为世界新能源并网技术发展提供中国经验

能源电力清洁低碳转型过程中，新能源装机占比不断提高，高比例新能源、高比例电力电子设备的“双高”特征愈加突出，电力系统运行特性发生了深刻变化，宽频振荡问题成为影响“双高”电力系统安全、稳定运行的主要挑战之一。近年来，我国学者在新能源并网系统宽频振荡分析与抑制方面取得了重大突破，推动了新能源并网技术进步、能源转型发展。

中国电力科学研究院有限公司总工程师王伟胜领衔的技术攻关团队攻克了新能源发电集群在交流弱电网、串联补偿线路、常规直流、柔性直流等不同送出场景发生振荡的相关技术难题，形成了机理明晰、分析准确、抑制有效的整体解决方案。

10月13日，王伟胜与同事李光辉、何国庆等人撰写的《新能源并网系统宽频振荡分析与抑制》英文版面向海内外公开发行。该书系统全面地介绍了新能源并网系统宽频振荡建模、分析、抑制技术和工程应用等内容，为世界新能源并网技术发展提供了中国经验。

明晰振荡判据

推动理论创新

随着新能源大规模并网，宽频振荡问题在不同国家和地区相继出现。2009年，美国得克萨斯州某风电场经串补线路送出线路发生20赫兹振荡。2014年，德国北海海上风电直流送出工程发生250～350赫兹振荡。宽频振荡对新能源健康持续发展、电力系统安全稳定运行构成威胁。

与水电、火电等常规电源引发的振荡相比，大规模新能源并网系统宽频振荡更加复杂，振荡频率覆盖数赫兹到上千赫兹，诱发振荡的源头包括陆上风力发电、光伏发电和海上风力发电，振荡的场景包括交流弱电网、串联补偿线路、常规直流、柔性直流等。

阻抗方法是分析和解决电力电子系统振荡的一种常用方法。传统的阻抗方法主要适用于规模小、运行方式简单、场景单一的系统。而海量的新能源场站使得并网系统规模庞大，新能源功率随机波动导致系统运行方式复杂，涉及送出场景多，因而传统的阻抗方法难以解决该类复杂系统的宽频振荡问题。

中国电科院攻关团队在传统的阻抗方法基础上开展了大量创新性研究工作，建立了包含风力发电、光伏发电、常规直流、柔性直流、交流电网的频率耦合阻抗模型，明晰了计及工作点变化的宽频振荡稳定判据，揭示了多送出场景下新能源发电集群振荡的产生和演化机理，提出了基于宽频阻抗重塑的振荡抑制策略，推动了阻抗方法理论体系创新，为解决大规模新能源并网系统宽频振荡问题提供了理论指导。

构建验证平台

助推设备升级

宽频振荡引发大规模新能源连锁脱网事故是不断发展演化的动态过程，亟须研发高效仿真平台，开展大规模新能源并网系统宽频振荡的事故复现和抑制策略验证。

我国资源与负荷呈逆向分布，大基地开发、远距离送出是新能源开发利用的主要形式之一。大规模新能源集群规模大，含上万个发电机组，且机型众多。同时，新能源机组控制结构复杂，且由于新能源机组控制受到商业保护，控制“灰箱化”，导致无法建立精准的仿真模型。模型精度和仿真规模成为建设仿真平台需要破解的两大难题。

根据新能源发电特点，中国电科院攻关团队通过采集国家能源大型风电并网系统并网系统研发（试验）中心新能源机组现场试验数据，依托包含新能源机组实际控制器的控制在环仿真系统，将控制器的源代码封装为电磁暂态仿真模型，首创“现场试验-控制在环-源代码封装”模型校核技术，获取了精确的新能源发电仿真模型，模型误差为国际电工委员会（IEC）国际标准值的1/5。

在此基础上，攻关团队突破了综合考虑电路参数、控制增益、旋转惯量等因素的场站等值技术，建立了千万千瓦级新能源发电集群全电磁暂态仿真平台，用于宽频振荡事故过程的复现和抑制策略验证。目前，依托该平台，攻关团队针对我国多个新能源场站实际开展了宽频振荡抑制策略验证，指导新能源设备制造商优化机组控制参数，已完成覆盖我国在运80%的新能源机组型号设备的并网性能提升，促进了主流新能源发电制造商所产设备的控制性能优化升级，提升了新能源发电设备整体技术水平。

提供整体方案

支撑产业链发展

2016年以来，中国电科院攻关团队基于大规模新能源并网系统阻抗理论体系和千万千瓦级新能源发电集群全电磁暂态仿真平台，连续对在运的新能源场站和直流工程开展宽频振荡抑制，有力支撑了新能源发电集群在多送出场景中的稳定运行，为大规模新能源并网宽频振荡问题分析与抑制积累了丰富的实践经验。

攻关团队通过对多个工程宽频振荡事故的研究发现，宽频振荡问题在工程的设计、调试阶段可以进行事先干预。这不仅能避免宽频振荡事故，还可以支撑设备制造企业、新能源企业、电网企业等在内的新能源产业链健康发展。

针对当下新能源产业链实际情况，攻关团队提出了宽频振荡整体解决方案。方案包含规划、设计、调试及运行等阶段的全套技术策略。在规划设计阶段，团队主要结合当地的电网条件，基于现有新能源主流机型设备制造水平，提出并网技术改进建议，为工程建设把好设备关。在系统调试阶段，团队针对振荡风险较高的极端工况排查系统振荡原因，进一步完善振荡抑制措施。

目前，团队已经对±800千伏哈密—重庆、陕西—河南、宁夏—湖南等特高压直流送出工程开展前期系统振荡风险分析、技术要求制订等工作，为工程提供详细的系统宽频振荡抑制策略。

提及新能源并网系统宽频振荡分析与抑制研究工作，王伟胜说：“科研工作要以国家能源战略为指引，立足能源行业发展重大需求，围绕一个科研方向做深做透，注重理论联系实际。科研成果要经得起工程实践的检验。”