電氣工程領域值得研究的方向有哪些？

研究方向怎麼選？畢業論文怎麼寫？博士怎麼畢業？電氣工程專業值得研究的方向有哪些？

根據國家重點研發計劃「智能電網技術與裝備」重點專項的部署，電氣工程與智能電網領域目前亟需攻關的重大課題包括：大規模可再生能源併網消納、大電網柔性互聯、多元用戶供需互動用電、多能源互補的分散式供能與微網、智能電網基礎支撐技術。上述五大核心技術涵蓋了23個細分的重點研究方向，皆可作為電氣工程專業研究生的論文選題方向。

一、大規模可再生能源併網消納

1.1大容量風電機組電網友好型控制技術

針對大規模風電接入後電網的安全穩定運行需求，研究大容量風電機組的電網友好型發電控制技術。包括：典型雙饋和直驅風機寬頻動態特性及量化分析方法；風力發電機組對電網慣量和一次調頻支撐的優化控制技術；風力發電在電網次/超同步頻率的動態特性優化控制技術；電網故障暫態過程中風力發電設備支撐電網電壓和頻率的優化控制技術；不同電網運行條件下風力發電機組的載荷分析及穩定優化控制。

1.2分散式光伏多埠接入直流配電系統關鍵技術

研究分散式光伏多埠接入直流配電系統的集成優化技術及裝備，提高規模化、高滲透率分散式光伏併網消納能力。包括：分散式光伏多埠直流變換器的拓撲結構、參數、與系統的相互影響；中壓或低壓直流併網的分散式光伏系統集成和工程設計技術；中、低壓光伏多埠直流變換器研製；含高比例分散式光伏的直流配電系統控制、保護和運行技術；MW級實證平台總體方案、關鍵技術及裝備實證研究。

1.3促進可再生能源消納的風電/光伏發電功率預測技術

研究面向電力生產部門和風電/光伏場站的一體化功率預測和優化調度技術，以提升風電/光伏等新能源發電功率預測水平，提高預測結果在可再生能源發電調度中的應用程度，促進可再生能源消納。包括：針對中長期調度的電量預測和考慮風電/光伏發電季節性及隨機性的年月調度方法；針對日前日內短期調度的概率預測技術和多空間尺度短期功率預測技術；考慮資源關聯性等因素的風電/光伏超短期功率預測技術；考慮預測不確定性的風電/光伏風險調度決策方法；應對風險的備用容量優化配置與緊急控制技術。

二、消納大電網柔性互聯

2.1500kV及以上電壓等級經濟型高壓交流限流器技術

面向高壓交流電網的短路故障電流超標問題，開展經濟型高壓交流限流器技術研究。包括：高壓交流限流器的電路拓撲結構和高電壓絕緣、電磁兼容、動熱穩定性等的設計；限流器的大容量通流、快速開關和動作等關鍵部件的製造技術；電網的短路故障檢測與快速辨識技術；限流器的運行控制和保護技術，以及限流器與斷路器的匹配與協調運行技術；限流器的試驗技術及相關標準規範。

2.2超導直流能源管道的基礎研究

開展基於天然氣等燃料的混合工質溫度的輸電/輸送燃料一體化超導能源管道的應用基礎研究和樣機的研發，以推動超導技術在輸電和能源輸送中的應用。包括：基於天然氣的混合工質的研製及其傳熱與絕緣特性；超導材料在混合工質溫度的電磁特性及其變化規律；輸電/輸送燃料一體化超導能源管道的原理和結構、熱損耗變化規律及液體燃料輸送速率對能源管道溫度分布的影響規律；輸電/輸送燃料一體化超導能源管道及其高壓電流終端的設計和製造關鍵技術、低溫高電壓絕緣技術；輸電/輸送燃料一體化超導能源管道燃料輸送的運行控制技術及試驗規範等。

2.3互聯大電網高性能分析和態勢感知技術

綜合考慮交直流互聯大電網在線安全穩定分析的時效性、準確性和規模，研究基於廣域實測穩態/動態信息的在線建模與高性能精準模擬、態勢感知與趨勢預測技術，提高電網運行效率和安全性。包括：複雜電網動態潮流、拓撲和參數等多元基礎信息的一體化實時感知方法；分布分層動態設備元件集的測辨建模理論及技術；針對各種典型故障擾動的大電網在線超實時機電-電磁混合模擬技術；基於RTU/PMU等海量數據的電力系統動態特徵分析、趨勢預測及可視化方法；考慮電網動態特徵的電力系統在線綜合動態安全穩定評估方法。

2.4柔性直流電網故障電流抑制的基礎理論

針對未來柔性直流電網弱阻尼帶來的故障電流快速上升問題，研究多電壓等級柔性直流電網故障電流抑制的理論與方法。包括：柔性直流電網網架結構、穩態與暫態潮流轉移的相互影響機理；柔性直流電網運行特性、暫態相互作用機理及故障演化規律；提高柔性直流電網故障電流抑制能力的電力電子裝置拓撲及其控制策略；計及故障電流抑制裝置的柔性直流電網故障電流協同抑制方法；柔性直流電網裝置建模與數字-物理混合模擬方法。

三、多元用戶供需互動用電

3.1中低壓直流配用電系統關鍵技術

開展中低壓直流配用電系統關鍵裝備和技術研究，突破中低壓直流配用電系統關建技術瓶頸，攻克多電壓等級直流配用電系統安全穩定運行難題，提高系統運行效率和供電可靠性。包括：研究適應不同應用場景的直流配用電系統電壓等級序列及典型供用電模式；研發滿足中低壓直流配用電系統要求的直流斷路器、直流計量和保護用感測器等關鍵設備；研究多換流器併網及多電壓等級直流配用電系統的優化運行控制策略；研究多電壓等級直流配用電系統保護方法與關鍵技術；開展技術集成化示範應用。

