在國家科技戰(zhàn)略引領下，中國電科院提出一系列創(chuàng)新管理舉措，科技研發(fā)效率進一步提升。一是強化科研頂層設計，使創(chuàng)新資源更加集中。初步形成“頂層設計先行、指南申報落地、戰(zhàn)略規(guī)劃兼容”的研發(fā)策劃模式，依托頂層設計凝練聚焦技術新方向，培育未來業(yè)務增長點，并在重大戰(zhàn)略方向的遴選上支撐頂層設計，促進科技資源進一步向核心技術方向聚集，在資源有限的情況下，增強了科研投入的系統(tǒng)性、全局性和協(xié)同性。通過科研頂層設計，凝練出了50個重點研究方向、44項核心技術、8個中長期戰(zhàn)略性科研方向，基本確立了中國電科院未來若干年的核心重點技術方向。二是實施研發(fā)組織優(yōu)化，使綜合優(yōu)勢更加凸顯。初步建立“總體設計、集中攻關、分散實施”的跨專業(yè)聯(lián)合攻關機制，形成院內單位互為補充、相互促進、互通有無的協(xié)同攻關體系。通過優(yōu)化研發(fā)組織模式，五年來先后攻克了電力系統(tǒng)全過程動態(tài)仿真、特高壓變電設備狀態(tài)預警、大規(guī)模新能源發(fā)電并網、配電網自愈控制、規(guī)?；瘍δ芟到y(tǒng)集成等一大批關鍵技術難題。

隨著國家科技計劃改革方案逐步實施，國家有關部門于2016年首次采用國家重點研發(fā)計劃專項形式組織項目申報。在國資委、國家電網有限公司的大力支持和有序組織下，中國電科院積極參與各相關專項申報，在2016年至2018年期間共計參與了12個專項、73個項目的申報，截至目前已有49個項目(15項牽頭、34項配合)獲批立項，特別是在智能電網領域，已連續(xù)三年成為承擔項目最多的單位。

開發(fā)“電網友好型”風電機組，助力“新時代”電網穩(wěn)定運行

——大容量風電機組電網友好型控制技術

我國是全球風電規(guī)模最大、發(fā)展最快的國家，2017年我國新增風電裝機容量1503萬千瓦，累計裝機達1.64億千瓦，均為世界第一。預計到2050年末，全國風電裝機將突破10億千瓦。隨著風電并網比例不斷攀升，局部區(qū)域風電穿透率已超過100%，具備高比例風力發(fā)電的“新時代”電力系統(tǒng)正逐漸形成。

跟以同步發(fā)電機為主導的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，“新時代”電力系統(tǒng)最大的特征在于風電帶來的高比例電力電子裝備接入，隨著風電容量在電力系統(tǒng)中比重不斷加大，電力系統(tǒng)慣量不足，頻率穩(wěn)定問題凸顯;風電抗擾性低，在系統(tǒng)電壓/頻率波動時易大規(guī)模脫網引發(fā)連鎖故障;產生的多形態(tài)低頻和次/超同步振蕩機理尚未探明，振蕩事故頻發(fā)。系統(tǒng)呈現(xiàn)弱慣性、弱電氣阻尼以及弱電壓支撐的運行特性，安全穩(wěn)定運行面臨重大挑戰(zhàn)。

據國家重點研發(fā)計劃項目“大容量風電機組電網友好型控制技術”負責人、中國電科院新能源研究中心副主任秦世耀介紹，本項目按照“理論基礎—關鍵技術—試驗檢測—工程示范”的主線開展研究，并設置了5個課題，攻克一個科學問題，突破四項關鍵技術：

