科创中国

电力、热力、燃气及水生产和供应业,电力、热力生产和供应业

近年来，随着新能源占比不断提升，国内外电网宽频振荡等与电力电子相关的新形态稳定问题突出，造成设备损坏、发电机扭振、新能源脱网等严重后果，甚至引发稳定性破坏、大面积停电等恶性事故。但传统理论与技术已经很难分析和解决以上问题，高比例新能源电力系统的宽频段稳定分析与控制已成为国际公认的难题，具体表现为： 一是新能源宽频振荡机理复杂，振荡事故中常出现多个不同的频率点同时起振且交互耦合，目前国内外现有理论无法解释频率耦合现象，且无法准确判断这种复杂耦合振荡下的系统稳定性，容易造成稳定性误判。二是新能源系统的振荡频率点会随系统工况变化而发生大幅度偏移，现有振荡抑制技术的有效频段范围较窄，无法实现从低频、次/超同步、中高频（含谐波）等宽频段内的振荡抑制，易出现控制失效甚至导致系统失稳。此外，新能源的平均利用小时数通常较低，新能源变流器常处于轻载甚至空载状态，如何利用新能源设备剩余闲置容量的灵活快速调节能力，也是亟待研究和解决的问题。 针对上述难题，本项目产学研团队历时7年，取得了以下科技创新。

（1）提出了基于相序域多入多出阻抗模型的宽频段稳定性分析方法，揭示了宽频振荡的频率耦合产生机理，提出了基于圆盘定理的系统稳定性分析判据，攻克了高比例新能源电力系统宽频段稳定性分析难题，为新能源宽频段阻抗重塑控制奠定理论基础。 （2）提出了基于虚拟变频电阻的宽频段振荡抑制技术，研制了具备宽频段阻抗重塑能力的新能源并网控制器，实现抑制频段宽度由20Hz提高至500Hz、响应时间由1秒缩短至10毫秒，解决了传统方法难以应对复杂工况变化而导致的系统失稳问题，提升了高比例新能源电力系统宽频振荡风险抵御能力。 （3）提出了基于混合虚拟阻抗重塑的电能质量主动控制技术，研发了集多重电能质量治理功能于一体的多功能光伏逆变器和储能变流器，实现了新能源及储能电站主动参与电能质量的高效灵活治理。

项目共申请专利21项，其中授权发明专利10项、实用新型专利2项；发表论文30篇，其中SCI论文21篇、EI论文9篇。包括多名IEEE Fellow在内的国内外知名专家在顶级SCI期刊、国际会议等多个场合对本项目的稳定性分析理论和振荡抑制技术均给予了高度评价。由夏长亮院士领衔的鉴定委员会认为：项目成果填补了高比例新能源电力系统在宽频段稳定性分析与运行控制领域的技术空白，整体达国际领先水平。项目所提理论已应用于新疆哈密、河北沽源等多起重大新能源宽频振荡事故分析。研制的具备宽频段阻抗重塑能力的风电机组、多功能光伏逆变器和储能变流器已实现产业化，并在云南、四川、浙江等多个省市应用，近三年直接经济效益累计达***亿元。项目成果的应用，提升了系统宽频段振荡风险抵御能力与电能质量水平，引领了新能源消纳和电力电子化电网技术发展，推动了双高电力系统稳定分析与控制技术进步。

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