中国科学院电工研究所高技术研究为主的电工专业科研基地型研究所

中国科学院电工研究所是以高技术研究发展为主的电工专业科研基地型研究所，是以发展电工电能新技术为学科方向的国家科研机构，在全国电工科技布局中具有独特的地位。中国科学院电工研究所是1958年在原中国科学院机械电机研究所的部分研究室的基础上在北京筹建，l963年正式成立的。高电压技术的研究从过去主要研究高电压输变电工程中的高电压技术问题改为开展高压脉冲放电技术及其应用的研究，特别是液中高压脉冲放电和快脉冲放电技术的研究，大型电机的研究除保留部分原有的内容外，重点转为开展特种电机的研究。

中文名

中国科学院电工研究所

外文名

INSTITUTE OF ELECTRICAL ENGINEERING CHNIESE ACADEMY OF SCIENCES

简称

中科院电工研究所

创办时间

l963年

所属地区

中国北京

简介

创建

中国科学院电工研究所（以下简称电工所）于1958年在北京开始筹建，迄今已有50余年的历史，是我国从事电气科学研究的唯一国立研究机构。

创建50多年来，电工所一直承担着国家能源与电气领域的战略高技术发展及电气科学前沿研究的任务，在电力系统稳定性、电力系统自动化、大型电机、高电压技术、电工测量仪器、电弧风洞技术、大型电感储能技术、电火箭技术、微特电机、特种电源、电加工与离子束加工、计算机应用、数控机床、超导磁体系统、磁流体发电等方面取得了科研成果500余项，其中100余项已在多个领域得到了推广应用，先后获得国家和中国科学院及其他部级奖励100余项。

发展及主要成果

近10年以来，我所进一步面向国家重大战略需求、面向学科前沿，不断加强新能源、智能电网及电力节能方面的高技术研究开发布局，不断加强电气科学与材料、信息、生物和纳米科技等方面的前沿交叉科学研究，已经成为国内新能源利用、智能电网、电机与电力电子及电气驱动、应用超导技术及电气科学前沿交叉等领域的核心与骨干研究机构，在国际同行中享有很高的声誉和广泛的影响，在大型电机蒸发冷却技术、太阳能和风能发电并网技术、太阳能热发电技术、微型电网及储能、电动汽车及轨道交通的牵引供电与控制技术、脉冲功率技术、电磁推进技术、超导电力技术、超导磁体技术、磁共振成像技术、电子束曝光技术等方面取得了一大批实用化的技术成果，在太阳能电池、超导材料、生物电磁学、微纳米加工等方面取得了多方面重要的基础性科学研究成果。

多年来，电工所与美国、德国、法国、英国、日本、澳大利亚等20多个国家和地区建立了广泛的科技合作和交流。近10年来，成功主办（承办）了电磁场、磁流体发电、电机及系统、可再生能源、电气驱动、应用超导及低温工程等领域10余次重大的国际学术会议。

研究所现设有9个研究部，分别是可再生能源技术研究部、电力电子与电气驱动技术研究部、电力设备新技术研究部、电力系统新技术研究部、极端电磁环境科学技术研究部、应用超导重点实验室、生物医学工程研究部、微纳加工技术研究部、前沿探索研究部；拥有4个院重点实验室，1个检测中心，1个咨询与培训中心，8个联合研究实验室；拥有中国科学院院士和中国工程院院士各1名。

1977年，当国家恢复研究生招生制度后，电工所按照中科院部署，在同年下半年启动研究生招生工作。1981年，电工所被国家批准为首批学位授予单位；2000年，电工所获得“电气工程”一级学科硕士、博士学位授予权；2001年，被人事部、全国博士后管理委员会批准设立电气工程一级学科博士后流动站；2006年在全国一级学科评估中，电工所整体水平排名位列全国科研院所第一。

历史沿革

来历

中国科学院电工研究所是1958年在原中国科学院机械电机研究所的部分研究室的基础上在北京筹建，l963年正式成立的。它是中国科学院内唯一从事电工学科研究的专业研究所。在建所初期，全所工作围绕我国电力建设与发展的需要，国防特种电工装备的需要和电加工技术的发展，开展了电力系统稳定和运行方式，电力系统自动化，大型电机，高电压技术，电工测量和仪器仪表，暂冲式电弧风洞用电弧加热器，脉冲放电风洞电源，大型电感储能装置，电火箭，微电机，特种电源，电火花、电子束、离子束与等离子体加工技术等多方面的研究与研制工作，为我国电力的发展，国防现代化及电加工技术的产业化做出了一系列重要贡献，培养、锻炼了一批有良好基础和实际工作能力的科技骨干队伍。

