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新能源发电大规模接入的电网安全运行与优化控制“十四五”期间，我国新能源装机和发电量占比仍将继续提高，对电力系统的影响将更为突出，需要重点关注高比例新能源并网带来的电力系统安全、新能源发电项目规模管控、新能源消纳等问题，从机理研究、标准强化、政策落实、规模管控、管理优化等各个方面着手，推动新能源科学发展。

项目背景

随着新能源发电机组大量替代常规机组，电网安全运行面临挑战。同时，电力系统中，电力电子化特征日益显著，给电网运行机理也带来深刻变化。近年来，国外发生的一些大停电事故与新能源发电大规模接入有关。

一方面，新能源发电包含大量电力电子设备，其频率、电压耐受标准偏低。当系统发生事故，频率、电压发生较大变化时，新能源发电机组容易大规模脱网，引发连锁故障。另一方面，电力电子装置的快速响应特性，在传统同步电网以工频为基础的稳定问题之外，带来了宽频带（5～300赫兹）振荡的新稳定问题。

针对此类问题，应完善新能源机组并网标准，提高新能源机组涉网性能要求，挖掘新能源场站自身动态有功、无功调节能力，要求新能源参与系统调频、调压，防范新能源机组大规模脱网引发的连锁故障。在新能源发电机组高比例接入与极端天气频发的背景下，电网企业需要提高灾害气象预警水平，结合电网运行特性，强化风险分析与预防。同时，有关部门和电网企业应加强新能源机组次同步谐波管理，深化机理研究，出台相关规定。

成果简介

规模化新能源消纳是当前新能源产业快速发展亟需解决的问题，也是促进能源互联网建设的重要理论支撑。对推动新疆地区风、光、储等新能源大规模发展、特高压混合交直流输电安全稳定运行、减少弃风、弃光具有非常重要意义。 项目针对新疆地区风、光等新能源发电大规模接入电网后引起的电网安全问题展开研究，主要研究新疆电网的安全运行方式与优化控制方法。

通过风电机组健康状态的实时在线评估、风电功率和光伏发电的高精度预测、次同步振荡检测、谐波传播机理及谐波抑制方法的研究，消除或降低新能源发电大规模并网对输电及配电带来的风险，实现电网安全运行;通过对风光互补、风光储、微电网、智能配电网高效清洁运行、交直流混合输电等多种运行场景的综合协调和优化控制研究，实现平抑新能源发电的波动性，优化无功补偿及有功调配，提高电网的电压、频率稳定性，使电网能够接纳更多的新能源所发出的电力，从而使新能源电力综合利用效率达到最大化。

项目研究成果中的关键技术应用于新疆地区风电、光伏发电企业，经实地验证具有减少弃风、弃光效果，电网运行安全性、稳定性均得到改善提升，能够进一步扩大新能源发电的接入规模，增加调度、控制、维护策略和手段的有效性，具有显著的经济效益和环境效益。 项目共申请并授权2项国家发明专利，申请并登记软件著作权3项，发表科技论文67篇（其中SCI论文2篇，EI论文12篇），培养相关专业研究生约25名，出站博士后1名，产生重要的学术影响力。

截止2017年底，项目成果已在新疆地区多家新能源发电企业推广应用，推动了规模化新能源消纳技术、能源互联网技术的创新发展，社会效益十分显著。

推广应用前景与措施：

本项目取得的经济效益、社会效益和生态效益具体阐述如下：

1.经济效益

本项目建立的太阳逐时辐射强度预测模型、大规模风储电力功率波动抑制多目标优化模型、风速风功率预测模型和风储优化控制方法、扩张状态观测器的风机虚拟惯量控制方法、风电机组运行的健康状态在线评估、风电机组谐波、电网次同步振荡检测的分层追踪技术、多层多区域混合自动电压控制系统、智能配电网高效运行评估技术、配电网停电风险评估应急预警技术等研究成果，应用于疆内风电、光伏发电企业、国家电网公司,具有减少弃风、弃光效果,电网运行安全性、稳定性均得到改善提升,能够进一步扩大新能源发电的接入规模，增加调度、控制、维护策略和手段的有效性,全年新增经济效益超 500 万元。

2.社会效益

本项目针对新疆地区风、光等新能源发电大规模接入的情况下，对实现新疆电网安全的运行方式与优化控制方法展开研究，获得显著的社会效益。

(1)所取得的研究成果及其应用能够提高风速与风功率的预测精度,从而提高光伏电站、大型风电场的发电效率,使新能源发电能够实现高效运行,取得效益最大化,是支持清洁发电、电力行业节能减排的重要基础。

(2)增强风速扰动的抗干扰能力，能够改善新能源发电大规模接入电网的电压稳定性和频率稳定性，并使出力波动得到了较好的控制,为新疆地区实现清洁电能的远距离输送、特高压交直流输电打下了坚实的基础。

(3)提升风电场并网运行的低电压穿越能力、检测并抑制谐波、次同步振荡的产生及传播、能够改善大规模新能源发电并网的运行环境,提升电网对新能源发电的接纳及控制能力，对新能源产业的进一步发展起到重要支撑作用。

(3)优化新能源发电-配电网-输电网的协调配合运行，降低发电环节的波动性、故障及控制水平引起的停运,强健并优化输配电结构及控制,使其更适合接纳大规模新能源发电的接入及远距离输送，在提升新能源发电效率的同时降低电网的运维成本，使电网运行更高效。

(4)为社会培养了高质量的专业技术人才，在项目实施过程中，先后培养硕士研究生约 25 名，出站博士后 1 名。

3.环境效益

本项目的研究成果应用于新疆地区多家新能源发电企业,经实地验证具有减少弃光量的直接环境效益，光伏发电全年利用小时数同比提高了 142 小时,全年累计增加发电量超 710 万千瓦时；具有减少弃风量的直接环境效益，全年的利用小时数同比提高 120 小时，全年累计增加发电量超 600 万千瓦时。此外,通过风光互补、风储联合、配电网高效运行等优化手段提升了电网接纳新能源发电的能力，改善了电网运行环境，间接促进了新能源发电量的增加。本项目以上直接、间接环境效益对实现化石能源的清洁替代、清洁电能的远距离输送、节能减排效果明显。