中國電力科學(xué)研究院有限公司（以下簡稱中國電科院）是國家電網(wǎng)有限公司直屬科研單位，成立于1951年，重點開展電網(wǎng)共性和基礎(chǔ)性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、試驗檢測和技術(shù)標(biāo)準制定，并為國家電網(wǎng)有限公司提供全面的技術(shù)支撐服務(wù)。建院以來，中國電科院承擔(dān)各類國家和政府科技計劃項目400余項，逐步形成了世界上功能最完整、試驗?zāi)芰ψ顝?、技術(shù)水平最高的特高壓、大電網(wǎng)試驗研究體系，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。累計獲得國家級科技獎勵94項，擁有有效專利3000余項，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)布國際標(biāo)準10項，國家標(biāo)準144項，行業(yè)標(biāo)準370項，團體標(biāo)準45項，為我國電力科技進步和電力工業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展作出了重要貢獻。
黨的十九大以來，科技創(chuàng)新地位和作用更加凸顯。十九大報告規(guī)劃了建設(shè)世界科技強國的宏偉藍圖，把加快建設(shè)創(chuàng)新型國家作為現(xiàn)代化建設(shè)全局的戰(zhàn)略舉措。為貫徹國家要求，國家電網(wǎng)公司提出要堅持創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，大力實施科技強企戰(zhàn)略，瞄準世界能源電力科技前沿和企業(yè)實際問題，敢為人先、敢于突破，搶占科技制高點，引領(lǐng)電網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展。作為國家電網(wǎng)有限公司直屬科研單位，中國電科院提出了分“三步走”建設(shè)具有卓越競爭力的世界一流電力科研機構(gòu)的新時代戰(zhàn)略目標(biāo)，通過聚焦重點發(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。
在國家科技戰(zhàn)略引領(lǐng)下，中國電科院提出一系列創(chuàng)新管理舉措，科技研發(fā)效率進一步提升。一是強化科研頂層設(shè)計，使創(chuàng)新資源更加集中。初步形成“頂層設(shè)計先行、指南申報落地、戰(zhàn)略規(guī)劃兼容”的研發(fā)策劃模式，依托頂層設(shè)計凝練聚焦技術(shù)新方向，培育未來業(yè)務(wù)增長點，并在重大戰(zhàn)略方向的遴選上支撐頂層設(shè)計，促進科技資源進一步向核心技術(shù)方向聚集，在資源有限的情況下，增強了科研投入的系統(tǒng)性、全局性和協(xié)同性。通過科研頂層設(shè)計，凝練出了50個重點研究方向、44項核心技術(shù)、8個中長期戰(zhàn)略性科研方向，基本確立了中國電科院未來若干年的核心重點技術(shù)方向。二是實施研發(fā)組織優(yōu)化，使綜合優(yōu)勢更加凸顯。初步建立“總體設(shè)計、集中攻關(guān)、分散實施”的跨專業(yè)聯(lián)合攻關(guān)機制，形成院內(nèi)單位互為補充、相互促進、互通有無的協(xié)同攻關(guān)體系。通過優(yōu)化研發(fā)組織模式，五年來先后攻克了電力系統(tǒng)全過程動態(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δ芟到y(tǒng)集成等一大批關(guān)鍵技術(shù)難題。
隨著國家科技計劃改革方案逐步實施，國家有關(guān)部門于2016年首次采用國家重點研發(fā)計劃專項形式組織項目申報。在國資委、國家電網(wǎng)有限公司的大力支持和有序組織下，中國電科院積極參與各相關(guān)專項申報，在2016年至2018年期間共計參與了12個專項、73個項目的申報，截至目前已有49個項目（15項牽頭、34項配合）獲批立項，特別是在智能電網(wǎng)領(lǐng)域，已連續(xù)三年成為承擔(dān)項目最多的單位。
開發(fā)“電網(wǎng)友好型”風(fēng)電機組，助力“新時代”電網(wǎng)穩(wěn)定運行
——大容量風(fēng)電機組電網(wǎng)友好型控制技術(shù)
