上海交通大學：主力電源型新能源發電關鍵技術與應用

主力電源型新能源發電關鍵技術與應用上海交通大學特聘教授蔡旭2026年06月26日國家能源海上風電技術裝備研發中心國家能源海上風電技術裝備研發中心風光風光電源裝機容量占比%數據來源：《國家能源局2024年全國電力工業統計數據》2030預計裝機占比同步電源同步電源其它風電光伏其它■風電光伏2當前風光電源尚不能承擔主體電源責任!2當前風光電源尚不能承擔主體電源責任!電電壓源負載負載變化負載變化功率響應功率響應電流源電網負載電壓。穩態電流提供短路電流，支撐電網電壓穩態電流故障發電機一國家能源海上風電技本裝備研發中心三峽拴湖項目畫林圖例國家能源海上風電技術裝備研發中心三站有振蕩特征蔣家灣站接入750kV變電站，每2024年9月25日12時11分，發生次同步振蕩電流頻率三站有振蕩特征蔣家灣亟需具備強暫態支撐能力的新能源電站誕生5構成：自同步電壓源機組、10%的35kV短時儲能(一次調頻上調能力)、場站監測與穩定控制系統。場站升壓變壓器66國家能源海上風電技術裝備研發中心■提出直流電壓-電網頻率映射(慣性同步)的自同步電壓源控制原理，多控制模式融合，攻克雙變風m風mggQQ致穩控制環節致穩控制環節慣量響應一次調頻電流源型電流源型控制雙模并行競爭主導雙模并行競爭主導②Q7國家能源海上風電技術裝備研發中心MPPTQ4“9CurentController網側變流器控制張琛，蔡旭，李征，具有自主電網同步與弱網穩定運行能力的雙饋風電機組控制方法[J].中國電機工程學報，2017,37(2):476-485.桑順，張琛，蔡旭，等.全功率變換風電機組的電壓源控制(一):控制架構與弱電網運行穩定性分析[J].中國電機工程學報，2021,41(16):5604-5616.8國家能源海上風電技術裝備研發中心建立網側變換器輸出電壓角頻率與直流側電壓間的聯系：9國家能源海上風電技術裝備研發中心國家能源海上風電技術裝備研發中心直流電壓同時受到電網頻率和電網電壓幅值波動的影響!如何辦?10慣量傳遞控制慣量傳遞控制i55w:,w:,PanPowerControllerMPPTMPPTQuθ網側變流器控制機側變流器控制網側變流器控制張琛，蔡旭，李征，具有自主電網同步與弱網穩定運行能力的雙饋風電機組控制方法[J].中國電機工程學報，2017,37(2):476-485.桑順，張琛，蔡旭，等.全功率變換風電機組的電壓源控制(一):控制架構與弱電網運行穩定性分析[J].中國電機工程學報，2021,41(16):5604-5616.國家能源海上風電技術裝備研發中心國家能源海上風電技術裝備研發中心電網頻率直流電壓電網電壓幅值直流電壓跟隨電網頻率的振蕩有效減少!電網電壓波動對直流電壓的影響有效抑制!MSCMPPT致穩控制環節lagreflagrefPowerController機側變流器控制Pe66B網側變流器控制張琛，蔡旭，李征.具有自主電網同步與弱網穩定運行能力的雙饋風電機組控制方法[J].中國電機工程學報，2017,37(2):476-485.桑順，張琛，蔡旭，等.全功率變換風電機組的電壓源控制(一):控制架構與弱電網運行穩定性分析[J].中國電機工程學報，2021,41(16):5604-5616.國家能源海上風電技術裝備研發中心國家能源海上風電技術裝備研發中心—Withoutstabilizationcon—Withstabilizationc 電網頻率分別增大和減小0.01p.u;加入機MSC致穩控制環節①PowerMPPT@;,8.iPmierafControllerPlde暫態控制環節張琛，蔡旭，李征，具有自主電網同步與弱網穩定運行能力的雙饋風電機組控制方法[J].中國電機工程學報，2017,37(2):476-485.桑順，張琛，蔡旭，等.全功率變換風電機組的電壓源控制(一):控制架構與弱電網運行穩定性分析[J].