑工具,打破了国外4家公司的垄断,构建了密码芯片系统测评平台,支持对国际标准和国密算法产品及应用的安全测评,填补了国内在该类测评工具产品上的空白。4、设计实现高安全等级的自主密码芯片:为实现高安全低代价的密码芯片,发明了基于分组密码算法的通讯数据流加密方法、时序修复方法、同步FIFO电路系统等,并采用公钥算法的安全快速计算公式和层次化防护技术,设计量产了7款密码芯片,首家通过了国际CC EAL4+的安全测评认证,获得了EMVCo芯片安全认证等证书。项目申请发明专利51项(其中授权26项),授权实用新型专利3项,布图7项,著作权11项,行标3项,企标2项,SCI/EI论文106篇,著作1本,实现了芯片量产和测评服务。
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