中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司（以下簡(jiǎn)稱中國(guó)電科院）是國(guó)家電網(wǎng)有限公司直屬科研單位，成立于1951年，重點(diǎn)開(kāi)展電網(wǎng)共性和基礎(chǔ)性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、試驗(yàn)檢測(cè)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定，并為國(guó)家電網(wǎng)有限公司提供全面的技術(shù)支撐服務(wù)。建院以來(lái)，中國(guó)電科院承擔(dān)各類國(guó)家和政府科技計(jì)劃項(xiàng)目400余項(xiàng)，逐步形成了世界上功能最完整、試驗(yàn)?zāi)芰ψ顝?qiáng)、技術(shù)水平最高的特高壓、大電網(wǎng)試驗(yàn)研究體系，在特高壓交直流輸變電、大電網(wǎng)控制、新能源發(fā)電并網(wǎng)、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域取得一批創(chuàng)新成果。累計(jì)獲得國(guó)家級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)94項(xiàng)，擁有有效專利3000余項(xiàng)，出版科技專著400余部，發(fā)表科技論文7000余篇；2010年至今，獲批發(fā)布國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)10項(xiàng)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)144項(xiàng)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)370項(xiàng)，團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)45項(xiàng)，為我國(guó)電力科技進(jìn)步和電力工業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。

　　黨的十九大以來(lái)，科技創(chuàng)新地位和作用更加凸顯。十九大報(bào)告規(guī)劃了建設(shè)世界科技強(qiáng)國(guó)的宏偉藍(lán)圖，把加快建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家作為現(xiàn)代化建設(shè)全局的戰(zhàn)略舉措。為貫徹國(guó)家要求，國(guó)家電網(wǎng)公司提出要堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，大力實(shí)施科技強(qiáng)企戰(zhàn)略，瞄準(zhǔn)世界能源電力科技前沿和企業(yè)實(shí)際問(wèn)題，敢為人先、敢于突破，搶占科技制高點(diǎn)，引領(lǐng)電網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展。作為國(guó)家電網(wǎng)有限公司直屬科研單位，中國(guó)電科院提出了分“三步走”建設(shè)具有卓越競(jìng)爭(zhēng)力的世界一流電力科研機(jī)構(gòu)的新時(shí)代戰(zhàn)略目標(biāo)，通過(guò)聚焦重點(diǎn)發(fā)展方向，全面提升科技創(chuàng)新能力和支撐服務(wù)能力，努力建設(shè)成為電網(wǎng)重大基礎(chǔ)理論創(chuàng)新的誕生地、高端電力科技的策源地、世界頂尖發(fā)明創(chuàng)造的聚集地。

　　在國(guó)家科技戰(zhàn)略引領(lǐng)下，中國(guó)電科院提出一系列創(chuàng)新管理舉措，科技研發(fā)效率進(jìn)一步提升。一是強(qiáng)化科研頂層設(shè)計(jì)，使創(chuàng)新資源更加集中。初步形成“頂層設(shè)計(jì)先行、指南申報(bào)落地、戰(zhàn)略規(guī)劃兼容”的研發(fā)策劃模式，依托頂層設(shè)計(jì)凝練聚焦技術(shù)新方向，培育未來(lái)業(yè)務(wù)增長(zhǎng)點(diǎn)，并在重大戰(zhàn)略方向的遴選上支撐頂層設(shè)計(jì)，促進(jìn)科技資源進(jìn)一步向核心技術(shù)方向聚集，在資源有限的情況下，增強(qiáng)了科研投入的系統(tǒng)性、全局性和協(xié)同性。通過(guò)科研頂層設(shè)計(jì)，凝練出了50個(gè)重點(diǎn)研究方向、44項(xiàng)核心技術(shù)、8個(gè)中長(zhǎng)期戰(zhàn)略性科研方向，基本確立了中國(guó)電科院未來(lái)若干年的核心重點(diǎn)技術(shù)方向。二是實(shí)施研發(fā)組織優(yōu)化，使綜合優(yōu)勢(shì)更加凸顯。初步建立“總體設(shè)計(jì)、集中攻關(guān)、分散實(shí)施”的跨專業(yè)聯(lián)合攻關(guān)機(jī)制，形成院內(nèi)單位互為補(bǔ)充、相互促進(jìn)、互通有無(wú)的協(xié)同攻關(guān)體系。通過(guò)優(yōu)化研發(fā)組織模式，五年來(lái)先后攻克了電力系統(tǒng)全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真、特高壓變電設(shè)備狀態(tài)預(yù)警、大規(guī)模新能源發(fā)電并網(wǎng)、配電網(wǎng)自愈控制、規(guī)?；瘍?chǔ)能系統(tǒng)集成等一大批關(guān)鍵技術(shù)難題。

