交流电网

他提出，未来的柔性交直流中低压配电网系统可灵活接入传统交流电网、分布式间歇性电源、储能系统、多形式的交直流负荷等，而各种分布式新能源的高效消纳、能源的协调控制以及用户侧的高质供给等均可由能量路由器来完成。

为了深入分析VSC-HVDC（基于电压源换流器的高压直流输电）系统宽频振荡失稳的机理并快速准确评估系统的稳定性，提出一种基于z域阻抗的建模方法和稳定性判据。首先，基于精确离散化的方法，分别建立了考虑锁相环、电流内环和电压前馈控制的电压源型变流器z域阻抗模型，以及交流电网在全局坐标系下的z域阻抗模型。然后，基于盖尔圆定理提出广义禁区判据，分析了锁相环和线路阻抗对系统稳定性的影响。最后，搭建VSC-HVDC仿真系统进行分析，证明了所提广义阻抗判据的有效性。

新型电力系统背景下，中国未来面临着大规模能源“西电东送”的电力传输需求，需要规划与之相适应的输电模式。依据2030年后西部能源的开发规模，确定各类型电源的装机规模和地理分布，提出远期西部送端直流输电网和中东部受端超/特高压交流电网相融合的“西电东送”主干输电网结构及路线图。为适应新型电力系统安全可控、灵活高效的基本要求，构建了团块状、网格状和双环网3种基于VSC-HVDC柔性输电技术的直流组网模式，以实现西部多类型电源的互补互济，保障电力的可靠供应。分析了3种直流组网模式下主要一次设备的应用数量，计算了西部送端直流电网的系统整体可靠性指标，从设备应用数量和系统整体可靠性指标对3种模式进行了综合评估，并确定了优选方案。参考张北柔性直流电网工程，对优选方案的技术性和经济性进行了分析，进一步验证了方案的可行性。

交流电网不对称故障工况下模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)存在相功率不均衡的问题，常规的基于直流环流注入的调控方法会引起桥臂电流不对称，导致各相电流应力不相等；而基于零序电压注入的方法可能导致系统过调制，危害系统安全稳定运行。针对传统相功率均衡控制策略的局限性，提出一种交流电网不对称故障下MMC自适应相功率均衡控制策略。首先，分析基于零序电压和直流环流注入的MMC相间功率调控原理，指出不同方法单独进行相间功率均衡的局限性。其次，研究零序电压注入方法的过调制边界，引入相功率分配系数，给出不同故障下相功率系数优化方法，提出基于零序电压和直流环流注入协调的MMC自适应相功率均衡控制策略。最后，通过仿真验证了机理分析与所提控制策略的正确性和有效性。

针对海上风电多端柔直系统岸上交流电网故障时的盈余功率问题，提出一种采用能量控制的多个海上换流站与风电机组的协调控制策略。在故障期间，部分海上换流站先启动能量控制，根据直流电压的变化抬升能量参考值，吸收直流系统中的盈余功率。剩余海上换流站对直流电压进行预测，当直流电压预测值超过限值后，剩余海上换流站启动能量控制吸收盈余功率。海上换流站在吸收盈余功率的同时对风电机组采用降压控制，根据换流站储能的增加情况降低风机侧交流电压参考值。风电机组网侧换流器根据交流电压的变化调节d轴电流参考值，减少输送到多端柔直系统的有功功率，避免多端柔直系统的直流电压越限。最后，在PSCAD/EMTDC中对不同类型的故障进行仿真，验证了所提协调控制策略的有效性。

目前我国建设的特高压直流大多数为LCC型高压直流工程，随着特高压直流的大量投运和输送功率的大幅提升，直流接入的交流电网的安全稳定性与电能质量问题引起了广泛的关注。直流系统是交流电网中重要的谐波源，换流器运行时产生特征谐波注入交流系统，引起了交流电网畸变，需要采用无源滤波器进行滤波。

开发燃料电池分布式发电系统，以氢气作为原料与空气中的氧气发生电化学反应发电。燃料电池系统产生的直流电经逆变器并升压后，接入10 kV 交流电网线。副产水蒸气由洁净水收集装置收集，通过冷凝器回收热能，获取常温液态水，全运行周期清洁无污染。设计自动调节控制系统，可实现故障电堆系统在降容条件下持续运行。

随着化石能源的日益枯竭和环境压力的日益增加，中国乃至世界均面临着能源结构的战略性调整，人类已经认识到必须从传统能源向以可再生能源为主的清洁能源过渡。但在开发利用风能、光伏等新能源的过程中，大规模集中式开发以及孤岛接入等问题严重制约丁对新能源的高效利用。目前，电力网络是清洁能源实现大规模开发以及远距离输送的有效途径，但现实中的输电网络普遍存在配置范围有限、能力不足的问题，亟待建立以清洁能源为主导、以电为中心、更高效环保的能源配置网络平台。 柔性直流输电技术因具备灵活控制有功/无功、可向无源网络供电、与交流电网高度解耦、轻松实现潮流反转等诸多优点，被广泛应用在新能源输电领域中。在此基础上，构建网络化的直流输电是一种解决大规模新能源接入的宏大构想，从技术实现的角度来看，也是当前最为可行的有效手段。柔性直流输电与直流电网的结合，可实现对广域内可再生能源发电直流联网，充分利用其互补性，实现可再生能源大规模集中接入，提高可再生能源发电利用率。 本项目围绕高压大容量柔性直流电网的应用需求，以适应大规模新能源接入的柔性直流电网关键技术为研究对象，解决柔性直流电网系统集成设计以及工程示范应用方面的核心问题。

电力电子设备已成为现代电网的重要组成部分。大量分布式光伏、电动汽车通过整流、逆变接入传统交流电网，存在能源转化效率不高、源荷匹配灵活性差等问题。发展直流配电，构建交直流混合配电网，是减少电能转换环节、提升综合能效的必由之路。 电力电子变压器（PET）是交直流混合配电网络的核心设备，本项目之前，其组网运行主要存在以下难题：①设备损耗大，长期运行的经济性低；②控制保护难，故障隔离慢，存在系统振荡风险，影响供电可靠性；③运行灵活性差，不利于有效集成分布式能源、合理调配多样性负荷。 项目团队在国家自然科学基金、国网公司科技项目的资助下，开展产学研用协同攻关，研制了高效率多端口电力电子变压器、多功能复用的直流故障电流控制器，突破了交直流配电网控制保护、系统振荡抑制等关键技术，实现了灵活组网、高效运行。 项目获授权发明专利26项，发表论文60篇，出版专著1部，发布国家标准1项，立项IEC标准1项。王锡凡院士领衔的鉴定委员会认为 “整体达到国际领先水平。项目建成了北京延庆智能电网工程、苏州同里交直流系统示范工程以及连云港海岛综合示范工程，实现了源网荷储协调运行。项目成果对支撑大规模电力电子设备接入后电网高效稳定运行具有重要的现实意义。

11月25日，由中国电力科学研究院有限公司主导编制的国际电工委员会（IEC）国际标准《大电网中逆变器型电源的动态特性-第1部分：逆变器电源与低短路比交流电网互联》（IECTR63401-1:2022）正式获批发布。