调整

1965年，由予全国统一动力系统建设的要求放慢，并为了避免与产业部门和高等院校间的不必要重复，科学院对我所的研究方向进行了调整，由原来研究全国统一动力系统建设中的关键电工科技改为针对相对近期国民经济和国防建设的需要，大力发展电工新技术及其应用的研究。并对原有的研究工作作了相应的调整，中止和外调了有关电力系统稳定和电力系统自动化方面的工作。调整了高电压技术和大型电机的研究内容。高电压技术的研究从过去主要研究高电压输变电工程中的高电压技术问题改为开展高压脉冲放电技术及其应用的研究，特别是液中高压脉冲放电和快脉冲放电技术的研究，大型电机的研究除保留部分原有的内容外，重点转为开展特种电机的研究。

改名

十年动乱期间，体制变动较多。1968年我所划归国防科委领导，改名为国防科委第五0六研究所，主要研究方向是发展电火箭技术，并计划分建第一五。八所，发展大功率脉冲电源。1970年重回科学院，恢复了原来的所名和工作。l972年为了加强磁流体发电研究，将原来的磁流体发电研究组改建为磁流体发电研究室。l973年我所与科学院其他五所一厂一起下放北京市，实行中国科学院和北京市的双重领导，改称为中国科学院北京电工研究所。1978年重新归中国科学院领导，仍称中国科学院电工研究所。

发展

自七十年代以来随着科学技术的不断发展，我所陆续开辟了超导电工，计算机在电工中的应用和微电子束加工技术等新型学科的研究，并建立了相应的研究室。l979年所的研究方向根据科学院长远发展规划的要求，定为“发展电工电能的应用基础理论及其新技术”。为此，对有关课题作了一些调整，新开辟了太阳能热发电研究，调出了电火箭的工作。1982年太阳能热发电研究转为太阳能热利用与光伏发电研究，与风力发电研究一起于1986年组建成新能源研究室。

工作

为了贯彻科研体制改革的方针，我所于l984年建立了“中国科学院电气高技术公司”(原名“中国科学院电工新技术开发公司”)，从事科研产品的开发、生产、技术贸易和技术服务等工作，并已开发出体外冲击波碎石机，电子束焊接机，电火花震源等多种产品，占领了市场，取得了效益。l990年进行了初步的机构调整，原特种电机与微电机研究室合并为统一的电机研究室，在原电加工研究室、机电控制系统实验室与伺服电机组基础上组建了电加工和数控技术工程研究发展中心，并组织开展了电工装备CAD，电力电子，磁悬浮技术与磁流体推进技术方面的研究发展工作。

发展战略

根据国家战略需求和科技发展趋势及前沿，结合我所的办所方针和自身特色，确立我所的到2020年的中长期战略发展方向为能源和电力安全科学技术的研究及电气科学的前沿交叉领域的研究。我所科技工作的总体框架可概括为：

一级学科：电气工程

两大领域：能源与电力安全技术领域

电气科学前沿交叉领域

三个替代：在能源与电力安全技术领域，重点发展未来可替代现有技术及应用模式的重大创新技术：可再生能源发电技术、燃油替代的电气驱动交通技术及新型电力系统核心技术。

五个探索：电气科学前沿交叉领域，重点探索电气科学与生物学、物理学、材料科学、纳米技术和信息技术的交叉融合从而产生的电气科学前沿交叉方向，积极鼓励新的科学思想和原始性创新。

根据国家能源和电力方面的战略需求，把能源与电力安全科学技术的研究作为我所的重要战略发展方向和核心任务。主要解决：我国自身能源和电力总量供给不足的问题以及由此引起的石油安全和经济安全问题；大电网的安全稳定性问题、供电可靠性和供电质量问题以及由此引起用电设备安全问题。在电气科学的前沿交叉领域开展基础性、前瞻性的研究，主要围绕电气科学的前沿基础问题及其与相关领域的交叉开展原始创新研究工作，为能源与电力安全科学技术方面的持续发展提供支撑和动力。