我國是全球風(fēng)電規(guī)模最大、發(fā)展最快的國家，2017年我國新增風(fēng)電裝機容量1503萬千瓦，累計裝機達1.64億千瓦，均為世界第一。預(yù)計到2050年末，全國風(fēng)電裝機將突破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100%，具備高比例風(fēng)力發(fā)電的“新時代”電力系統(tǒng)正逐漸形成。
跟以同步發(fā)電機為主導(dǎo)的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，“新時代”電力系統(tǒng)最大的特征在于風(fēng)電帶來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)定問題凸顯；風(fēng)電抗擾性低，在系統(tǒng)電壓/頻率波動時易大規(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行特性，安全穩(wěn)定運行面臨重大挑戰(zhàn)。
據(jù)國家重點研發(fā)計劃項目“大容量風(fēng)電機組電網(wǎng)友好型控制技術(shù)”負責(zé)人、中國電科院新能源研究中心副主任秦世耀介紹，本項目按照“理論基礎(chǔ)—關(guān)鍵技術(shù)—試驗檢測—工程示范”的主線開展研究，并設(shè)置了5個課題，攻克一個科學(xué)問題，突破四項關(guān)鍵技術(shù)：
風(fēng)電機組寬頻動態(tài)特性及其多控制環(huán)節(jié)的耦合作用機理
電網(wǎng)特定條件下雙饋/直驅(qū)風(fēng)電機組并網(wǎng)可能呈現(xiàn)的寬頻振蕩特性涉及風(fēng)電機組多物理控制動態(tài)環(huán)節(jié)和主動支撐控制動態(tài)環(huán)節(jié)的耦合，目前仍未揭示此相互作用關(guān)系。采用時域振蕩模態(tài)，分析風(fēng)電機組寬頻動態(tài)的振蕩特征及各控制環(huán)節(jié)間動態(tài)和暫態(tài)耦合作用機制，是實現(xiàn)大容量風(fēng)電機組友好型并網(wǎng)控制優(yōu)化的關(guān)鍵科學(xué)問題和理論基礎(chǔ)。研究雙饋/直驅(qū)風(fēng)電機組各物理控制環(huán)節(jié)動態(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。通過建立風(fēng)電機組寬頻動態(tài)模型，提出風(fēng)電機組機電耦合扭振和次/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)。
計及能量約束與應(yīng)力的主動頻率支撐優(yōu)化控制技術(shù)
傳統(tǒng)風(fēng)電機組運行過程主要考慮自身運行安全與發(fā)電量，對電網(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，同時風(fēng)電機組缺乏一次調(diào)頻能力，減小了系統(tǒng)的后備支撐。而風(fēng)電機組參與調(diào)頻對機組控制系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)，包括頻率支撐能量來源和機組應(yīng)力邊界改變。頻率支撐過程中慣量響應(yīng)動能釋放規(guī)律和一次調(diào)頻期間備用容量的匹配直接影響機組的穩(wěn)定運行。通過量化機組機械結(jié)構(gòu)特性和電氣設(shè)備運行邊界，建立轉(zhuǎn)子動能預(yù)測模型，優(yōu)化鎖相環(huán)性能，確保慣量響應(yīng)的可靠實現(xiàn)。以風(fēng)電機組頻率支撐動態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性為目標(biāo)，建立以機組容量，機械應(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)，同時考慮到三者之間交互耦合，通過迭代優(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)電機組主動阻尼控制技術(shù)
