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王祥珩教授等完成的“交流电机系统的多回路分析技术及应用”项目获2012年度国家技术发明奖二等奖

交流电机系统分析理论和技术的新突破

记者 赵姝婧

   在清华大学2012年度国家科技奖获奖成果中,有一个获奖项目跟其他相比颇有不同:项目的第一、第二完成人皆是清华大学的退休老教授,他们在退休后仍然坚持科研工作,而且都已进入古稀之年。

  少年英姿,如今华发。几十年来,清华大学电机系退休教授王祥珩及其科研团队扎实做科研,在电机理论、电气传动和控制、电机故障分析及保护等方面取得了一系列突破,科研成果和学术书籍多次获得国家级和省部级奖项。“我们国家的电力产业发展离不开电机技术,一定要时刻以国家需求为己任,这样的责任感要坚守一生。”王祥珩说。

  2013年,王祥珩团队凭借“交流电机系统的多回路分析技术及应用”项目荣获国家技术发明奖二等奖。

 

王祥珩(前左一)及团队成员。

坚实根基  清华铸就

  在王祥珩的书柜里,珍藏着一本厚厚的博士论文。翻开已经略微泛黄的书页,清秀隽永的钢笔字映入眼帘。令人感叹的是,这100多页的、正反面写满整齐计算公式的博士论文,竟然是一笔一划完成的手抄本。

  “这篇博士论文是我几十年来科研工作的‘根基’和出发点,我一直珍藏着,可以说团队这次获奖,也是这篇论文的不断扩展和延伸。”王祥珩说。

  从1958年考入清华大学开始,王祥珩的人生就与祖国的电机事业紧密相连。1968年,王祥珩被分配到东方电机厂工作,从事了数年大型电机科研及实验工作。1978年他考回清华继续读研究生,毕业后留校任教,1986年获得清华工学博士学位。

  读博期间,在清华大学原校长、导师高景德先生的指导下,王祥珩在博士论文中首先提出交流电机的多回路理论。“高先生治学严谨、严肃认真,在科学上从不敷衍。我现在的很多成绩,都是在博士论文基础上取得的。” 王祥珩说。导师对他学术上的指导,让王祥珩受益匪浅。在高先生的严格要求下,王祥珩形成了严肃认真的研究风格,练就了静心搞科研的“定力”。

  多回路模型是前人没有做过的,王祥珩把电机看作由相互运动的多个回路的电路,通过复杂的公式、繁琐的推导,独立完成了其中主要的模型建立和参数计算工作,为今后的科研工作奠定了基础。

  经过30多年的努力和辛勤工作,王祥珩团队形成了完整的交流电机系统多回路分析技术,并在工程中得到了广泛应用。

  “科技必须要创新。国外的先进技术我们要学,也必须学。但我们不能老是跟在外国人后面走,我们要有自己的新东西,要有自己独创的、而且对国家科技发展有重大效益的新知识。其中,我们团队研发的交流电机系统的多回路技术就是国外没有而由我们自己发明的新技术。”王祥珩肯定地说。

  交流电机系统的多回路技术既是电机新的理论体系,又是分析电机系统运行性能的新手段和新技术。这项技术现已应用到我国三峡等巨型水电站的发电机主保护设计等多项工作中,已在我国大型发电机保护和特殊电机系统设计和性能分析中发挥了重要作用,为我国电力系统的安全运行和海军动力系统的发展作出了重要贡献。

团队合作  薪火相传

  王祥珩科研团队形成于1998年,多年来与王祥珩并肩作战的还有我校电机系退休教授、我国电力系统保护领域著名专家王维俭。当时参与项目的四位年轻成员相继入学攻读清华博士学位,作为创新的骨干和新生力量,项目的8项专利都是他们在两位老先生的指导下完成的。“这个课题从我做博士论文开始,一直到2005年招收的最后一名博士生毕业,前后有6位博士参与研究,正是他们的齐心协力才有了今天的成果。”王祥珩回忆说。

  多年来养成的科研“定力”,使得王祥珩和他的团队成员们特别享受全身心投入科研的感觉,“我常常对大家说,当你做研究时,一定不要有太多的功利观点和杂念,你重点要关注的,是你笔下的那些公式和概念。试想一下,一个洒满阳光的午后,一颗安静的心,几叠白纸,一列公式,这就是最好的人生。”每次提到这里,王祥珩总会露出欣然的微笑。

  简单纯粹,刻苦勤奋。多少年来,王祥珩团队并不刻意追求科研成果的申报,而是踏实思考,凭着对科学的热爱和刻苦勤奋的工作,攻下了一个又一个科研难题。“我们拥有一支优秀的团队,他们不仅有坚定的信念和科学的研究方法,而且注重团结协作、优势互补、各尽所能。”王祥珩说。

