《新能源微电网规划与控制技术及应用》

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微电网是新能源高效开发利用的重要途径。全球规划、在建以及投入运行的百千瓦级以上的微电网超过1000个,预计2023年产业规模将达到1550亿美元。新能源微电网对实现能源可持续发展和建设美丽中国具有重要意义。

风/光等新能源的间歇性、波动性和不确定性,导致新能源微电网的安全经济运行困难,新能源微电网发展面临三大难题:微电网内新能源预测精度低,精准调度困难,弃风/光严重;“高远边无”地区环境恶劣,运行场景复杂多变,供电可靠性差;高比例新能源系统惯量低,控制手段缺乏,独立运行稳定性差。上述问题严重制约了新能源微电网的发展,亟需突破解决上述问题的关键技术,提升微电网的新能源消纳能力和经济稳定运行水平。

依托国家863计划课题、国家自然科学基金等项目,产学研用项目团队历时近八年联合攻关,通过自主创新,在新能源微电网容量配置、稳定控制、运行优化、电能质量控制及微电网成套核心装置研发等方面取得了实质性创新和突破,为微电网规划与控制提供了科学系统的解决方案。主要创新:创建了以新能源渗透率、丢弃率和微电网可靠性、经济性等为多目标的微电网容量随机优化模型,开发了微电网容量优化决策平台,解决了规划中高比例新能源的接入难题;提出了虚拟等效转动惯量技术以及分层分布式协同控制方法,提高了系统稳定水平和供电可靠性,研制了微电网运行控制及保护NMC系列产品;提出了新能源微电网集中优化与分布协同的精准调度技术,首次实现了兆瓦级超级电容和锂电池的混合储能与分布式电源的协同优化,混合储能系统总损耗成本降低了29%,并开发了微电网能量优化系统;发明了逆变器输出电压畸变最小化在线计算触发角技术,触发角计算分辨率从1°提高到0.001°,逆变器输出电压谐波降低51%,研制了微电网电能质量监测及补偿装置,有效提升了微电网电能质量水平。项目获授权发明专利58项(含美国专利2项)、软著12项,参与编制国标和行标6项,出版专著1部,发表论文102篇,其中SCI/EI论文58篇,项目鉴定意见认为成果整体达到国际领先水平。

项目核心成果已应用于全国27个省及直辖市的90多个微电网及风/光等新能源的工程中,微电网运行控制及保护NMC系列产品市场占有率全国居首。项目首次在10kV电压等级鹿西岛兆瓦级并网型微电网中实现了离并网无缝切换,南麂岛兆瓦级独立型微电网的新能源功率渗透率达到100%,能量渗透率达到62.5%,度电成本下降33%,度电碳排放减少59%,供电可靠性从99.9%提升至99.99%,应用区域的微电网运行可靠性和新能源消纳能力得到了显著提升。项目核心技术和研发的关键装备在新加坡、巴基斯坦、印度等微电网中得到应用,为“一带一路”沿线国家的能源基础设施建设提供强有力的技术支撑。

项目近3年累计销售收入26.50亿元,减少电网建设与运维成本近百亿元,尤其可为南海、东海等国防前沿的海岛提供坚强可靠的供电保障。项目成果为中国未来微电网的发展奠定了技术基础,将引领国际新能源微电网的发展。

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