次/超同步振蕩具有頻率不確定、形態(tài)多樣化特點，現(xiàn)有控制無法快速追蹤振蕩變化，難以兼顧風(fēng)電機組基本控制回路需求，無法實現(xiàn)大規(guī)模推廣?；趧討B(tài)能量/阻抗特性理論，研究單機次/超頻特性的關(guān)鍵影響因素，結(jié)合風(fēng)場—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)備間的耦合機理。采用移頻鎖相技術(shù)，構(gòu)建自適應(yīng)阻抗/動態(tài)能量設(shè)計方案，并基于多支路阻抗/能量重塑理論優(yōu)化接入位置；評估基頻特性與次/超頻特性的影響程度，以不同工況下運行邊界條件為約束，實現(xiàn)多目標(biāo)風(fēng)電機組主動阻尼控制；通過基準電壓同步技術(shù)，研究風(fēng)電網(wǎng)絡(luò)阻抗/能量匹配模式，實現(xiàn)具有時空、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)，通過帶寬調(diào)整解耦次/超頻和基頻回路，并以風(fēng)電機組基本響應(yīng)需求為約束，制定風(fēng)電機組自適應(yīng)主動阻尼控制。
電網(wǎng)故障情況下機組可控性提升及動態(tài)功率優(yōu)化控制技術(shù)
風(fēng)電機組在故障暫態(tài)中承受著由電壓幅值驟變、相位跳變和負序擾動等引起的電氣應(yīng)力。當(dāng)前，風(fēng)電機組在故障暫態(tài)過程中可控性變差，導(dǎo)致故障暫態(tài)過程中風(fēng)電機組對電網(wǎng)頻率/電壓的支撐缺乏主動性，因此，應(yīng)改進控制方法提高可控性。為了實現(xiàn)風(fēng)電機組故障暫態(tài)支撐，風(fēng)電機組在故障暫態(tài)中保有可控性是其基礎(chǔ)。首先從故障快速檢測、動態(tài)PLL、虛擬強勵/欠勵和低高穿連續(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，動態(tài)識別故障暫態(tài)支撐可控域，采用多維度協(xié)同應(yīng)力抑制措施實現(xiàn)可控域動態(tài)擴展，提升風(fēng)電機組故障暫態(tài)支撐的可控性。構(gòu)建典型場景，量化分析不同故障階段風(fēng)電機組故障暫態(tài)支撐需求，提出風(fēng)電機組故障暫態(tài)支撐的優(yōu)化控制策略。研制風(fēng)電機組電壓/頻率故障暫態(tài)支撐控制器，突破風(fēng)電機組“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/擾動條件下風(fēng)電機組傳動鏈動態(tài)阻尼控制技術(shù)
電網(wǎng)出現(xiàn)故障/擾動會對風(fēng)電機組機械子系統(tǒng)造成較大載荷，甚至可能造成傳動鏈扭振失穩(wěn)從而引發(fā)事故，因此需要研究電網(wǎng)故障、頻率擾動、電力系統(tǒng)振蕩等電網(wǎng)運行條件下的風(fēng)電機組載荷動態(tài)響應(yīng)機理，在電網(wǎng)故障/擾動條件下對“電網(wǎng)友好型”風(fēng)電機組載荷進行穩(wěn)定優(yōu)化控制，對風(fēng)電機組傳動鏈進行動態(tài)阻尼控制，抑制傳動鏈扭振，提高風(fēng)電機組運行穩(wěn)定性和可靠性。研究電網(wǎng)故障、頻率擾動、電力系統(tǒng)振蕩等運行條件下的風(fēng)電機組載荷動態(tài)特性及風(fēng)電機組與電網(wǎng)相互影響的機理，明確電網(wǎng)故障/擾動工況下的風(fēng)電機組載荷約束條件，提出風(fēng)電機組疲勞載荷和極限載荷的定量評價方法，突破電網(wǎng)故障、頻率擾動、電力系統(tǒng)振蕩等電網(wǎng)運行條件下風(fēng)電機組載荷穩(wěn)定優(yōu)化控制技術(shù)。
項目預(yù)期研制雙饋/直驅(qū)風(fēng)電機組寬頻動態(tài)特性數(shù)?；旌蠈崟r仿真平臺、風(fēng)電慣量/一次調(diào)頻優(yōu)化控制系統(tǒng)、具備主動阻尼和電壓/頻率主動支撐能力的風(fēng)電機組電控系統(tǒng)、風(fēng)電機組載荷優(yōu)化控制系統(tǒng)等，最終研發(fā)出兩臺“電網(wǎng)友好型”風(fēng)電樣機，并將在張北國家風(fēng)電試驗檢測基地開展示范驗證，展示“電網(wǎng)友好型”風(fēng)電機組的慣量/一次調(diào)頻性能、振蕩主動抑制能力、故障暫態(tài)支撐性能。