　　隨著國(guó)家科技計(jì)劃改革方案逐步實(shí)施，國(guó)家有關(guān)部門于2016年首次采用國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專項(xiàng)形式組織項(xiàng)目申報(bào)。在國(guó)資委、國(guó)家電網(wǎng)有限公司的大力支持和有序組織下，中國(guó)電科院積極參與各相關(guān)專項(xiàng)申報(bào)，在2016年至2018年期間共計(jì)參與了12個(gè)專項(xiàng)、73個(gè)項(xiàng)目的申報(bào)，截至目前已有49個(gè)項(xiàng)目（15項(xiàng)牽頭、34項(xiàng)配合）獲批立項(xiàng)，特別是在智能電網(wǎng)領(lǐng)域，已連續(xù)三年成為承擔(dān)項(xiàng)目最多的單位。

　　開(kāi)發(fā)“電網(wǎng)友好型”風(fēng)電機(jī)組，助力“新時(shí)代”電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行

　　——大容量風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)友好型控制技術(shù)

　　我國(guó)是全球風(fēng)電規(guī)模最大、發(fā)展最快的國(guó)家，2017年我國(guó)新增風(fēng)電裝機(jī)容量1503萬(wàn)千瓦，累計(jì)裝機(jī)達(dá)1.64億千瓦，均為世界第一。預(yù)計(jì)到2050年末，全國(guó)風(fēng)電裝機(jī)將突破10億千瓦。隨著風(fēng)電并網(wǎng)比例不斷攀升，局部區(qū)域風(fēng)電穿透率已超過(guò)100%，具備高比例風(fēng)力發(fā)電的“新時(shí)代”電力系統(tǒng)正逐漸形成。

　　跟以同步發(fā)電機(jī)為主導(dǎo)的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，“新時(shí)代”電力系統(tǒng)最大的特征在于風(fēng)電帶來(lái)的高比例電力電子裝備接入，隨著風(fēng)電容量在電力系統(tǒng)中比重不斷加大，電力系統(tǒng)慣量不足，頻率穩(wěn)定問(wèn)題凸顯；風(fēng)電抗擾性低，在系統(tǒng)電壓/頻率波動(dòng)時(shí)易大規(guī)模脫網(wǎng)引發(fā)連鎖故障；產(chǎn)生的多形態(tài)低頻和次/超同步振蕩機(jī)理尚未探明，振蕩事故頻發(fā)。系統(tǒng)呈現(xiàn)弱慣性、弱電氣阻尼以及弱電壓支撐的運(yùn)行特性，安全穩(wěn)定運(yùn)行面臨重大挑戰(zhàn)。

　　據(jù)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“大容量風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)友好型控制技術(shù)”負(fù)責(zé)人、中國(guó)電科院新能源研究中心副主任秦世耀介紹，本項(xiàng)目按照“理論基礎(chǔ)—關(guān)鍵技術(shù)—試驗(yàn)檢測(cè)—工程示范”的主線開(kāi)展研究，并設(shè)置了5個(gè)課題，攻克一個(gè)科學(xué)問(wèn)題，突破四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：

　　風(fēng)電機(jī)組寬頻動(dòng)態(tài)特性及其多控制環(huán)節(jié)的耦合作用機(jī)理

　　電網(wǎng)特定條件下雙饋/直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)可能呈現(xiàn)的寬頻振蕩特性涉及風(fēng)電機(jī)組多物理控制動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)和主動(dòng)支撐控制動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)的耦合，目前仍未揭示此相互作用關(guān)系。采用時(shí)域振蕩模態(tài)，分析風(fēng)電機(jī)組寬頻動(dòng)態(tài)的振蕩特征及各控制環(huán)節(jié)間動(dòng)態(tài)和暫態(tài)耦合作用機(jī)制，是實(shí)現(xiàn)大容量風(fēng)電機(jī)組友好型并網(wǎng)控制優(yōu)化的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和理論基礎(chǔ)。研究雙饋/直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組各物理控制環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)特性和風(fēng)電系統(tǒng)振蕩模態(tài)與物理控制環(huán)節(jié)耦合關(guān)系至關(guān)重要。通過(guò)建立風(fēng)電機(jī)組寬頻動(dòng)態(tài)模型，提出風(fēng)電機(jī)組機(jī)電耦合扭振和次/超同步振蕩的降階解耦模型，為風(fēng)電電網(wǎng)友好型控制的關(guān)鍵技術(shù)突破奠定基礎(chǔ)。

　　計(jì)及能量約束與應(yīng)力的主動(dòng)頻率支撐優(yōu)化控制技術(shù)