風電機組寬頻動態(tài)特性及其多控制環(huán)節(jié)的耦合作用機理

電網特定條件下雙饋/直驅風電機組并網可能呈現(xiàn)的寬頻振蕩特性涉及風電機組多物理控制動態(tài)環(huán)節(jié)和主動支撐控制動態(tài)環(huán)節(jié)的耦合，目前仍未揭示此相互作用關系。采用時域振蕩模態(tài)，分析風電機組寬頻動態(tài)的振蕩特征及各控制環(huán)節(jié)間動態(tài)和暫態(tài)耦合作用機制，是實現(xiàn)大容量風電機組友好型并網控制優(yōu)化的關鍵科學問題和理論基礎。研究雙饋/直驅風電機組各物理控制環(huán)節(jié)動態(tài)特性和風電系統(tǒng)振蕩模態(tài)與物理控制環(huán)節(jié)耦合關系至關重要。通過建立風電機組寬頻動態(tài)模型，提出風電機組機電耦合扭振和次/超同步振蕩的降階解耦模型，為風電電網友好型控制的關鍵技術突破奠定基礎。

計及能量約束與應力的主動頻率支撐優(yōu)化控制技術

傳統(tǒng)風電機組運行過程主要考慮自身運行安全與發(fā)電量，對電網頻率并不具有支撐能力，降低了電網整體有效慣量，致使電網頻率穩(wěn)定性下降，同時風電機組缺乏一次調頻能力，減小了系統(tǒng)的后備支撐。而風電機組參與調頻對機組控制系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)，包括頻率支撐能量來源和機組應力邊界改變。頻率支撐過程中慣量響應動能釋放規(guī)律和一次調頻期間備用容量的匹配直接影響機組的穩(wěn)定運行。通過量化機組機械結構特性和電氣設備運行邊界，建立轉子動能預測模型，優(yōu)化鎖相環(huán)性能，確保慣量響應的可靠實現(xiàn)。以風電機組頻率支撐動態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性為目標，建立以機組容量，機械應力，電氣應力和電網阻抗適應性為約束條件，綜合設計慣量系數、阻尼系數和一次調頻系數的目標優(yōu)化函數，同時考慮到三者之間交互耦合，通過迭代優(yōu)化得到自適應的頻率支撐策略核心參數，并建立慣量與一次調頻協(xié)調控制策略。

次/超同步頻率不確定、多形態(tài)下風電機組主動阻尼控制技術

次/超同步振蕩具有頻率不確定、形態(tài)多樣化特點，現(xiàn)有控制無法快速追蹤振蕩變化，難以兼顧風電機組基本控制回路需求，無法實現(xiàn)大規(guī)模推廣?；趧討B(tài)能量/阻抗特性理論，研究單機次/超頻特性的關鍵影響因素，結合風場—設備網絡模型，描述振蕩分量的傳播與演化規(guī)律，揭示風電設備間的耦合機理。采用移頻鎖相技術，構建自適應阻抗/動態(tài)能量設計方案，并基于多支路阻抗/能量重塑理論優(yōu)化接入位置;評估基頻特性與次/超頻特性的影響程度，以不同工況下運行邊界條件為約束，實現(xiàn)多目標風電機組主動阻尼控制;通過基準電壓同步技術，研究風電網絡阻抗/能量匹配模式，實現(xiàn)具有時空、功率耦合的設備協(xié)同。擬構建快速鎖頻和振蕩追蹤技術，通過帶寬調整解耦次/超頻和基頻回路，并以風電機組基本響應需求為約束，制定風電機組自適應主動阻尼控制。