中國電機工程學報，2021,41(16):5604-5616.秦垚，王晗，蔡旭等.全功率變換風電機組的電壓源控制(二):故障暫態控制[J].中國電機工程學報，網側變流器控制國家能源海上風電技術裝備研發中心國家能源海上風電技術裝備研發中心國家能源海上風電技術裝備研發中心>2022年4月6日對甘肅安北第二風電場的第71號和第75號永磁直驅風電機組(2MW)進行自天潤安陸第二風電場風機機位圖天潤安陸第二風電場風機機位圖44v4viwm"一電網頻率/H4電網頻率/H4直流電壓/V直流電壓/V國家能源海上風電技術裝備研發中心dd11E模態1母線電壓控制模態2國家能源海上風電技術裝備研發中心實時計算損耗實時計算損耗熱流矯正國家能源海上風電技術裝備研發中心邊界電流。無需擴容，提升暫態電流至3倍額定值T盡限利用控制T盡限利用控制選型邊界電流選型邊界電流調制策略優化最大應力邊界平家能源海土丹電使術裝備研發中心國家能源海上風電技術裝備研發中心高壓電網大電池堆高壓直掛構網儲能的挑戰——高壓直掛儲能離并網點的電氣距離是低壓儲能的1/3~1/5,電網支撐能力強!并網點令成元指生單信Q令成元指生單信Q與調制派克變換相內均斷控彩入點電壓無電容電壓源控制難度相內均斷控彩國家能源海上風電技術裝備研發中心全循環效率單機容量接入電壓傳統方案國家能源海上風電技術裝備研發中心頻率支撐電氣距離縮短不超配過流能力暫態電壓支撐傳統方案532國家能源海上風電技術裝備研發中心國家能源海上風電技術裝備研發中心■大小擾動穩定控制模模實時信息模式牽引作模式牽引作用阻尼系數濾波參數阻尼系數濾波參數抗自同步電壓源場站變壓器參數參數本地負荷4頻率阻尼實部阻尼牽引作用國家能源海上風電技術裝備研發中心國家能源海上風電技術裝備研發中心3.變系數Q下6有勸劃傘驗料器外年32臺機組啟用穩定控制(上：頻率；下：功角)國家能源海上風電技術裝備研發中心上海中綠新能源科技有限公司產品特點產品特點可穩定運行于短路比小于1.1的極弱電網.產品工作海拔≤5000m,適用范圍廣.整機效率高，效率>97%.*具備高低電壓故障穿越能力，提供3倍以上的暫態電流可穩定運行于短路比小于1.1的極弱電網.產品工作海拔≤5000m,適用范圍廣.整機效率高，效率>97%.上海中綠新能源科技有限公司922中國綠發品牌大可自主為電網提供慣量及參與電網一次調頻。具備高低電壓故障穿越能力，提供3倍以上的暫態電流可穩定運行于短路比小于1.1的極弱電網，8路MPPT,適應復雜發電環境。整機IP66防護等級，環境適應性強發電效率>99%,支持45℃運行不降額，減少發電量損失。可自主為電網提供慣量及參與電網一次調頻。具備高低電壓故障穿越能力，提供3倍以上的暫態電流可穩定運行于短路比小于1.1的極弱電網.防護等級IP55.適應高溫、高濕、高海拔等惡劣環境。發電效率>99%,支持45℃運行不降額，減少發電量損失。國家能源海上風電技術裝備研發中心上海中綠新能源科技有限公司soswnGmcoi9,產品4:35kV高壓直掛靜止同步機(構網型儲能)2中國綠發品牌大會外供電，操作界面友好，操作簡單具備四象限運行能力，運行范圍廣.有功和無功的吞吐響應速度在s級以內，反應速度快實現一次調頻的快速響應，電網頻率有保障。電網故障時能提供1.2倍短路電流，有效支撐電網電壓，830電藝量哪丑R一上海中綠新能源科技有限公司suawnsWIGcwoi9,上海中綠新能源科技有限公司suawnsWIGcwoi9,口2023年11月，世界首例主力電源型風電場-甘肅干河口南北風電場投入運行，截止24年8月通過了電網適應性、慣量響應、一次調頻、高低電壓穿越、黑啟動、孤網運行和三相短路等530項測試。