围绕对国民经济和学科发展具有重大影响的研究方向，部署若干重大项目，坚持自主创新、加强核心技术的攻关、提高基础研究能力。通过这些任务和项目的实施，突破一些重大核心技术和解决一些关键科学问题。

研究领域

领域一

能源与电力安全技术

1）可再生能源发电技术

2）燃油替代的电气化交通技术

3）电力节能技术

4）大型电工装备的蒸发冷却技术

5）超导电力技术

6）分布式电力技术

7）电力储存技术

领域二

电气科学基础和前沿交叉领域

1）电磁生物工程研究

2）超导磁体与强磁场应用技术、脉冲放电与放电等离子体技术

3）材料在强磁场下的电特性交叉研究

4）微纳米系统的电磁场问题研究、微能源系统研究

5）信息化与智能化的数字电工科学研究

根据国家重大战略需求以及知识创新工程任务的要求，从电气工程的学科特点出发，加强学科交叉和融合。整合资源，适时组建一些新的研究单元，部署一批具有前瞻性研究领域和新的学科增长点，例如太阳能电池、分布式电力、电力节能、新型电力储存技术等，及时响应国家重大战略高技术需求，敏锐把握电工科学的发展趋势。根据研究所的方向和重大战略任务，有效组织研究力量，形成重大任务的攻关能力和集团作战能力。在前沿交叉科学领域方面，以学科建设为中心，采取更为灵活的组织方式。

在可再生能源发电技术、应用超导技术、生物电磁技术、大型电工装备的蒸发冷却技术、电机分析及控制技术等3~5个学科方向上达到国内一流水平，提升原始创新能力，成为我国该技术领域在国际上的最主要代表。面向国家安全需求，加强国防科技研究。

充实前沿探索研究部的力量，加强前沿探索研究。成立战略研究中心，加强战略研究。建立信息中心与电气系统仿真实验室，强化公共技术支撑体系建设、建立信息化管理体系。

电力技术

风力发电

风力发电用的发电机及其控制装置

风力田建设、风力机性能测试与监控技术

光伏发电

光伏电站研建，包括DC-AC转换器、并网逆变器及单、双轴并网跟踪光伏发电系统的研制等

风/光互补发电系统工程

太阳电池

非晶硅/单晶硅异质结太阳电池的研究；高效单晶硅太阳电池的研究（效率大于21%）；晶体硅太阳电池产业化关键技术的研究。多层薄膜非晶硅锗太阳电池的研究及产业化相关技术；HIT太阳电池中试技术；高效太阳电池中试线；新型太阳电池的探索。

太阳能热

太阳能“光-机-热”一体化的研究。热解制氢中的高效换热、多相混输、能量转化和系统稳定性理论用于制氢的太阳能槽式聚光反应器的研究真，空管空气集热器应用的示范工程，真空管太阳热水器应用于沼气生产中的探索，太阳能塔式热发电系统总体设计技术及系统集成，高可靠性吸热、传热、蓄热方式的研究和系统建立，塔式太阳能电站的总体设计技术，定日镜总体设计及样机研制。

检测认证

就可再生能源可持续发展方面向国家主管部门提供机制建议；

在农村离网供电的政策研究、技术标准、质量控制、人员培训等方面从事研究；

与国外知名从事可再生能源的机构进行合作，共同开发项目，创办相关的机构；

承担可再生能源电力技术的咨询与培训，为项目单位培训师资；

驱动技术

驱动系统

可用在传统电气传动场合，特别适合于用在船舶推进、电动车辆等要求高可靠性、大功率的场合

系统研发

a)独立电源系统：45kW～150kW不同功率等级的直流－直流变换器，采用数字控制技术，方便灵活，输入直流电压范围较宽，输出电压可以根据用户要求设计，系统转换效率高，功率密度高，动态响应速度快。可应用在燃料电池移动电源，智能充放电机，分布式电源系统等领域。

b)电动汽车电气系统稳定性和EMC技术研究。

3.电动汽车电机驱动研发：

a)交流异步电机及其驱动系统：采用先进的全数字矢量控制，用高速DSP实现复杂控制策略。可在电动汽车概念车、燃料电池电动车、纯电动轿车、纯电动大客车和混合动力客车中应用。