　　傳統(tǒng)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程主要考慮自身運(yùn)行安全與發(fā)電量，對(duì)電網(wǎng)頻率并不具有支撐能力，降低了電網(wǎng)整體有效慣量，致使電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性下降，同時(shí)風(fēng)電機(jī)組缺乏一次調(diào)頻能力，減小了系統(tǒng)的后備支撐。而風(fēng)電機(jī)組參與調(diào)頻對(duì)機(jī)組控制系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)，包括頻率支撐能量來(lái)源和機(jī)組應(yīng)力邊界改變。頻率支撐過(guò)程中慣量響應(yīng)動(dòng)能釋放規(guī)律和一次調(diào)頻期間備用容量的匹配直接影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)量化機(jī)組機(jī)械結(jié)構(gòu)特性和電氣設(shè)備運(yùn)行邊界，建立轉(zhuǎn)子動(dòng)能預(yù)測(cè)模型，優(yōu)化鎖相環(huán)性能，確保慣量響應(yīng)的可靠實(shí)現(xiàn)。以風(fēng)電機(jī)組頻率支撐動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性為目標(biāo)，建立以機(jī)組容量，機(jī)械應(yīng)力，電氣應(yīng)力和電網(wǎng)阻抗適應(yīng)性為約束條件，綜合設(shè)計(jì)慣量系數(shù)、阻尼系數(shù)和一次調(diào)頻系數(shù)的目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，同時(shí)考慮到三者之間交互耦合，通過(guò)迭代優(yōu)化得到自適應(yīng)的頻率支撐策略核心參數(shù)，并建立慣量與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)控制策略。

　　次/超同步頻率不確定、多形態(tài)下風(fēng)電機(jī)組主動(dòng)阻尼控制技術(shù)

　　次/超同步振蕩具有頻率不確定、形態(tài)多樣化特點(diǎn)，現(xiàn)有控制無(wú)法快速追蹤振蕩變化，難以兼顧風(fēng)電機(jī)組基本控制回路需求，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣?；趧?dòng)態(tài)能量/阻抗特性理論，研究單機(jī)次/超頻特性的關(guān)鍵影響因素，結(jié)合風(fēng)場(chǎng)—設(shè)備網(wǎng)絡(luò)模型，描述振蕩分量的傳播與演化規(guī)律，揭示風(fēng)電設(shè)備間的耦合機(jī)理。采用移頻鎖相技術(shù)，構(gòu)建自適應(yīng)阻抗/動(dòng)態(tài)能量設(shè)計(jì)方案，并基于多支路阻抗/能量重塑理論優(yōu)化接入位置；評(píng)估基頻特性與次/超頻特性的影響程度，以不同工況下運(yùn)行邊界條件為約束，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組主動(dòng)阻尼控制；通過(guò)基準(zhǔn)電壓同步技術(shù)，研究風(fēng)電網(wǎng)絡(luò)阻抗/能量匹配模式，實(shí)現(xiàn)具有時(shí)空、功率耦合的設(shè)備協(xié)同。擬構(gòu)建快速鎖頻和振蕩追蹤技術(shù)，通過(guò)帶寬調(diào)整解耦次/超頻和基頻回路，并以風(fēng)電機(jī)組基本響應(yīng)需求為約束，制定風(fēng)電機(jī)組自適應(yīng)主動(dòng)阻尼控制。

　　電網(wǎng)故障情況下機(jī)組可控性提升及動(dòng)態(tài)功率優(yōu)化控制技術(shù)

　　風(fēng)電機(jī)組在故障暫態(tài)中承受著由電壓幅值驟變、相位跳變和負(fù)序擾動(dòng)等引起的電氣應(yīng)力。當(dāng)前，風(fēng)電機(jī)組在故障暫態(tài)過(guò)程中可控性變差，導(dǎo)致故障暫態(tài)過(guò)程中風(fēng)電機(jī)組對(duì)電網(wǎng)頻率/電壓的支撐缺乏主動(dòng)性，因此，應(yīng)改進(jìn)控制方法提高可控性。為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組故障暫態(tài)支撐，風(fēng)電機(jī)組在故障暫態(tài)中保有可控性是其基礎(chǔ)。首先從故障快速檢測(cè)、動(dòng)態(tài)PLL、虛擬強(qiáng)勵(lì)/欠勵(lì)和低高穿連續(xù)故障協(xié)調(diào)控制等方面研究故障穿越關(guān)鍵技術(shù)。以變流器容限、載荷約束為邊界條件，動(dòng)態(tài)識(shí)別故障暫態(tài)支撐可控域，采用多維度協(xié)同應(yīng)力抑制措施實(shí)現(xiàn)可控域動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，提升風(fēng)電機(jī)組故障暫態(tài)支撐的可控性。構(gòu)建典型場(chǎng)景，量化分析不同故障階段風(fēng)電機(jī)組故障暫態(tài)支撐需求，提出風(fēng)電機(jī)組故障暫態(tài)支撐的優(yōu)化控制策略。研制風(fēng)電機(jī)組電壓/頻率故障暫態(tài)支撐控制器，突破風(fēng)電機(jī)組“電網(wǎng)友好型”控制技術(shù)中的故障暫態(tài)支撐技術(shù)。

