中国电科院：瞄准电力科技前沿 引领电网创新发展

一项科学问题和三大关键技术

该项目将以提高规模化高比例分布式光伏并网消纳能力为目标，以直流接入关键装备研制为主线，深入开展基础理论研究和关键技术攻关，建立面向真实应用场景的领先实证平台，形成集理论、技术、装备和平台为一体的系统化成果。项目将重点解决一项重大科学问题与突破三大关键技术，包括：

面向分布式光伏的高效高变比电力电子拓扑构建与直流并网稳定机理

直流并网变换器需具备高增益、高效率、高可靠优良特性与高自由度控制、宽范围运行能力。目前针对此类直流变换装置的拓扑与参数设计方法尚无深入研究，针对其宽频带、 宽范围、 多模式下的动态建模亦缺乏研究。同时，直流并网系统中多变换器间电气距离短，耦合作用强，多尺度交互作用机理复杂，给系统的稳定分析带来困难。因此，探索光伏直流变换器拓扑构建方法，开展模型理论研究，揭示装置与系统间多尺度交互作用机理，是亟须攻克的基础理论问题。

高变比分布式光伏中压直流变换器高效/高可靠性变流技术

分布式光伏中压直流变换器升压比高达20倍以上，并且光伏阵列输出功率及电压宽范围随机变化，设备内部电能转换环节较多，导致直流变换器效率提升困难;变换器端口工况复杂，运行模式多变，并且中压变换器模块串并联数量多，故障耦合和传导问题突出，降低了变换器的可靠性。因此，研制高变比、高效、高可靠分布式光伏中压直流变换器具有极大挑战。

基于全寿命周期模型的中低压直流并网分布式光伏系统集成与工程设计技术

理论源于实践，又必须指导实践。中低压直流配电系统的研究仍处于起步阶段，国内外仅建成了几处小规模探索性工程，在规划设计、设备选配、经济分析等方面还有大量问题需要研究，分布式光伏中低压接入直流配电系统集成与工程设计尚无适配的标准和规范，因而构建分布式光伏多端接入的中低压直流配电系统综合评估指标体系，开展基于全寿命周期模型的中低压直流并网分布式光伏系统集成与工程设计技术研究具有极大的挑战。

基于暂态故障特征快速提取辨识的直流配电系统故障定位与保护技术

含高比例分布式光伏的中压和低压直流配电系统体现出电力电子化特征，不同拓扑结构、控制策略的换流设备对故障的响应不同，导致直流故障特征不明确，故障暂态过程解析困难、非线性特征强，难以准确提取分析。同时高比例电力电子装置接入后系统故障电流上升速度快、 冲击大，故障后换流设备闭锁速度快，导致有效故障信息持续时间极短。因此，直流系统保护必须在极短的时间通过故障信号有效解析实现快速准确故障识别定位，技术难度较高。

实践证明，唯有掌握关键核心技术这一“大国重器”，才能消除“卡脖子”的隐忧，才能做产业发展的“领跑者”。该项目将立足理论与技术创新，全面突破分布式光伏中低压直流并网核心关键技术体系;同时依托中国电力科学研究院张北试验基地，建成世界首个分布式光伏直流并网系统平台(±10kV/±375V/1.2MW)，积累工程实证经验，实现设计规范化、产品实用化、测试标准化。该项目将致力于先进技术产业化，其核心成果可率先应用于2022年杭州亚运会场馆与雄安新区直流配电系统等重大标志性工程，并向全国城市电网与工业园区辐射推广。通过该项目研究与成果转化应用，将有效提升我国电网对规模化、高渗透率分布式光伏的并网消纳能力，有效支撑国家节能减排战略实施，促进经济社会可持续发展;同时将增强我国新能源行业技术引领力，提升关键装备研发制造水平，促进产业升级。

提升风光功率预测和调度水平 助力可再生能源消纳

——促进可再生能源消纳的风电/光伏发电功率预测技术及应用

随着《可再生能源法》的发布，我国风力和光伏发电取得长足发展。截至2017年底，风电和光伏装机分别达到1.64、1.30亿千瓦，均居世界第一位。风电、光伏已经成为我国主力电源，在总装机中占比达到17%，在20个省区已成为第二大电源。

电力系统是一个实时平衡系统，在不含大规模风电/光伏的电力系统，可利用常规电源的可控调节能力来适应负荷的动态变化。风/光等新能源出力波动大、与负荷需求时空不匹配，加重了系统调节负担。随着风/光装机容量的增加，其功率预测成为电网运行控制的关键环节。我国电源结构以煤电为主，调节速度慢、调节能力不足，对预测水平的要求更高;同时大规模集中开发的特点要求充分发挥大电网调节能力，促进可再生能源消纳。

功率预测和调度技术面临挑战

功率预测绝对偏差增大。我国风电/光伏装机容量大，集中度高，随着风/光出力占比的不断增加，同样预测精度带来的功率偏差总量大幅增加，给新能源调度计划的制定带来较大困难，亟须进一步提升预测精度。

预测预见期不足。目前行业标准规定功率预测的预见期为72小时，在以火电为主的电源结构下，无法适应机组组合的动态优化需求，也严重影响电力建设、设备检修、常规电源发电和市场交易的年月度计划安排，亟待在误差可控的情况下进一步延长功率预测长度。

预测应用水平需要提升。现有功率预测技术对预测偏差缺乏科学预估，只能凭借以往运行经验安排调度计划，既可能影响充分消纳，又存在供电不足风险，亟须研究刻画预测偏差范围的概率预测技术，同时提升多层级优化调度与风险防控技术。

技术突破助力新能源消纳

针对面临的挑战，项目从预测和调度两个技术维度，中长期、短期和超短期三个时间尺度开展技术攻关。预测技术方面，创新预报方法，深入挖掘气象—功率时空关联特性，运用深度学习技术，提升预测精度，延长预测长度，填补中长期电量预测、概率预测等技术空白。调度技术方面，研究考虑预测不确定性的调度决策、风险辨识、备用配置和紧急控制等关键技术，实现风险可控条件下风/光最大化消纳。

天气预报是风/光功率预测最主要的输入数据，天气预报误差也是功率预测最主要的误差源。受数值天气预报技术水平限制，数值天气预报对不同天气过程的预报能力不同，导致功率预测误差在不同的天气过程和天气过程的不同阶段呈现不同的形式。由于天气过程演化规律对新能源功率预测误差的影响机理不明，导致功率预测精度提升较为困难，揭示天气过程演化规律对风/光功率预测误差的影响机理是预测精度提升和实现对预测误差量化评估的关键。因此，必须突破天气过程演化规律对风/光功率预测误差的影响机理这一科学问题。