b)永磁电机及其驱动系统：在高转矩密度的永磁磁阻电机、数字化矢量控制技术、CAN总线通讯、系统集成等几方面有所突破。系统具有高效电动/发电特性，凸现出混合动力驱动系统的节能优势，可用于混合动力电动轿车上。

c)新型特殊电机驱动系统：电动变速传动系统（EVT），可用于混合动力电动汽车领域。

d)其他：驱动系统等价可靠性研究工作，高效驱动系统技术研究等。

驱动技术

1.现代电力电子变流技术(ModernPowerElectronics)：

高压大功率变流技术

大功率高性能中频电源技术

高压大功率有源电力滤波技术

高品质大功率功率放大器技术

2.先进电力驱动控制技术(AdvancedElectricalDrives)：

交流电机磁场定向控制理论和系统

高速磁悬浮列车牵引控制理论和系统

高速磁悬浮列车牵引供电规划设计技术

BacktoBack变流技术

3.新型非黏着轨道交通技术(NewNon-adhesionTransportationSystem)：

永磁电磁混合式磁悬浮轨道交通技术

直线电机轨道交通技术

汽车电子

1.车用总线：总线设计技术、总线测试规范制定与总线测试设备研发、总线系统的电磁兼容性研究；

2.车用混合动力系统的设计与控制：混合动力系统混合方案的设计、车用高低压电器系统的设计、整车控制策略与控制器研发、道路试验测试系统研发；

3.电动汽车电池管理系统研发：镍氢电池与锂离子动力蓄电池管理系统的研发。

应用超导

主要从事超导电性应用基础研究，发展超导体在电力工业、强磁场技术、通讯技术、医疗和科学研究等方面的应用技术。目前，重点研究方向包括：高温超导电磁物理基础研究、超导电力技术的研究开发、超导电力装置与电网的匹配协调运行、超导强磁场磁体技术及其在空间探索、材料变性处理和生物医学方面的应用研究。

实用超导材料物理基础：复合高温超导带材和块材的电磁物性（磁通动力学、交流损耗、临界特性等）及其与外部电磁场、温度、应力等的相互关系、变化规律和物理机理。CICC导体的稳定性以及超流、超临界和常低压温流体的传质热、低温流体两相流中的非线性问题；热力学及两相流运动规律。

超导磁体物理基础：复合高温超导磁体-热稳定性及其与电磁生物性的相互关系；交流高温超导磁体和脉冲超导磁体的稳定性、失超传播特性和失超保护方法及其与冷却方式和外部干扰（电磁、温度、应力等）的相互关系；低温高电压放电机理。

超导电力应用基础：超导电力装置的原理、动力学特性、电磁兼容、电磁暂态过程及其与电网动态稳定性的相互关系；含超导电力装置的电力系统的动态稳定性理论、控制策略和经济运行理论。

超导强磁场的应用基础：电磁加工和电磁铸造的基础研究；MgB2材料的制备；AMS反物质探测用超导磁体系统的研究；强磁场作用下新材料制备及物性研究。

生物医学

生物医学工程研究部旨在运用工程技术的原理和方法，研究和解决生物学和医学中的生物电工学问题。其主要任务是，从工程学角度解释生物体特别是人体的生理、病理过程，同时从事相应医疗仪器和生命科学仪器的研究和开发。其主要研究方向包括：生物系统建模与仿真、生物医学信号检测与分析、生物医学成像和图像处理、电磁场生物效应、人工器官以及相关的医疗仪器研制等。

目前电磁生物工程研究组已基本形成了电磁场的生物学效应及其机理研究、生物电磁特性和电磁信号的检测及应用研究、生物电磁成像技术研究、人工生物器官研究、纳米生物电磁技术研究五个主要的研究方向。拥有用于生物电磁效应实验的各种电场和磁场设备、电磁仿真环境和生化实验设备，可进行离体和在体的生物电磁实验，能够对电磁作用后的活体及离体细胞进行形态、行为和各种特定生化指标量化检测与分析，拥有检测和分析处理微弱生物电磁信号的设备与技术。