　　電網(wǎng)故障/擾動(dòng)條件下風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈動(dòng)態(tài)阻尼控制技術(shù)

　　電網(wǎng)出現(xiàn)故障/擾動(dòng)會(huì)對(duì)風(fēng)電機(jī)組機(jī)械子系統(tǒng)造成較大載荷，甚至可能造成傳動(dòng)鏈扭振失穩(wěn)從而引發(fā)事故，因此需要研究電網(wǎng)故障、頻率擾動(dòng)、電力系統(tǒng)振蕩等電網(wǎng)運(yùn)行條件下的風(fēng)電機(jī)組載荷動(dòng)態(tài)響應(yīng)機(jī)理，在電網(wǎng)故障/擾動(dòng)條件下對(duì)“電網(wǎng)友好型”風(fēng)電機(jī)組載荷進(jìn)行穩(wěn)定優(yōu)化控制，對(duì)風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈進(jìn)行動(dòng)態(tài)阻尼控制，抑制傳動(dòng)鏈扭振，提高風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。研究電網(wǎng)故障、頻率擾動(dòng)、電力系統(tǒng)振蕩等運(yùn)行條件下的風(fēng)電機(jī)組載荷動(dòng)態(tài)特性及風(fēng)電機(jī)組與電網(wǎng)相互影響的機(jī)理，明確電網(wǎng)故障/擾動(dòng)工況下的風(fēng)電機(jī)組載荷約束條件，提出風(fēng)電機(jī)組疲勞載荷和極限載荷的定量評(píng)價(jià)方法，突破電網(wǎng)故障、頻率擾動(dòng)、電力系統(tǒng)振蕩等電網(wǎng)運(yùn)行條件下風(fēng)電機(jī)組載荷穩(wěn)定優(yōu)化控制技術(shù)。

　　項(xiàng)目預(yù)期研制雙饋/直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組寬頻動(dòng)態(tài)特性數(shù)?；旌蠈?shí)時(shí)仿真平臺(tái)、風(fēng)電慣量/一次調(diào)頻優(yōu)化控制系統(tǒng)、具備主動(dòng)阻尼和電壓/頻率主動(dòng)支撐能力的風(fēng)電機(jī)組電控系統(tǒng)、風(fēng)電機(jī)組載荷優(yōu)化控制系統(tǒng)等，最終研發(fā)出兩臺(tái)“電網(wǎng)友好型”風(fēng)電樣機(jī)，并將在張北國(guó)家風(fēng)電試驗(yàn)檢測(cè)基地開(kāi)展示范驗(yàn)證，展示“電網(wǎng)友好型”風(fēng)電機(jī)組的慣量/一次調(diào)頻性能、振蕩主動(dòng)抑制能力、故障暫態(tài)支撐性能。

　　項(xiàng)目的實(shí)施將推動(dòng)我國(guó)風(fēng)電技術(shù)及自主研發(fā)制造的發(fā)展，提高我國(guó)風(fēng)電關(guān)鍵技術(shù)在國(guó)際上的核心競(jìng)爭(zhēng)力，為我國(guó)實(shí)現(xiàn)高比例風(fēng)電電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，提升風(fēng)電接入和消納能力奠定良好基礎(chǔ)。

　　攻克中低壓直流接入關(guān)鍵技術(shù) 促進(jìn)光伏并網(wǎng)消納

　　——分布式光伏多端口接入直流配電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和裝備

　　大力發(fā)展分布式光伏發(fā)電是促進(jìn)我國(guó)可再生能源開(kāi)發(fā)利用、推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要舉措。“十三五”期間我國(guó)分布式光伏發(fā)展迅速，裝機(jī)容量將達(dá)6000萬(wàn)千瓦以上，靠近負(fù)荷建設(shè)、高滲透率接入，是當(dāng)前分布式光伏發(fā)展的主流趨勢(shì)。

　　高比例分布式光伏消納面臨新挑戰(zhàn)與新選擇

　　隨著分布式光伏電源接入數(shù)量與容量的增加，現(xiàn)有交流配電系統(tǒng)面臨一系列技術(shù)挑戰(zhàn)，諸如潮流分布與繼電保護(hù)配置的改變、諧波污染源增加與電能質(zhì)量下降、調(diào)度控制困難、變壓器/線路過(guò)載等。目前大功率電力電子與柔性直流輸配電技術(shù)已日臻成熟，用戶端直流型負(fù)荷比重持續(xù)增加，區(qū)域直流配電網(wǎng)已成為未來(lái)城市與工業(yè)園區(qū)配電系統(tǒng)建設(shè)的重要趨勢(shì)。分布式光伏與直流配電相結(jié)合是一種積極探索，其電壓更穩(wěn)定、效率更高、系統(tǒng)更為可靠。以雄安新區(qū)配電網(wǎng)建設(shè)、蘇州同里新能源小鎮(zhèn)等示范工程為代表，分布式光伏接入直流配電網(wǎng)的實(shí)踐已呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢(shì)。