  “实践是检验真理的唯一标准,基础理论工作的正确性需要大量的实验来检验。”这是王祥珩最常说的一句话,也是团队开展科研工作的准则。王祥珩团队先后在5种类型的6台电机上进行了多种实验,目前正在进行的电机转子故障项目,又有三台专门的电机用作实验研究。实验电机既有凸极电机,又有隐极电机;既有实验室电机和动模电机,又有工厂的中型电机;实验条件多种多样,既有正常运行工况,更有故障运行状态;测量比较的既有暂态过程,又有稳态过程;短路故障既有外部短路,又有多种内部短路。实验对比全面,具有代表性,分析计算结果与实验结果的比较表明了多回路分析技术的正确性和准确性。一路走来,王祥珩团队在真机实验方面作的很多不可或缺的踏实工作,奠定了多回路分析技术的坚实基础,为之后取得重大突破埋下了伏笔。

科研创新  攻坚克难

  在科研的原野上,辛勤劳作必将收获丰硕。项目组经过多年的悉心灌溉,终于收获了创新的果实。交流电机系统的多回路分析技术提出了基于电机实际电路的全面通用的多回路分析模型,把电机看作由若干相互运动的回路组成的电路。发明了一套完整的以单个线圈为基本单元的电机多回路参数计算技术,解决了电机时变参数的计算问题。发明了基于电机内部物理概念的内部故障稳态过程的求解技术,物理概念清晰,求解速度快。

  “这一系列国外还未发明的、完全由我们自主研制的新技术,突破了传统电机理论的限制,形成了电机理论新的体系,开拓了电机研究的新领域,整体水平在国际居于领先位置。”王祥珩说。

  项目的意义不仅于此。作为一项具有自主知识产权的技术,交流电机系统的多回路分析技术既是电机新的理论体系,又是分析电机系统运行性能的新手段和新技术,不仅大大推动了电机分析及继电保护学科的发展,对于电力安全和国防安全同样具有重要意义。

  项目组将多回路分析技术应用于交流电机内部故障保护,与电力系统继电保护学科相结合,发明了大型发电机主保护配置方案的定量化设计技术,彻底改变了国内外以往仅凭概念和经验的定性设计理念,开辟了我国自主保护设计的新局面。

  此外,团队还成功地将多回路分析技术应用于含有电力电子装置的交直流混合供电发电机系统和多相高速整流异步发电机系统的性能分析中,为设计和研制提供了依据。这些特殊的电机系统的研究成果已实际应用于海军装备的设计中,受到总装备部、国防科工委和海军装备部的高度重视,为国防安全作出了贡献,对国防建设具有重大意义。

  面对取得的成绩,王祥珩谦逊从容。“这次获奖,是对我们团队30年科研工作的肯定,是对我们继续开展科研工作的一种激励。”相对于奖项本身,王祥珩关注更多的是项目成果的应用情况,希望成果能在国民经济和国防建设中发挥更多作用。

  虽然已经退休八年多了,王祥珩还是坚持每天上午九点和下午三点准时到实验室。科研无止境,王祥珩团队在电机领域开拓创新的步伐仍未停止。近日,王祥珩获得了由中国电机工程学会和美国电机电子工程学会的电力与能源分会(IEEE PES)共同发起设立的“顾毓秀电机工程奖”(2013年度),以表彰他在交流电机动态分析领域学术研究及教育方面的杰出贡献。“未来的路还有很长,我们相信,将来会有更多电机领域的‘攀登者’,会产生更为出色的科研成果,为祖国的电机事业发展作出更多、更大的贡献。”王祥珩畅想着未来,充满希望。

   项目介绍  

  【项目名称】 交流电机系统的多回路分析技术及应用

  【项目成员】 王祥珩  王维俭  王善铭  桂林  孙宇光  毕大强

  【项目介绍】 项目为电气工程领域的电机电器与电力系统保护学科的交叉研究。发明了交流电机系统的基于实际电路的多回路分析技术;单个线圈为基本单元的多回路参数计算技术;基于内部物理概念的求解技术;大型发电机主保护配置方案的定量化设计技术。突破了传统电机理论限制,形成了电机理论新的体系,开辟了主保护设计的新局面。已成功应用于龙羊峡和三峡等国内外70座大中型电站。

  获发明专利8项,出版专著4部(1部为英文专著),发表论文197篇。相关著作内容被他引1001次,论文被他引1247次。

  来源:新清华 2013-12-27

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2014-01-03 13:49:16]
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