項目的實施將推動我國風(fēng)電技術(shù)及自主研發(fā)制造的發(fā)展，提高我國風(fēng)電關(guān)鍵技術(shù)在國際上的核心競爭力，為我國實現(xiàn)高比例風(fēng)電電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，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)電是促進我國可再生能源開發(fā)利用、推進能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要舉措。“十三五”期間我國分布式光伏發(fā)展迅速，裝機容量將達6000萬千瓦以上，靠近負荷建設(shè)、高滲透率接入，是當(dāng)前分布式光伏發(fā)展的主流趨勢。
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，用戶端直流型負荷比重持續(xù)增加，區(qū)域直流配電網(wǎng)已成為未來城市與工業(yè)園區(qū)配電系統(tǒng)建設(shè)的重要趨勢。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)的實踐已呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢。
現(xiàn)階段該領(lǐng)域國內(nèi)外還存在諸多問題。在直流升壓變流方面，變換器拓撲結(jié)構(gòu)與參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法不成熟、功率密度小、效率低；在系統(tǒng)設(shè)計集成方面，規(guī)?；喽瞬⒕W(wǎng)穩(wěn)定性分析理論、規(guī)劃設(shè)計方法及評價體系缺失；在運行控保方面，計及高比例分布式光伏的直流配電系統(tǒng)快速故障識別定位技術(shù)不成熟，隔離保護裝置成本過高。為此，中國電科院開展“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)，促進光伏并網(wǎng)消納。
一項科學(xué)問題和三大關(guān)鍵技術(shù)
該項目將以提高規(guī)模化高比例分布式光伏并網(wǎng)消納能力為目標(biāo)，以直流接入關(guān)鍵裝備研制為主線，深入開展基礎(chǔ)理論研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，建立面向真實應(yīng)用場景的領(lǐng)先實證平臺，形成集理論、技術(shù)、裝備和平臺為一體的系統(tǒng)化成果。項目將重點解決一項重大科學(xué)問題與突破三大關(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撲構(gòu)建與直流并網(wǎng)穩(wěn)定機理
直流并網(wǎng)變換器需具備高增益、高效率、高可靠優(yōu)良特性與高自由度控制、寬范圍運行能力。目前針對此類直流變換裝置的拓撲與參數(shù)設(shè)計方法尚無深入研究，針對其寬頻帶、 寬范圍、 多模式下的動態(tài)建模亦缺乏研究。同時，直流并網(wǎng)系統(tǒng)中多變換器間電氣距離短，耦合作用強，多尺度交互作用機理復(fù)雜，給系統(tǒng)的穩(wěn)定分析帶來困難。因此，探索光伏直流變換器拓撲構(gòu)建方法，開展模型理論研究，揭示裝置與系統(tǒng)間多尺度交互作用機理，是亟須攻克的基礎(chǔ)理論問題。
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20倍以上，并且光伏陣列輸出功率及電壓寬范圍隨機變化，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)計技術(shù)