　　現(xiàn)階段該領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外還存在諸多問(wèn)題。在直流升壓變流方面，變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法不成熟、功率密度小、效率低；在系統(tǒng)設(shè)計(jì)集成方面，規(guī)?；喽瞬⒕W(wǎng)穩(wěn)定性分析理論、規(guī)劃設(shè)計(jì)方法及評(píng)價(jià)體系缺失；在運(yùn)行控保方面，計(jì)及高比例分布式光伏的直流配電系統(tǒng)快速故障識(shí)別定位技術(shù)不成熟，隔離保護(hù)裝置成本過(guò)高。為此，中國(guó)電科院開(kāi)展“分布式光伏多端口接入直流配電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和裝備”研究，攻克中低壓直流接入關(guān)鍵技術(shù)，促進(jìn)光伏并網(wǎng)消納。

　　一項(xiàng)科學(xué)問(wèn)題和三大關(guān)鍵技術(shù)

　　該項(xiàng)目將以提高規(guī)?；弑壤植际焦夥⒕W(wǎng)消納能力為目標(biāo)，以直流接入關(guān)鍵裝備研制為主線，深入開(kāi)展基礎(chǔ)理論研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，建立面向真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景的領(lǐng)先實(shí)證平臺(tái)，形成集理論、技術(shù)、裝備和平臺(tái)為一體的系統(tǒng)化成果。項(xiàng)目將重點(diǎn)解決一項(xiàng)重大科學(xué)問(wèn)題與突破三大關(guān)鍵技術(shù)，包括：

　　面向分布式光伏的高效高變比電力電子拓?fù)錁?gòu)建與直流并網(wǎng)穩(wěn)定機(jī)理

　　直流并網(wǎng)變換器需具備高增益、高效率、高可靠?jī)?yōu)良特性與高自由度控制、寬范圍運(yùn)行能力。目前針對(duì)此類直流變換裝置的拓?fù)渑c參數(shù)設(shè)計(jì)方法尚無(wú)深入研究，針對(duì)其寬頻帶、 寬范圍、 多模式下的動(dòng)態(tài)建模亦缺乏研究。同時(shí)，直流并網(wǎng)系統(tǒng)中多變換器間電氣距離短，耦合作用強(qiáng)，多尺度交互作用機(jī)理復(fù)雜，給系統(tǒng)的穩(wěn)定分析帶來(lái)困難。因此，探索光伏直流變換器拓?fù)錁?gòu)建方法，開(kāi)展模型理論研究，揭示裝置與系統(tǒng)間多尺度交互作用機(jī)理，是亟須攻克的基礎(chǔ)理論問(wèn)題。

　　高變比分布式光伏中壓直流變換器高效/高可靠性變流技術(shù)

　　分布式光伏中壓直流變換器升壓比高達(dá)20倍以上，并且光伏陣列輸出功率及電壓寬范圍隨機(jī)變化，設(shè)備內(nèi)部電能轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)較多，導(dǎo)致直流變換器效率提升困難；變換器端口工況復(fù)雜，運(yùn)行模式多變，并且中壓變換器模塊串并聯(lián)數(shù)量多，故障耦合和傳導(dǎo)問(wèn)題突出，降低了變換器的可靠性。因此，研制高變比、高效、高可靠分布式光伏中壓直流變換器具有極大挑戰(zhàn)。

　　基于全壽命周期模型的中低壓直流并網(wǎng)分布式光伏系統(tǒng)集成與工程設(shè)計(jì)技術(shù)

　　理論源于實(shí)踐，又必須指導(dǎo)實(shí)踐。中低壓直流配電系統(tǒng)的研究仍處于起步階段，國(guó)內(nèi)外僅建成了幾處小規(guī)模探索性工程，在規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)備選配、經(jīng)濟(jì)分析等方面還有大量問(wèn)題需要研究，分布式光伏中低壓接入直流配電系統(tǒng)集成與工程設(shè)計(jì)尚無(wú)適配的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，因而構(gòu)建分布式光伏多端接入的中低壓直流配電系統(tǒng)綜合評(píng)估指標(biāo)體系，開(kāi)展基于全壽命周期模型的中低壓直流并網(wǎng)分布式光伏系統(tǒng)集成與工程設(shè)計(jì)技術(shù)研究具有極大的挑戰(zhàn)。

　　基于暫態(tài)故障特征快速提取辨識(shí)的直流配電系統(tǒng)故障定位與保護(hù)技術(shù)

