一項科學(xué)問題和三大關(guān)鍵技術(shù)

該項目將以提高規(guī)模化高比例分布式光伏并網(wǎng)消納能力為目標(biāo)，以直流接入關(guān)鍵裝備研制為主線，深入開展基礎(chǔ)理論研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，建立面向真實應(yīng)用場景的領(lǐng)先實證平臺，形成集理論、技術(shù)、裝備和平臺為一體的系統(tǒng)化成果。項目將重點解決一項重大科學(xué)問題與突破三大關(guān)鍵技術(shù)，包括：

面向分布式光伏的高效高變比電力電子拓?fù)錁?gòu)建與直流并網(wǎng)穩(wěn)定機理

直流并網(wǎng)變換器需具備高增益、高效率、高可靠優(yōu)良特性與高自由度控制、寬范圍運行能力。目前針對此類直流變換裝置的拓?fù)渑c參數(shù)設(shè)計方法尚無深入研究，針對其寬頻帶、 寬范圍、 多模式下的動態(tài)建模亦缺乏研究。同時，直流并網(wǎng)系統(tǒng)中多變換器間電氣距離短，耦合作用強，多尺度交互作用機理復(fù)雜，給系統(tǒng)的穩(wěn)定分析帶來困難。因此，探索光伏直流變換器拓?fù)錁?gòu)建方法，開展模型理論研究，揭示裝置與系統(tǒng)間多尺度交互作用機理，是亟須攻克的基礎(chǔ)理論問題。

高變比分布式光伏中壓直流變換器高效/高可靠性變流技術(shù)

分布式光伏中壓直流變換器升壓比高達20倍以上，并且光伏陣列輸出功率及電壓寬范圍隨機變化，設(shè)備內(nèi)部電能轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)較多，導(dǎo)致直流變換器效率提升困難;變換器端口工況復(fù)雜，運行模式多變，并且中壓變換器模塊串并聯(lián)數(shù)量多，故障耦合和傳導(dǎo)問題突出，降低了變換器的可靠性。因此，研制高變比、高效、高可靠分布式光伏中壓直流變換器具有極大挑戰(zhàn)。

基于全壽命周期模型的中低壓直流并網(wǎng)分布式光伏系統(tǒng)集成與工程設(shè)計技術(shù)

理論源于實踐，又必須指導(dǎo)實踐。中低壓直流配電系統(tǒng)的研究仍處于起步階段，國內(nèi)外僅建成了幾處小規(guī)模探索性工程，在規(guī)劃設(shè)計、設(shè)備選配、經(jīng)濟分析等方面還有大量問題需要研究，分布式光伏中低壓接入直流配電系統(tǒng)集成與工程設(shè)計尚無適配的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，因而構(gòu)建分布式光伏多端接入的中低壓直流配電系統(tǒng)綜合評估指標(biāo)體系，開展基于全壽命周期模型的中低壓直流并網(wǎng)分布式光伏系統(tǒng)集成與工程設(shè)計技術(shù)研究具有極大的挑戰(zhàn)。

基于暫態(tài)故障特征快速提取辨識的直流配電系統(tǒng)故障定位與保護技術(shù)

含高比例分布式光伏的中壓和低壓直流配電系統(tǒng)體現(xiàn)出電力電子化特征，不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制策略的換流設(shè)備對故障的響應(yīng)不同，導(dǎo)致直流故障特征不明確，故障暫態(tài)過程解析困難、非線性特征強，難以準(zhǔn)確提取分析。同時高比例電力電子裝置接入后系統(tǒng)故障電流上升速度快、 沖擊大，故障后換流設(shè)備閉鎖速度快，導(dǎo)致有效故障信息持續(xù)時間極短。因此，直流系統(tǒng)保護必須在極短的時間通過故障信號有效解析實現(xiàn)快速準(zhǔn)確故障識別定位，技術(shù)難度較高。

實踐證明，唯有掌握關(guān)鍵核心技術(shù)這一“大國重器”，才能消除“卡脖子”的隱憂，才能做產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“領(lǐng)跑者”。該項目將立足理論與技術(shù)創(chuàng)新，全面突破分布式光伏中低壓直流并網(wǎng)核心關(guān)鍵技術(shù)體系;同時依托中國電力科學(xué)研究院張北試驗基地，建成世界首個分布式光伏直流并網(wǎng)系統(tǒng)平臺(±10kV/±375V/1.2MW)，積累工程實證經(jīng)驗，實現(xiàn)設(shè)計規(guī)范化、產(chǎn)品實用化、測試標(biāo)準(zhǔn)化。該項目將致力于先進技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，其核心成果可率先應(yīng)用于2022年杭州亞運會場館與雄安新區(qū)直流配電系統(tǒng)等重大標(biāo)志性工程，并向全國城市電網(wǎng)與工業(yè)園區(qū)輻射推廣。通過該項目研究與成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用，將有效提升我國電網(wǎng)對規(guī)模化、高滲透率分布式光伏的并網(wǎng)消納能力，有效支撐國家節(jié)能減排戰(zhàn)略實施，促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展;同時將增強我國新能源行業(yè)技術(shù)引領(lǐng)力，提升關(guān)鍵裝備研發(fā)制造水平，促進產(chǎn)業(yè)升級。

