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青年才俊展风采 谱写风电新华章

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青年才俊展风采 谱写风电新华章

“不忘初心、牢记使命,建功新时代——展风采树楷模”榜样精神宣传人物——耿华,中国电源学会党委推荐

人物简介:耿华 清华大学自动化系主任助理

人物详细介绍-

一、科研方面:

耿华 博士,国家优秀青年基金获得者、清华大学长聘副教授、博士生导师、自动化系主任助理、副所长、能源互联网创新研究院智能仿真研究室主任。

2003年于华中科技大学电气与电子工程学院获学士学位,2008年于清华大学自动化系获博士学位,2008.10-2010.5,在加拿大Ryerson大学从事博士后研究工作,2010.6至今,在清华大学自动化系从事电力电子及新能源发电技术的相关教学科研工作。主讲国家级精品课程《模拟电子技术基础》;主持国家自然科学基金优青、重点、中英国际交流和青年项目各1项、国网/南网等企业项目多项,作为技术骨干参加国家重点研发计划、863、中英重大国际合作等项目多项;出版科学著作1部,发表论文100余篇,其中SCI收录论文34篇,高被引论文2篇;授权中国发明专利9项,获国际会议最佳/优秀论文奖5次;入选2013年“北京高校青年英才计划”,获2013年中国电源学会“青年奖”、2014年美国台达环境与教育基金会“中达青年学者奖”、2016年教育部(教指委)青年教师电子技术基础课程竞赛全国一等奖、华北地区一等奖,被遴选为2018年IET Fellow。主要学术兼职包括:IEEE高级会员、IEEE Trans. on Sustainable Energy Editor、IEEE Trans. on Energy Conversion Editor、IEEE Power Engineering Letters Editor、IEEE Trans. on Industry Applications Associate Editor、CPSS Trans. on Power Electronics and Applications Associate Editor、Chinese Journal of Electrical Engineering Associate Editor、电力系统自动化特刊编委、电源学报特刊主编、中国电源学会常务理事、中国电源学会青年工作委员会主任、中国电工技术学会电气装置专委会副秘书长、中国自动化学会电气自动化专委会副秘书长、中国自动化学会青年工作委员会常务委员、北京自动化学会理事、中国可再生能源学会可再生能源发电并网专委会委员等。

科技成果方面,围绕电力电子技术在电力系统中的应用和新能源发电系统的并网控制问题展开研究并积极通过校企合作将研究成果产品化。电力电子技术方面,主持和参与开发了中低压等级的有源电力滤波器系列产品,已实现技术转让,相关产品已通过国网电科院型式试验和相关科技成果鉴定,并已实现批量化生产;新能源发电系统方面,与东方日立合作开发了MW级直驱风机变流器系统,相关产品已用于实际风电机组。

二、教书育人方面:

近五年来,承担主讲国家级精品课程《模拟电子技术基础》,课程面向大二学生,每年有近180人选修;2015年起,参与开发其MOOC课程,迄今已有5万多名学生注册。近五年来课堂教学学生评价均为优秀,获2016年教育部(教指委)青年教师电子技术基础课程竞赛全国一等奖、华北地区一等奖,2017年中国自动化学会高等教育教学成果奖一等奖。

本课程为学生的工程类入门课,通过多年实践,被推荐人将教学重点定位于“培养学生工程类思维能力”。围绕该定位从以下四个方面展开课堂教学:1) 工程性方面,从设计的角度讲述基本电路,展现不同电路的演变过程,帮助大家理解定性分析、定量估算的必要性;2) 辩证性方面,注重讲解不同电路的应用局限性,引导学生思考其改进方法以及所需付出的代价,从而理解“有一利必有一弊”的辩证性思维方法;3) 系统性角度,引导学生将需求、功能、背景和应用结合起来认识电路,体现系统性思维理念;4) 实践性角度,通过课堂仿真、实验展示,以及课外仿真和实验作业,帮助学生理解理论知识、提高实践能力。

被推荐人也积极探索新的工程类教学方法。作为IEEE Power & Energy Society (PES)大学教育活动委员会成员,多次参加“企业合作与大学工程教育”等研讨,并于2015年在IEEE PES General Meeting发表相关观点。2017年,被推荐人承担清华大学教改项目“工程类课程小班研讨混合教学模式探索”,尝试将工业实践、科研训练和翻转课堂结合起来,应用于工程类课程教学,效果显著。