　　含高比例分布式光伏的中壓和低壓直流配電系統(tǒng)體現(xiàn)出電力電子化特征，不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制策略的換流設(shè)備對(duì)故障的響應(yīng)不同，導(dǎo)致直流故障特征不明確，故障暫態(tài)過(guò)程解析困難、非線性特征強(qiáng)，難以準(zhǔn)確提取分析。同時(shí)高比例電力電子裝置接入后系統(tǒng)故障電流上升速度快、 沖擊大，故障后換流設(shè)備閉鎖速度快，導(dǎo)致有效故障信息持續(xù)時(shí)間極短。因此，直流系統(tǒng)保護(hù)必須在極短的時(shí)間通過(guò)故障信號(hào)有效解析實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確故障識(shí)別定位，技術(shù)難度較高。

　　實(shí)踐證明，唯有掌握關(guān)鍵核心技術(shù)這一“大國(guó)重器”，才能消除“卡脖子”的隱憂，才能做產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“領(lǐng)跑者”。該項(xiàng)目將立足理論與技術(shù)創(chuàng)新，全面突破分布式光伏中低壓直流并網(wǎng)核心關(guān)鍵技術(shù)體系；同時(shí)依托中國(guó)電力科學(xué)研究院張北試驗(yàn)基地，建成世界首個(gè)分布式光伏直流并網(wǎng)系統(tǒng)平臺(tái)（±10kV/±375V/1.2MW），積累工程實(shí)證經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)范化、產(chǎn)品實(shí)用化、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化。該項(xiàng)目將致力于先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，其核心成果可率先應(yīng)用于2022年杭州亞運(yùn)會(huì)場(chǎng)館與雄安新區(qū)直流配電系統(tǒng)等重大標(biāo)志性工程，并向全國(guó)城市電網(wǎng)與工業(yè)園區(qū)輻射推廣。通過(guò)該項(xiàng)目研究與成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用，將有效提升我國(guó)電網(wǎng)對(duì)規(guī)?；⒏邼B透率分布式光伏的并網(wǎng)消納能力，有效支撐國(guó)家節(jié)能減排戰(zhàn)略實(shí)施，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展；同時(shí)將增強(qiáng)我國(guó)新能源行業(yè)技術(shù)引領(lǐng)力，提升關(guān)鍵裝備研發(fā)制造水平，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

　　提升風(fēng)光功率預(yù)測(cè)和調(diào)度水平 助力可再生能源消納

　　——促進(jìn)可再生能源消納的風(fēng)電/光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用

　　隨著《可再生能源法》的發(fā)布，我國(guó)風(fēng)力和光伏發(fā)電取得長(zhǎng)足發(fā)展。截至2017年底，風(fēng)電和光伏裝機(jī)分別達(dá)到1.64、1.30億千瓦，均居世界第一位。風(fēng)電、光伏已經(jīng)成為我國(guó)主力電源，在總裝機(jī)中占比達(dá)到17%，在20個(gè)省區(qū)已成為第二大電源。

　　電力系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)平衡系統(tǒng)，在不含大規(guī)模風(fēng)電/光伏的電力系統(tǒng)，可利用常規(guī)電源的可控調(diào)節(jié)能力來(lái)適應(yīng)負(fù)荷的動(dòng)態(tài)變化。風(fēng)/光等新能源出力波動(dòng)大、與負(fù)荷需求時(shí)空不匹配，加重了系統(tǒng)調(diào)節(jié)負(fù)擔(dān)。隨著風(fēng)/光裝機(jī)容量的增加，其功率預(yù)測(cè)成為電網(wǎng)運(yùn)行控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我國(guó)電源結(jié)構(gòu)以煤電為主，調(diào)節(jié)速度慢、調(diào)節(jié)能力不足，對(duì)預(yù)測(cè)水平的要求更高；同時(shí)大規(guī)模集中開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)要求充分發(fā)揮大電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力，促進(jìn)可再生能源消納。

　　功率預(yù)測(cè)和調(diào)度技術(shù)面臨挑戰(zhàn)

　　功率預(yù)測(cè)絕對(duì)偏差增大。我國(guó)風(fēng)電/光伏裝機(jī)容量大，集中度高，隨著風(fēng)/光出力占比的不斷增加，同樣預(yù)測(cè)精度帶來(lái)的功率偏差總量大幅增加，給新能源調(diào)度計(jì)劃的制定帶來(lái)較大困難，亟須進(jìn)一步提升預(yù)測(cè)精度。

　　預(yù)測(cè)預(yù)見(jiàn)期不足。目前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定功率預(yù)測(cè)的預(yù)見(jiàn)期為72小時(shí)，在以火電為主的電源結(jié)構(gòu)下，無(wú)法適應(yīng)機(jī)組組合的動(dòng)態(tài)優(yōu)化需求，也嚴(yán)重影響電力建設(shè)、設(shè)備檢修、常規(guī)電源發(fā)電和市場(chǎng)交易的年月度計(jì)劃安排，亟待在誤差可控的情況下進(jìn)一步延長(zhǎng)功率預(yù)測(cè)長(zhǎng)度。