微纳加工

以国家的重大需求为导向，以解决先进光刻的关键技术为目标，在微纳技术及应用领域开展相关的新概念、新方法、新技术方面的前瞻性和基础性研究：

（1）微纳加工技术

（2）微纳检测分析与控制技术

（3）微能量转化技术

微纳加工技术：

微纳加工技术在我所有较好的研究基础，承担并完成了多项科学院和国家项目，在相关领域处于国内领先地位。目前，在科学院创新基金、百人计划人才基金、国家863和973项目的支持下，正在开展65nm-45nm-32nm-22nm微纳加工关键技术研究，尤其是ArF光刻、极紫外光刻（EUVL）、分辨率增强技术、光刻协同设计等关键技术，部分结果国际领先，取得了一系列自主产权专利、软件版权和学术论文成果。

微纳检测分析与控制技术：

微纳检测分析与控制技术，是微纳技术发展必不可少的技术，WeCanMakeItIfWeCanMeasureIt！高精度测量分析技术和相关仪器的国产化，已被政府和有识之士提到了重要的地位。目前，相关研究正在实施之中。

微能量

MEMS(MicroElectroMechanicalSystem,微机电系统)以其低成本、微型化等优势，在汽车、电子、家电、信息、机电、医药健康和生化环保领域有着极其广泛的应用前景和潜在的市场需求。大量的关于MEMS的研究报道都集中在传感器、执行器及相关的特定装置上。其中被广为忽视的两个领域是：(a)如何给这些微小的传感器和执行器提供能量；(b)如何对高度集成器件的热效应进行控制和制冷。MEMS微能源研制和制冷技术的落后已成为MEMS实用化的瓶颈和进一步研究开发的难题，所以研究MEMS微能源系统和制冷技术意义重大。我所在百人计划和863MEMS专项支持下,利用我所在能源领域的优势，已经开展了这方面的研究开发。

综上所述，微纳技术属于未来5－10－20年前瞻性、战略性高技术领域的重要学科领域。电工所微纳技术研究将立足技术创新，结合研究所制定的能源、电力安全和电工理论新技术两大领域发展战略目标，将微纳技术应用到信息、能源、电力、生命科学和健康保健等领域，以满足半导体企业、信息产业、能源、环境、生命科学和人口健康等领域对微纳技术的需求。

新型电力

流体推进

电磁推进技术组以磁流体动力学为发展方向，研究领域涉及环保、医疗、交通运输、船舶推进、分布式发电等方面。科研方向主要有：单管双通道液态金属磁流体波浪能直接发电装置，超导磁流体推进船，海面浮油回收船，磁流体血液泵，磁流体泵喷推进，流体和多场偶合仿真计算等。

脉冲放电

雷电防护及雷电现象研究目前研究重点：

·等离子体防雷技术；

·雷电波侵入的机理和防护；

·电源滤波器的研制；

·球雷研究。

应用研究

近年来，我们研究组大量开展介质阻挡放电的理论与应用研究工作。进行了等离子体发生用的高频高压电源和重频脉冲电源的研制工作，完成了多种等离子体发生电源的研制、进行了大气压下均匀辉光放电、臭氧发生器等的研究工作。自93年开始介质阻挡放电等离子体防雷的研究，公开发表论文十几篇。

·低温等离子体发生技术；

·等离子体材料处理研究；

·等离子体杀菌，生物效应研究；

效应研究

目前研究重点：

·脉冲电场非热效应机理的研究；

·脉冲电场下中药抗肿瘤细胞效果研究；

·脉冲电场对细胞生长发育过程的影响研究

电源研究

目前的研究重点：

·KV/30KHz/50KW电源的元器件和高频变压器长期工作稳定性的研究；

·50KHZ/100KW大功率高频高压电源的研制。

材料研究

先后开展过气体、液体和固体介质的绝缘特性试验和机理研究、真空条件下介质绝缘特性研究、纳秒脉冲作用下绝缘介质击穿特性及击穿后绝缘恢复强度特性研究、纯水和有机玻璃中电荷注入和传播研究、混合物作脉冲形成线绝缘介质的实验研究、铁电体及高储能密度绝缘材料的研究、电介质电荷输运特性研究

目前研究重点：

·单次和重频窄脉冲下绝缘材料特性研究；

·聚合物/纳米微粒复合绝缘材料的研究；

·电源滤波器的研制；

·高储能密度绝缘材料研究

蒸发冷却

蒸发冷却技术是利用液态介质的汽化吸热的原理来冷却电机的。它具有效率高，温差小，温度分布均匀等特点。涉及到电机、热物理、流体力学以及机械等多学科。

应用基础研究内容包括:

·汽液两相流的研究

·蒸发冷却系统传热、传质的研究

·蒸发冷却电机温度场的研究

·蒸发冷却技术与其它冷却技术组合应用的研究

·冷却介质物化特性的研究

随着科学技术的发展，电机测量技术有了巨大的进步，研究组密切结合蒸发冷却电机实验研究的需要，自行设计出一系列高精度测量仪器：多点测温仪、混合密度测量仪、多参数测控仪、蒸发冷却发电机试验模型测量仪等,并配合400MW蒸发冷却水轮发电机的研制，解决了机组各项运行参数（压力、温度、液位和密封状态等）的检测问题。

研究部门

再生能源

新能源发电技术组于70年代末在国内率先开展了可再生能源发电技术的研究开发工作，在独立运行及并网光伏电站的研究开发、变速恒频风力发电系统、独立风电系统、风－柴油和风－光互补系统的研究及工程示范方面为国家做出了重要贡献，处于国内领先地位。先后建成了西藏双湖25kW、安多100kW、班戈70kW、和尼玛40kW光伏电站、研制成功"Φ"型5米立轴风力发电机组、3×4kW变速恒频风力发电机组、20kW变速恒频风力发电机组、30kW风－光互补联合电站、600kW风力发电单机电气控制系统和集中远程监控系统、槽式太阳能中高温热利用系统，均成功地应用于工业界，获多项中科院科技进步奖。

电气驱动

本研究部从事为发展新型交通工具和特种运载工具所需的现代电气驱动和控制技术的研究，探索新的高效电气驱动原理。目前，主要研究方向有：电动汽车电气驱动技术、大功率驱动供电技术、磁悬浮技术和船舶的电磁推进技术。

电力设备

本研究部是由蒸发冷却技术研究发展中心、强流脉冲及电源技术、电磁流体推进技术三个研究组组成。重点开展电力装备先进制造技术、电磁防护、特种用途电源、新型推进系统、大型发电装备关键问题的研究。研究部现有人员56人，其中高级职称18人，博士后、博士及在读博士共14人。

应用超导

本研究部主要从事超导电性应用基础研究，发展超导体在电力工业、强磁场技术、通讯技术、医疗和科学研究等方面的应用技术。目前，重点研究方向包括：高温超导电磁物理基础研究、超导电力技术的研究开发、超导电力装置与电网的匹配协调运行、超导强磁场磁体技术及其在空间探索、材料变性处理和生物医学方面的应用研究。

生物医学

生物医学工程研究部旨在运用工程技术的原理和方法，研究和解决生物学和医学中的生物电工学问题。其主要任务是，从工程学角度解释生物体特别是人体的生理、病理过程，同时从事相应医疗仪器和生命科学仪器的研究和开发。其主要研究方向包括：生物系统建模与仿真、生物医学信号检测与分析、生物医学成像和图像处理、电磁场生物效应、人工器官以及相关的医疗仪器研制等。

微纳加工

本研究部主要从事电子束微纳加工技术的研究，发展具有自主知识产权的专有技术，为我国微细加工设备的研究开发提供战略性技术储备，同时探索微纳米加工技术在微机电系统和生命科学仪器中的应用。主要研究方向有：缩小投影电子束曝光技术、DAN生命科学仪器、先进光刻技术、半导体装备关键技术、微纳加工和光学检测技术、MEMS器件和微型仪器设计。

前沿探索

电工学是一门历史悠久、对国民经济有着重要贡献的学科，电工学与生命科学、材料科学、纳米技术及信息科学等学科领域的交叉与融合，孕育着学科的新生长点，给电工学科的发展带来新的生命力。

前沿探索部是研究所实现战略新方向布局的基地，根据所中长期科技发展战略布局，围绕能源与电力安全、电磁学的前沿交叉两大主体方向，立足我所多年的雄厚积累和技术优势，积极探索前沿方向，通过前沿交叉探索研究，培育新的学科生长点，为未来发展提供前沿研究方向，为新方向研究培养必要的人才。目前重点考虑新能源、新电力、资源环境、国防等国家重大战略需求领域的基础性和前瞻性的研究。

参考资料

1.中科院电工研究所·中科院电工研究所