32國家能源海上風電技術裝備研發中心主力電源型風電場入選國家能源第三批首臺(套)重大技術裝備示范類型2023年10月，“基于雙饋風電機組采用自同步電壓源控制體現同步機特性的百兆瓦級風力發電系統(主力電源型風電場)”入選國家第三批能源領域首臺(套)重大技術裝備(項目)名單為持續推進能源領域首臺(套)重大技術裝備示范應用，加快能源重大技術裝備創新，切實保障關鍵技術裝備產業鏈供應鏈安全，我局組織了第三批能源領域首臺(套)重大技術裝備申報及評定工作。現就有關事項公告如下。 應用，確保首臺(套)重大技術裝備示范任務落地。滅弱電源，構建強電網。8有限公司升級改造項目口電網頻率變化率0.1~0.5Hz/s,機組慣量響應功率0.02~0.12p.u.,等效慣性時間常數約12s電網頻率Hz有功功率kW有功功率電網頻率Hz有功功率kW有功功率kW有功功率kW電網頻率有功功率有功功率kW電網頻率有功功率45t0電網頻率有功功率國家能源海上風電技術裝備研發中心對稱電壓跌落，工作點P>90%監L監L2對稱電壓升高，工作點P<30%對稱電壓跌落，工作點P<30%電網電壓電網電壓u對稱電壓升高，工作點P>90%不對稱電壓跌落，工作點P>90%33不對稱電壓升高，工作點P>90%帶330kV系統黑啟動、孤網運行●帶330kV主變和全場集電線路、箱變完成零起升壓“黑啟動”●儲能、15臺風機(每臺限功率450kW)和4MWRLC負載構成孤網運行，穩態頻率為●投切阻性/感性負載，3MW、3Mvar、中國綠發CGDG上海中綠新能源科技有限公司中國綠發CGDG帶330kV系統35kV近母線三相金屬性短路試驗上海中綠新能源科技有限公司wosIwGconYe,短路測試(標幺值)序號測試點短路前短路前電流短路前有功功率短路前期間持續時間電流短路后持續是是00是是主變低壓側是主變高壓側是是1號風機是是中國綠發CGDG上海中綠新能源科技有限公司上海中綠新能源科技有限公司口2025年4月，世界首例主力電源型光伏電站-新疆尼勒克250MW光伏電站完成自同步電壓源光伏慣量響應、一次調頻、阻抗掃描、短路比適應性等10大項、21小項、209個測試工況的全維度測試驗主變壓器3545353545353MW負荷25萬kW自同步電壓源光伏電站示意圖38為持續擅進能源領域者臺(套)重大技術裝備研制和應用，加快能源重大技術裝各創新：切實保障關儲技術裝備產業縫供應隨安全，我局組織了防五批能源領域首臺(套)重大理術裝備申狼沒評定，現就有關事項公告如下。“基于自同步電壓源組串式逆變器的主力電源型光伏電站成套裝備”入選國家第五批能源領域首臺(套)重大技術裝備(項目)名單。100萬千瓦支撐弱電網運行。一、根據各有關單位申請，經組織專家評審和公示，決定將“基于自主可控1C7器件的換流卿”等2項技術裝備列為第五批能源便域首臺(套)重大拉術裝備、各有關單位要抵累控動技術裝備研制，孔實依托工程開展應用。二、報照《關于促進首臺(套》重大技術裝備示范應用的意見》(發改產業(120181558號》和《國家能源場關于促進能源簿域首臺(套)重大掛術裝備示伍應用的通知(國能發科技(2018)9號),能源流域首臺(套)成大技術裝備研制單位，用戶單位及其恢托工程享受如下有關政策：(一》獨用首臺(套)重大技術裝務的依托工程優先納入相關規劃并曲各級投資主管部門按照權限核準成審批。(二)能源策域首臺(套)重大技術裝務招投標，經擦行業主管部門批準，可采程單一來源采購，競爭性談判等非招標方式以保障任務落實。電容科技有限公司中國綠發投資集團有限公司新疆中綠電技術有限電投資股份有限公司100萬千瓦庫克拜光伏電站項目CGDG2024光伏子陣(3.2MW)低電壓支撐波形上海中綠新能源科技有限公司yy鳥幽A光伏子陣(3.2MW)高電壓支撐波形中國綠發CGDG類類房nn中國綠發CGDG上海中綠新能源科技有限公司uywSw0vwPFGru0n上海中綠新能源科技有限公司uywSw0vwPFGru0n2上海中綠新能源科技有限公司整站帶220kV系統黑啟動