　　預(yù)測(cè)應(yīng)用水平需要提升。現(xiàn)有功率預(yù)測(cè)技術(shù)對(duì)預(yù)測(cè)偏差缺乏科學(xué)預(yù)估，只能憑借以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)安排調(diào)度計(jì)劃，既可能影響充分消納，又存在供電不足風(fēng)險(xiǎn)，亟須研究刻畫(huà)預(yù)測(cè)偏差范圍的概率預(yù)測(cè)技術(shù)，同時(shí)提升多層級(jí)優(yōu)化調(diào)度與風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)。

　　技術(shù)突破助力新能源消納

　　針對(duì)面臨的挑戰(zhàn)，項(xiàng)目從預(yù)測(cè)和調(diào)度兩個(gè)技術(shù)維度，中長(zhǎng)期、短期和超短期三個(gè)時(shí)間尺度開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)。預(yù)測(cè)技術(shù)方面，創(chuàng)新預(yù)報(bào)方法，深入挖掘氣象—功率時(shí)空關(guān)聯(lián)特性，運(yùn)用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，提升預(yù)測(cè)精度，延長(zhǎng)預(yù)測(cè)長(zhǎng)度，填補(bǔ)中長(zhǎng)期電量預(yù)測(cè)、概率預(yù)測(cè)等技術(shù)空白。調(diào)度技術(shù)方面，研究考慮預(yù)測(cè)不確定性的調(diào)度決策、風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、備用配置和緊急控制等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)可控條件下風(fēng)/光最大化消納。

　　天氣預(yù)報(bào)是風(fēng)/光功率預(yù)測(cè)最主要的輸入數(shù)據(jù)，天氣預(yù)報(bào)誤差也是功率預(yù)測(cè)最主要的誤差源。受數(shù)值天氣預(yù)報(bào)技術(shù)水平限制，數(shù)值天氣預(yù)報(bào)對(duì)不同天氣過(guò)程的預(yù)報(bào)能力不同，導(dǎo)致功率預(yù)測(cè)誤差在不同的天氣過(guò)程和天氣過(guò)程的不同階段呈現(xiàn)不同的形式。由于天氣過(guò)程演化規(guī)律對(duì)新能源功率預(yù)測(cè)誤差的影響機(jī)理不明，導(dǎo)致功率預(yù)測(cè)精度提升較為困難，揭示天氣過(guò)程演化規(guī)律對(duì)風(fēng)/光功率預(yù)測(cè)誤差的影響機(jī)理是預(yù)測(cè)精度提升和實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)測(cè)誤差量化評(píng)估的關(guān)鍵。因此，必須突破天氣過(guò)程演化規(guī)律對(duì)風(fēng)/光功率預(yù)測(cè)誤差的影響機(jī)理這一科學(xué)問(wèn)題。

　　風(fēng)/光資源具有較強(qiáng)的時(shí)空關(guān)聯(lián)性。風(fēng)/光功率預(yù)測(cè)精度的提升依賴于對(duì)可用氣象信息的充分挖掘，依據(jù)單一時(shí)刻、單一地點(diǎn)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)風(fēng)/光功率預(yù)測(cè)技術(shù)，忽略了氣象變化的時(shí)空關(guān)聯(lián)特性，未能實(shí)現(xiàn)對(duì)可用氣象信息的充分利用。對(duì)于不同時(shí)間、空間尺度上的風(fēng)/光功率預(yù)測(cè)問(wèn)題，需借助先進(jìn)的智能化學(xué)習(xí)手段，充分利用與預(yù)測(cè)對(duì)象相關(guān)聯(lián)的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)大數(shù)據(jù)，在時(shí)間與空間維度上擴(kuò)展模型可用的氣象數(shù)據(jù)，建立氣象—功率的高維映射模型，提升風(fēng)/光功率預(yù)測(cè)的精度。亟待開(kāi)展基于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)大數(shù)據(jù)時(shí)空關(guān)聯(lián)性的多尺度風(fēng)/光功率預(yù)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)研究。

　　風(fēng)/光預(yù)測(cè)的不確定性增加了電網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)和風(fēng)/光消納的難度。如何在調(diào)度的不同層級(jí)、不同階段考慮可再生能源出力的不確定性，并有效管控風(fēng)險(xiǎn)，以確保電力系統(tǒng)能夠安全經(jīng)濟(jì)的消納可再生能源，需要對(duì)各個(gè)調(diào)度環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，而足夠精確的預(yù)測(cè)和對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的可知可控方可保證調(diào)度機(jī)構(gòu)敢用這個(gè)結(jié)果，目前亟待突破考慮預(yù)測(cè)不確定性的風(fēng)/光發(fā)電跨區(qū)多級(jí)優(yōu)化調(diào)度與風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)，提高系統(tǒng)運(yùn)行水平和抗風(fēng)險(xiǎn)能力，促進(jìn)可再生能源消納?；陬A(yù)測(cè)結(jié)果及其概率分布特征，研究隨機(jī)優(yōu)化調(diào)度技術(shù)及運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估方法，支撐多層級(jí)調(diào)度決策，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)防控，促進(jìn)風(fēng)/光消納。亟待開(kāi)展考慮風(fēng)/光預(yù)測(cè)不確定性的多級(jí)優(yōu)化調(diào)度與風(fēng)險(xiǎn)防控的關(guān)鍵技術(shù)研究。