近年来,被推荐人指导SRT学生6名,毕业设计11人,其中2人获清华大学优秀毕业论文;硕士研究生13名,其中2人获清华大学优秀硕士论文;博士生5人;所指导研究生获国际会议最佳/优秀论文奖5人次。

被推荐人自2010年以来一直担任清华大学自动化系国防生班主任,获2015清华大学优秀班主任。针对国防生的特殊性以及期间军队政策调整对学生思想的影响,做了大量细致的引导工作;组织多次实践和交流帮助学生认知军队,引导学生努力学习、献身国防。自01班获2011校国防生队列会操第一名、2011、2012系甲团评比优胜奖等,一名同学获2014清华大学“启航奖”金奖;自41班获2015国防生队列会操第三名、大三学年班级平均成绩为全系第二。

被推荐人于2017.7以来担任系学生工作组组长。围绕思想建设、专业认知、班团建设等方面开展大量工作,通过定期理论学习和研讨,统一思想、培养后备学生干部、发挥党支部战斗堡垒作用;继续推动实施系友导师计划、科技文化月、社会实践等活动,提升同学专业认知水平;通过群众体育活动传承系体育精神。任内自45以第一名的成绩获得“校先进班集体”荣誉,并被推荐参评“北京市先进班集体”;马杯赛事取得男篮三甲等多项突破、得分全校领先;首次获一二·九歌咏比赛综合二等奖、优秀主题活动奖和精神风貌奖;成功举办学生节“自定义?自画像”、新生C语言比赛等20多项活动。

三、具体研究内容和成果:

风力发电是应对能源和环境危机的重要手段,近十年来发展迅速。目前,在全球许多地区,风电占电网供电比重已超过20%,局部地区甚至达到50%。然而,大规模风电接入给电力系统的安全运行带来风险:引起电压频率大幅波动、次同步/低频功率振荡、暂态失稳等。以我国为例,2010年以来,因为风电接入引起的电网运行事故有200多起,其中,特大型事故达16起,造成了数百亿元经济损失和重大负面社会影响。

上述问题的主要诱因是风电输出功率(能量)特性不够“友好”。现代风电系统一般采用变速恒频结构,其能量转换环节和传递关系如图1.1所示,各环节具有以下特点:风能存在不确定性波动;机械能传动链呈柔性和弱阻尼性;电能变换器具有暂态弱生存性。上述特点使得并网风电:静态时存在功率波动(秒~分钟级)、动态时易出现功率振荡(毫秒~秒级)、暂态故障时易退出运行/脱网(毫秒级),给电网注入了不同时间尺度的动态能量冲击,威胁电网的稳定运行。

应对此问题的传统思路为:一是通过弃风(限制风电出力)减小风电对电网的冲击,此方法已为产业界所采用,近5年来,我国平均弃风率为16%,年经济损失超过百亿元;二是通过增加储能以改善风电功率特性,由于成本较高,该方法还处于科研和应用示范阶段。以上思路未充分发掘风电的控制潜力、经济性较差。事实上,风电系统在各个环节具有多个控制自由度,若能通过主动控制对各环节的能量转换进行优化,则可改善风电输出特性,减少对电网的不利影响。

被推荐人近十多年来系统性地研究了风电系统能量优化与控制中的关键理论和技术问题,主要创新性成果如下:

(1) 提出了鲁棒动态逆桨距控制方法,实现了静态风电能量的主动控制,减小了静态能量波动对电网的冲击;

(2) 揭示了风电机组轴系扭振及输出功率振荡机理,提出了基于振荡功率观测器的有源阻尼方法,减小了动态风电功率振荡对电网的冲击;

(3) 求证了暂态电网故障下风电系统的能量输出量化极限,提出了深度不对称故障下风电系统的暂态电流指令优化方法,提高了风电系统的暂态生存和低电压穿越能力;

(4)  提出了基于相位前馈的可变中心频率全数字锁相环,解决了电网频率波动和电压相位跳变条件下的快速锁相难题,提高了风电输出功率(能量)的控制精度和动态响应速度。

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