《光伏发电的能量贯穿机理与气象随动理论》

该项目属电气工程学科中“新能源高效利用”与“电能变换与控制”领域。

光伏发电的能量贯穿率是衡量光伏发电系统将太阳辐照能转化为优质并网电能的效率的重要指标。光伏发电系统在运行过程中,受复杂气象要素、光伏电池的非线性和衰减特性、电能变换系统的非线性等影响,能量贯穿特性呈强随机性和波动性,导致全生命周期能量贯穿机理复杂,成为制约光伏系统能效和经济性提升的瓶颈。世界光伏系统的装机容量逐年递增,已成为全球主要替代能源,系统全生命周期能量贯穿率的提升将大幅降低电能生产成本,促进全球新能源的开发利用。

该项目历经十余年,在国家重点基础研究发展计划、科技部行业专项和国家自然科学基金等项目的资助下,致力于揭示光伏发电的能量贯穿机理,建立光伏系统的气象随动理论,破解复杂气象要素等对系统能量贯穿率的影响规律,取得了如下科学发现及创新性成果:

(1)阐明了光伏功率随机波动的多时间尺度演化规律与多物理过程耦合效应,建立了考虑光伏组件衰减特性的多元耦合性气象因素模糊识别的发电预测理论,破解了光伏出力的随机性和波动性难题;发现了组件串电压比对阵列多极值特性的影响规律,提出了基于有源功率-电压特性校正的阵列功率随动跟踪方法,协调了跟踪速度和稳态精度之间的矛盾。

(2)发现了光伏波动性和间歇性对系统经济运行的影响规律,建立了基于发电预测的系统能量管理模型,破解了系统能量调度时光伏出力的随机性难题;揭示了光伏出力随机性与负荷波动特性之间、储能单元充放电行为与需求侧响应之间相互关联的规律,阐明了多时间尺度条件下光伏发电的能量贯穿机理,建立了系统容量配置与能量调度的迭代优化理论。

(3)建立了反映光伏阵列多极值点和寿命衰减特性的系统耦合特性分析模型,揭示了不同时间尺度条件下系统耦合方式对能效的影响规律,阐明了不同网络拓扑的光伏发电系统全生命周期的能效优化机理。揭示了多种非理想因素对电能变换系统稳定性的影响机理,提出了系统响应特性和稳定性的优化方法体系。

该项目发表了35篇高质量SCI论文(累计影响因子167.72),其中8篇代表性论文含ESI高被引论文4篇,累计影响因子44.5,被WoS核心合集他引1731次,SCI他引1006次,包括发表在Progress inEnergy and Combustion Science(IF 25.242)、Renewable & Sustainable Energy Reviews(IF 9.184)、AppliedEnergy(IF 7.9)等刊物上的83篇综述论文,发表在IEEE Transactions on Industrial Electronics(IF 7.05)、IEEE Trans.On Power Electronics(IF 6.812)和IEEE Transactions on Smart Grid(IF 7.365)等高水平期刊的

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