　　項(xiàng)目圍繞上述科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)，開(kāi)展多時(shí)空尺度功率預(yù)測(cè)和調(diào)度技術(shù)研究，項(xiàng)目預(yù)期將突破風(fēng)電/光伏中長(zhǎng)期（年/月）電量預(yù)測(cè)、短期（0—6天）和超短期（0—4小時(shí)）功率預(yù)測(cè)技術(shù)，提出考慮預(yù)測(cè)不確定性的調(diào)度決策和風(fēng)險(xiǎn)防控方法；研發(fā)覆蓋全國(guó)的中長(zhǎng)/短/超短期一體化預(yù)測(cè)系統(tǒng)、風(fēng)險(xiǎn)調(diào)度與緊急控制決策系統(tǒng)，并在國(guó)網(wǎng)、南網(wǎng)、蒙西電網(wǎng)等9個(gè)調(diào)度機(jī)構(gòu)建立示范工程。

　　項(xiàng)目從基礎(chǔ)理論研究、核心系統(tǒng)研發(fā)到典型應(yīng)用示范全方位布局，將產(chǎn)出一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)際先進(jìn)水平的重大成果，探索出一條適合我國(guó)資源稟賦和電力系統(tǒng)特點(diǎn)的風(fēng)電光伏預(yù)測(cè)以及調(diào)度技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行靈活性和可再生能源消納能力的有效提升，推動(dòng)智能電網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新，支撐能源結(jié)構(gòu)清潔化轉(zhuǎn)型和能源消費(fèi)革命。項(xiàng)目具有廣闊的市場(chǎng)前景和巨大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益。項(xiàng)目成果將顯著提升我國(guó)新能源功率預(yù)測(cè)精度及應(yīng)用水平，提升我國(guó)大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)消納水平，促進(jìn)我國(guó)新能源健康發(fā)展。

　　構(gòu)建電網(wǎng)智能全景系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)安全運(yùn)行的實(shí)時(shí)分析和精準(zhǔn)控制

　　——互聯(lián)大電網(wǎng)高性能分析和態(tài)勢(shì)感知技術(shù)

　　我國(guó)已形成世界上規(guī)模最大的交直流互聯(lián)電網(wǎng)，電力電子設(shè)備和新能源大量接入，導(dǎo)致電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性復(fù)雜、安全穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)增加，客觀上對(duì)在線安全穩(wěn)定分析提出了更高要求，包括更加準(zhǔn)確的狀態(tài)感知、更加高效的仿真手段和更加智能的分析評(píng)估。

　　目前電網(wǎng)面臨的三大挑戰(zhàn)

　　目前基礎(chǔ)模型數(shù)據(jù)匹配性不足、無(wú)法在線進(jìn)行電力電子特性分析以及單純仿真模式難以滿足電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)掌控的時(shí)效性要求。這給當(dāng)前在線分析技術(shù)帶來(lái)了新的三大挑戰(zhàn)：

　　1.新能源波動(dòng)和負(fù)荷特性變化使得電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)備模型參數(shù)呈現(xiàn)明顯時(shí)變特征，當(dāng)前在線分析沿用傳統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)方法和離線仿真模型，制約了分析的準(zhǔn)確性。

　　2.現(xiàn)代中國(guó)電網(wǎng)已重構(gòu)為交直流互聯(lián)電網(wǎng)，電力電子化特征愈發(fā)凸顯，電網(wǎng)穩(wěn)定特性從機(jī)電暫態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)電暫態(tài)和電磁暫態(tài)混合過(guò)程，目前在線分析采用機(jī)電暫態(tài)仿真，無(wú)法進(jìn)行大電網(wǎng)在線電磁仿真，難以滿足現(xiàn)代電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性分析需要。

　　3.當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和安全穩(wěn)定性快速變化，目前在線分析采用周期掃描和事件觸發(fā)的仿真計(jì)算模式，耗時(shí)5—15分鐘，難以滿足電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)掌控的時(shí)效性要求，亟須研究信息驅(qū)動(dòng)的大電網(wǎng)在線運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知與趨勢(shì)預(yù)測(cè)技術(shù)。綜上，為保障當(dāng)前交直流互聯(lián)電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，研究互聯(lián)大電網(wǎng)高性能分析和態(tài)勢(shì)感知技術(shù)，提升在線仿真分析能力，發(fā)展信息驅(qū)動(dòng)的智能化分析模式，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)的在線綜合安全穩(wěn)定分析，意義重大。