理論源于實踐，又必須指導(dǎo)實踐。中低壓直流配電系統(tǒng)的研究仍處于起步階段，國內(nèi)外僅建成了幾處小規(guī)模探索性工程，在規(guī)劃設(shè)計、設(shè)備選配、經(jīng)濟分析等方面還有大量問題需要研究，分布式光伏中低壓接入直流配電系統(tǒng)集成與工程設(shè)計尚無適配的標(biāo)準和規(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)綜合評估指標(biāo)體系，開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的直流配電系統(tǒng)故障定位與保護技術(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，不同拓撲結(jié)構(gòu)、控制策略的換流設(shè)備對故障的響應(yīng)不同，導(dǎo)致直流故障特征不明確，故障暫態(tài)過程解析困難、非線性特征強，難以準確提取分析。同時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)時間極短。因此，直流系統(tǒng)保護必須在極短的時間通過故障信號有效解析實現(xiàn)快速準確故障識別定位，技術(shù)難度較高。
實踐證明，唯有掌握關(guān)鍵核心技術(shù)這一“大國重器”，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；同時依托中國電力科學(xué)研究院張北試驗基地，建成世界首個分布式光伏直流并網(wǎng)系統(tǒng)平臺（±10kV/±375V/1.2MW），積累工程實證經(jīng)驗，實現(xiàn)設(shè)計規(guī)范化、產(chǎn)品實用化、測試標(biāo)準化。該項目將致力于先進技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，其核心成果可率先應(yīng)用于2022年杭州亞運會場館與雄安新區(qū)直流配電系統(tǒng)等重大標(biāo)志性工程，并向全國城市電網(wǎng)與工業(yè)園區(qū)輻射推廣。通過該項目研究與成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用，將有效提升我國電網(wǎng)對規(guī)模化、高滲透率分布式光伏的并網(wǎng)消納能力，有效支撐國家節(jié)能減排戰(zhàn)略實施，促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展；同時將增強我國新能源行業(yè)技術(shù)引領(lǐng)力，提升關(guān)鍵裝備研發(fā)制造水平，促進產(chǎn)業(yè)升級。
提升風(fēng)光功率預(yù)測和調(diào)度水平 助力可再生能源消納
——促進可再生能源消納的風(fēng)電/光伏發(fā)電功率預(yù)測技術(shù)及應(yīng)用
隨著《可再生能源法》的發(fā)布，我國風(fēng)力和光伏發(fā)電取得長足發(fā)展。截至2017年底，風(fēng)電和光伏裝機分別達到1.64、1.30億千瓦，均居世界第一位。風(fēng)電、光伏已經(jīng)成為我國主力電源，在總裝機中占比達到17%，在20個省區(qū)已成為第二大電源。
電力系統(tǒng)是一個實時平衡系統(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)能力來適應(yīng)負荷的動態(tài)變化。風(fēng)/光等新能源出力波動大、與負荷需求時空不匹配，加重了系統(tǒng)調(diào)節(jié)負擔(dān)。隨著風(fēng)/光裝機容量的增加，其功率預(yù)測成為電網(wǎng)運行控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我國電源結(jié)構(gòu)以煤電為主，調(diào)節(jié)速度慢、調(diào)節(jié)能力不足，對預(yù)測水平的要求更高；同時大規(guī)模集中開發(fā)的特點要求充分發(fā)揮大電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力，促進可再生能源消納。
功率預(yù)測和調(diào)度技術(shù)面臨挑戰(zhàn)
功率預(yù)測絕對偏差增大。我國風(fēng)電/光伏裝機容量大，集中度高，隨著風(fēng)/光出力占比的不斷增加，同樣預(yù)測精度帶來的功率偏差總量大幅增加，給新能源調(diào)度計劃的制定帶來較大困難，亟須進一步提升預(yù)測精度。
預(yù)測預(yù)見期不足。目前行業(yè)標(biāo)準規(guī)定功率預(yù)測的預(yù)見期為72小時，在以火電為主的電源結(jié)構(gòu)下，無法適應(yīng)機組組合的動態(tài)優(yōu)化需求，也嚴重影響電力建設(shè)、設(shè)備檢修、常規(guī)電源發(fā)電和市場交易的年月度計劃安排，亟待在誤差可控的情況下進一步延長功率預(yù)測長度。