提升風(fēng)光功率預(yù)測和調(diào)度水平 助力可再生能源消納

——促進可再生能源消納的風(fēng)電/光伏發(fā)電功率預(yù)測技術(shù)及應(yīng)用

隨著《可再生能源法》的發(fā)布，我國風(fēng)力和光伏發(fā)電取得長足發(fā)展。截至2017年底，風(fēng)電和光伏裝機分別達到1.64、1.30億千瓦，均居世界第一位。風(fēng)電、光伏已經(jīng)成為我國主力電源，在總裝機中占比達到17%，在20個省區(qū)已成為第二大電源。

電力系統(tǒng)是一個實時平衡系統(tǒng)，在不含大規(guī)模風(fēng)電/光伏的電力系統(tǒng)，可利用常規(guī)電源的可控調(diào)節(jié)能力來適應(yīng)負(fù)荷的動態(tài)變化。風(fēng)/光等新能源出力波動大、與負(fù)荷需求時空不匹配，加重了系統(tǒng)調(diào)節(jié)負(fù)擔(dān)。隨著風(fēng)/光裝機容量的增加，其功率預(yù)測成為電網(wǎng)運行控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我國電源結(jié)構(gòu)以煤電為主，調(diào)節(jié)速度慢、調(diào)節(jié)能力不足，對預(yù)測水平的要求更高;同時大規(guī)模集中開發(fā)的特點要求充分發(fā)揮大電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力，促進可再生能源消納。

功率預(yù)測和調(diào)度技術(shù)面臨挑戰(zhàn)

功率預(yù)測絕對偏差增大。我國風(fēng)電/光伏裝機容量大，集中度高，隨著風(fēng)/光出力占比的不斷增加，同樣預(yù)測精度帶來的功率偏差總量大幅增加，給新能源調(diào)度計劃的制定帶來較大困難，亟須進一步提升預(yù)測精度。

預(yù)測預(yù)見期不足。目前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定功率預(yù)測的預(yù)見期為72小時，在以火電為主的電源結(jié)構(gòu)下，無法適應(yīng)機組組合的動態(tài)優(yōu)化需求，也嚴(yán)重影響電力建設(shè)、設(shè)備檢修、常規(guī)電源發(fā)電和市場交易的年月度計劃安排，亟待在誤差可控的情況下進一步延長功率預(yù)測長度。

預(yù)測應(yīng)用水平需要提升。現(xiàn)有功率預(yù)測技術(shù)對預(yù)測偏差缺乏科學(xué)預(yù)估，只能憑借以往運行經(jīng)驗安排調(diào)度計劃，既可能影響充分消納，又存在供電不足風(fēng)險，亟須研究刻畫預(yù)測偏差范圍的概率預(yù)測技術(shù)，同時提升多層級優(yōu)化調(diào)度與風(fēng)險防控技術(shù)。

技術(shù)突破助力新能源消納

針對面臨的挑戰(zhàn)，項目從預(yù)測和調(diào)度兩個技術(shù)維度，中長期、短期和超短期三個時間尺度開展技術(shù)攻關(guān)。預(yù)測技術(shù)方面，創(chuàng)新預(yù)報方法，深入挖掘氣象—功率時空關(guān)聯(lián)特性，運用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，提升預(yù)測精度，延長預(yù)測長度，填補中長期電量預(yù)測、概率預(yù)測等技術(shù)空白。調(diào)度技術(shù)方面，研究考慮預(yù)測不確定性的調(diào)度決策、風(fēng)險辨識、備用配置和緊急控制等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)風(fēng)險可控條件下風(fēng)/光最大化消納。

天氣預(yù)報是風(fēng)/光功率預(yù)測最主要的輸入數(shù)據(jù)，天氣預(yù)報誤差也是功率預(yù)測最主要的誤差源。受數(shù)值天氣預(yù)報技術(shù)水平限制，數(shù)值天氣預(yù)報對不同天氣過程的預(yù)報能力不同，導(dǎo)致功率預(yù)測誤差在不同的天氣過程和天氣過程的不同階段呈現(xiàn)不同的形式。由于天氣過程演化規(guī)律對新能源功率預(yù)測誤差的影響機理不明，導(dǎo)致功率預(yù)測精度提升較為困難，揭示天氣過程演化規(guī)律對風(fēng)/光功率預(yù)測誤差的影響機理是預(yù)測精度提升和實現(xiàn)對預(yù)測誤差量化評估的關(guān)鍵。因此，必須突破天氣過程演化規(guī)律對風(fēng)/光功率預(yù)測誤差的影響機理這一科學(xué)問題。