3.2海上多平台互聯電力系統的可靠運行關鍵技術

針對海上油氣開採、處理及輸運電力系統高可靠運行的需求，研究海上多平台互聯電力系統的結構優化、保護控制以及模擬分析技術。包括：海上多平台互聯電力系統的結構優化方法及可靠性評估方法；海上平台電力系統的故障模式及保護和自愈控制方法；海上平台綜合用能管理系統；海上電力系統關鍵部件的動態模型研究，分析正常、過載及主要故障模式下關鍵部件的應力特徵。

3.3電力系統終端嵌入式組件和控制單元安全防護技術

為保障電力系統和智慧能源的安全穩定運行，針對電力系統智能設備安全互聯、現場移動作業需求，研究電力監控系統晶元內核、電力終端內嵌入式組件和控制單元的安全防護及檢測技術。包括：電力監控系統晶元電路級安全防護技術；電力專用CPU及晶元和內嵌入式操作系統（Embedded Operating System）；具有主動免疫能力的電力終端內嵌入式組件和控制單元；電力工控終端與嵌入式控制單元的安全監測與防滲透技術；電力系統邊緣計算的安全防護技術。

3.4面向新型城鎮的能源互聯網關鍵技術

針對新型城鎮清潔能源開發和利用的技術需求，研究能源互聯網關鍵技術並實現工程示範。包括：能源互聯網中能源系統架構及規劃設計方法；能源系統運行優化方法與能量優化管理技術；用戶個體及群體能源消費特徵分析與預測方法、能源交易模式及信息支撐技術；能源互聯網技術經濟評價理論與評價方法；新型城鎮能源互聯網示範工程。

四、多能源互補的分散式供能與微網

4.1可再生能源互補的分散式供能系統關鍵技術

針對與可再生能源互補的分散式供能系統，提升終端能源綜合利用效率，開展可再生能源與化石能源互補的分散式發電與熱/冷聯供技術研究。包括：具備可再生能源互補特徵的分散式能源系統設計技術；利用太陽能等可再生能源製備清潔燃料並應用於發電的技術；動力餘熱驅動冷電聯供的關鍵技術；多能互補與電採暖/熱泵結合的熱電聯供技術；分散式系統全工況主動調控和優化控制技術。

4.2分散式光伏與梯級小水電互補聯合發電技術

研究分散式光伏與梯級小水電聯合併網發電系統和變速恆頻抽水蓄能技術。包括：梯級水光互補電站容量優化配置及接入技術；分散式光伏與梯級小水電互補系統運行特性及系統穩定性分析；梯級水光互補電站聯合運行控制與智能調度技術及系統；基於變速恆頻的可逆式水輪發電機組關鍵技術；開展梯級水光互補聯合運行發電系統示範應用。

五、智能電網基礎支撐技術

5.1梯次利用動力電池規模化工程應用關鍵技術

針對我國大量動力電池退役的形勢，研究在智能電網中規模化工程應用的動力電池梯次利用關鍵技術，包括：退役動力電池電芯和模塊的健康狀態評估和殘值評估技術；梯次利用動力電池快速分選和重組技術；梯次利用動力電池電、熱和安全管理技術；梯次利用動力電池應用場景分析、再利用壽命評估和經濟性評估技術；梯次利用動力電池再退役標準。

5.2高安全長壽命固態電池的基礎研究

針對智能電網對本質安全、超長壽命、低成本先進儲能技術的廣泛需求，研究儲能型固態電池的基礎科學問題和關鍵技術。包括：固態電池電極與電解質關鍵材料體系；固態電池中熱力學、動力學、界面及穩定性研究；固態電池電芯的設計和製備；固態電池在全壽命周期中的失效機制及健康狀況評估；固態電池的安全性評測方法和標準。

5.3MW級先進飛輪儲能關鍵技術研究

針對電網對短時高頻次的儲能技術需求，研究先進飛輪儲能單機及陣列技術。包括：飛輪本體技術；研製低損耗高速電機及控制系統；高可靠性大承載力軸承系統技術；飛輪儲能陣列的控制技術；飛輪陣列系統的集成應用技術。

5.4液態金屬儲能電池的關鍵技術

針對智能電網中小型分散式儲能的需求，研究新型液態金屬儲能電池的關鍵技術。包括：高性能電極和電解質材料；電池液/液界面的穩定控制技術；電池的高溫長效密封關鍵材料與技術；電池循環壽命及失效機制；電池成組技術及能量管理系統。

5.5碳化硅大功率電力電子器件及應用基礎理論

面向未來智能電網對碳化硅大功率電力電子器件的需求，研究15kV碳化硅大功率IGBT器件用晶元和器件封裝的應用基礎理論。包括：碳化硅材料性能對晶元電氣特性的影響機理；提高晶元電氣性能及功率的結構和方法；器件封裝多晶元並聯均流、電氣絕緣、電磁兼容和驅動保護方法；器件的老化機理和可靠性的提升方法；器件的高壓串聯技術與柔性直流換流閥功率模塊的應用驗證。

5.6大容量電力電子裝備多物理場綜合分析及可靠性評估

智能電網用電力電子裝備所佔比重日益增加，在此背景下研究10MVA以上高密度大容量電力電子裝備的可靠性評估理論和方法。包括：關鍵部件在複雜工況下的多物理場綜合作用與多時間尺度交互機制；關鍵部件級與裝備級的動態失效機理與安全運行域刻畫方法；關鍵部件的電磁應力、溫度及老化狀態的在線提取方法與驗證；裝備的多物理場聯合建模和模擬方法；裝備的優化設計與可靠性評估方法。

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