預(yù)測應(yīng)用水平需要提升。現(xiàn)有功率預(yù)測技術(shù)對預(yù)測偏差缺乏科學(xué)預(yù)估，只能憑借以往運行經(jīng)驗安排調(diào)度計劃，既可能影響充分消納，又存在供電不足風(fēng)險，亟須研究刻畫預(yù)測偏差范圍的概率預(yù)測技術(shù)，同時提升多層級優(yōu)化調(diào)度與風(fēng)險防控技術(shù)。
技術(shù)突破助力新能源消納
針對面臨的挑戰(zhàn)，項目從預(yù)測和調(diào)度兩個技術(shù)維度，中長期、短期和超短期三個時間尺度開展技術(shù)攻關(guān)。預(yù)測技術(shù)方面，創(chuàng)新預(yù)報方法，深入挖掘氣象—功率時空關(guān)聯(lián)特性，運用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，提升預(yù)測精度，延長預(yù)測長度，填補中長期電量預(yù)測、概率預(yù)測等技術(shù)空白。調(diào)度技術(shù)方面，研究考慮預(yù)測不確定性的調(diào)度決策、風(fēng)險辨識、備用配置和緊急控制等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)風(fēng)險可控條件下風(fēng)/光最大化消納。
天氣預(yù)報是風(fēng)/光功率預(yù)測最主要的輸入數(shù)據(jù)，天氣預(yù)報誤差也是功率預(yù)測最主要的誤差源。受數(shù)值天氣預(yù)報技術(shù)水平限制，數(shù)值天氣預(yù)報對不同天氣過程的預(yù)報能力不同，導(dǎo)致功率預(yù)測誤差在不同的天氣過程和天氣過程的不同階段呈現(xiàn)不同的形式。由于天氣過程演化規(guī)律對新能源功率預(yù)測誤差的影響機理不明，導(dǎo)致功率預(yù)測精度提升較為困難，揭示天氣過程演化規(guī)律對風(fēng)/光功率預(yù)測誤差的影響機理是預(yù)測精度提升和實現(xiàn)對預(yù)測誤差量化評估的關(guān)鍵。因此，必須突破天氣過程演化規(guī)律對風(fēng)/光功率預(yù)測誤差的影響機理這一科學(xué)問題。
風(fēng)/光資源具有較強的時空關(guān)聯(lián)性。風(fēng)/光功率預(yù)測精度的提升依賴于對可用氣象信息的充分挖掘，依據(jù)單一時刻、單一地點數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)風(fēng)/光功率預(yù)測技術(shù)，忽略了氣象變化的時空關(guān)聯(lián)特性，未能實現(xiàn)對可用氣象信息的充分利用。對于不同時間、空間尺度上的風(fēng)/光功率預(yù)測問題，需借助先進的智能化學(xué)習(xí)手段，充分利用與預(yù)測對象相關(guān)聯(lián)的數(shù)值天氣預(yù)報大數(shù)據(jù)，在時間與空間維度上擴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)測的精度。亟待開展基于數(shù)值天氣預(yù)報大數(shù)據(jù)時空關(guān)聯(lián)性的多尺度風(fēng)/光功率預(yù)測的關(guān)鍵技術(shù)研究。
風(fēng)/光預(yù)測的不確定性增加了電網(wǎng)運行的風(fēng)險和風(fēng)/光消納的難度。如何在調(diào)度的不同層級、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，以確保電力系統(tǒng)能夠安全經(jīng)濟的消納可再生能源，需要對各個調(diào)度環(huán)節(jié)進行調(diào)整，而足夠精確的預(yù)測和對風(fēng)險的可知可控方可保證調(diào)度機構(gòu)敢用這個結(jié)果，目前亟待突破考慮預(yù)測不確定性的風(fēng)/光發(fā)電跨區(qū)多級優(yōu)化調(diào)度與風(fēng)險防控技術(shù)，提高系統(tǒng)運行水平和抗風(fēng)險能力，促進可再生能源消納。基于預(yù)測結(jié)果及其概率分布特征，研究隨機優(yōu)化調(diào)度技術(shù)及運行風(fēng)險量化評估方法，支撐多層級調(diào)度決策，實現(xiàn)風(fēng)險防控，促進風(fēng)/光消納。亟待開展考慮風(fēng)/光預(yù)測不確定性的多級優(yōu)化調(diào)度與風(fēng)險防控的關(guān)鍵技術(shù)研究。
項目圍繞上述科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)，開展多時空尺度功率預(yù)測和調(diào)度技術(shù)研究，項目預(yù)期將突破風(fēng)電/光伏中長期（年/月）電量預(yù)測、短期（0—6天）和超短期（0—4小時）功率預(yù)測技術(shù)，提出考慮預(yù)測不確定性的調(diào)度決策和風(fēng)險防控方法；研發(fā)覆蓋全國的中長/短/超短期一體化預(yù)測系統(tǒng)、風(fēng)險調(diào)度與緊急控制決策系統(tǒng)，并在國網(wǎng)、南網(wǎng)、蒙西電網(wǎng)等9個調(diào)度機構(gòu)建立示范工程。
項目從基礎(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產(chǎn)權(quán)的國際先進水平的重大成果，探索出一條適合我國資源稟賦和電力系統(tǒng)特點的風(fēng)電光伏預(yù)測以及調(diào)度技術(shù)，實現(xiàn)電力系統(tǒng)運行靈活性和可再生能源消納能力的有效提升，推動智能電網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新，支撐能源結(jié)構(gòu)清潔化轉(zhuǎn)型和能源消費革命。項目具有廣闊的市場前景和巨大的經(jīng)濟、社會、生態(tài)效益。項目成果將顯著提升我國新能源功率預(yù)測精度及應(yīng)用水平，提升我國大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)消納水平，促進我國新能源健康發(fā)展。
構(gòu)建電網(wǎng)智能全景系統(tǒng) 實現(xiàn)大電網(wǎng)安全運行的實時分析和精準控制
——互聯(lián)大電網(wǎng)高性能分析和態(tài)勢感知技術(shù)
我國已形成世界上規(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)動態(tài)特性復(fù)雜、安全穩(wěn)定風(fēng)險增加，客觀上對在線安全穩(wěn)定分析提出了更高要求，包括更加準確的狀態(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、無法在線進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)險實時掌控的時效性要求。這給當(dāng)前在線分析技術(shù)帶來了新的三大挑戰(zhàn)：
1.新能源波動和負荷特性變化使得電網(wǎng)運行狀態(tài)和設(shè)備模型參數(shù)呈現(xiàn)明顯時變特征，當(dāng)前在線分析沿用傳統(tǒng)狀態(tài)估計方法和離線仿真模型，制約了分析的準確性。
2.現(xiàn)代中國電網(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)定特性從機電暫態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C電暫態(tài)和電磁暫態(tài)混合過程，目前在線分析采用機電暫態(tài)仿真，無法進行大電網(wǎng)在線電磁仿真，難以滿足現(xiàn)代電網(wǎng)動態(tài)特性分析需要。
3.當(dāng)前電網(wǎng)運行狀態(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)的仿真計算模式，耗時5—15分鐘，難以滿足電網(wǎng)風(fēng)險實時掌控的時效性要求，亟須研究信息驅(qū)動的大電網(wǎng)在線運行態(tài)勢感知與趨勢預(yù)測技術(shù)。綜上，為保障當(dāng)前交直流互聯(lián)電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行，研究互聯(lián)大電網(wǎng)高性能分析和態(tài)勢感知技術(shù)，提升在線仿真分析能力，發(fā)展信息驅(qū)動的智能化分析模式，實現(xiàn)精準、實時的在線綜合安全穩(wěn)定分析，意義重大。