電網故障情況下機組可控性提升及動態(tài)功率優(yōu)化控制技術

風電機組在故障暫態(tài)中承受著由電壓幅值驟變、相位跳變和負序擾動等引起的電氣應力。當前，風電機組在故障暫態(tài)過程中可控性變差，導致故障暫態(tài)過程中風電機組對電網頻率/電壓的支撐缺乏主動性，因此，應改進控制方法提高可控性。為了實現(xiàn)風電機組故障暫態(tài)支撐，風電機組在故障暫態(tài)中保有可控性是其基礎。首先從故障快速檢測、動態(tài)PLL、虛擬強勵/欠勵和低高穿連續(xù)故障協(xié)調控制等方面研究故障穿越關鍵技術。以變流器容限、載荷約束為邊界條件，動態(tài)識別故障暫態(tài)支撐可控域，采用多維度協(xié)同應力抑制措施實現(xiàn)可控域動態(tài)擴展，提升風電機組故障暫態(tài)支撐的可控性。構建典型場景，量化分析不同故障階段風電機組故障暫態(tài)支撐需求，提出風電機組故障暫態(tài)支撐的優(yōu)化控制策略。研制風電機組電壓/頻率故障暫態(tài)支撐控制器，突破風電機組“電網友好型”控制技術中的故障暫態(tài)支撐技術。

電網故障/擾動條件下風電機組傳動鏈動態(tài)阻尼控制技術

電網出現(xiàn)故障/擾動會對風電機組機械子系統(tǒng)造成較大載荷，甚至可能造成傳動鏈扭振失穩(wěn)從而引發(fā)事故，因此需要研究電網故障、頻率擾動、電力系統(tǒng)振蕩等電網運行條件下的風電機組載荷動態(tài)響應機理，在電網故障/擾動條件下對“電網友好型”風電機組載荷進行穩(wěn)定優(yōu)化控制，對風電機組傳動鏈進行動態(tài)阻尼控制，抑制傳動鏈扭振，提高風電機組運行穩(wěn)定性和可靠性。研究電網故障、頻率擾動、電力系統(tǒng)振蕩等運行條件下的風電機組載荷動態(tài)特性及風電機組與電網相互影響的機理，明確電網故障/擾動工況下的風電機組載荷約束條件，提出風電機組疲勞載荷和極限載荷的定量評價方法，突破電網故障、頻率擾動、電力系統(tǒng)振蕩等電網運行條件下風電機組載荷穩(wěn)定優(yōu)化控制技術。

項目預期研制雙饋/直驅風電機組寬頻動態(tài)特性數?；旌蠈崟r仿真平臺、風電慣量/一次調頻優(yōu)化控制系統(tǒng)、具備主動阻尼和電壓/頻率主動支撐能力的風電機組電控系統(tǒng)、風電機組載荷優(yōu)化控制系統(tǒng)等，最終研發(fā)出兩臺“電網友好型”風電樣機，并將在張北國家風電試驗檢測基地開展示范驗證，展示“電網友好型”風電機組的慣量/一次調頻性能、振蕩主動抑制能力、故障暫態(tài)支撐性能。

項目的實施將推動我國風電技術及自主研發(fā)制造的發(fā)展，提高我國風電關鍵技術在國際上的核心競爭力，為我國實現(xiàn)高比例風電電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，提升風電接入和消納能力奠定良好基礎。

攻克中低壓直流接入關鍵技術 促進光伏并網消納

——分布式光伏多端口接入直流配電系統(tǒng)關鍵技術和裝備

大力發(fā)展分布式光伏發(fā)電是促進我國可再生能源開發(fā)利用、推進能源結構調整的重要舉措。“十三五”期間我國分布式光伏發(fā)展迅速，裝機容量將達6000萬千瓦以上，靠近負荷建設、高滲透率接入，是當前分布式光伏發(fā)展的主流趨勢。

高比例分布式光伏消納面臨新挑戰(zhàn)與新選擇

隨著分布式光伏電源接入數量與容量的增加，現(xiàn)有交流配電系統(tǒng)面臨一系列技術挑戰(zhàn)，諸如潮流分布與繼電保護配置的改變、諧波污染源增加與電能質量下降、調度控制困難、變壓器/線路過載等。目前大功率電力電子與柔性直流輸配電技術已日臻成熟，用戶端直流型負荷比重持續(xù)增加，區(qū)域直流配電網已成為未來城市與工業(yè)園區(qū)配電系統(tǒng)建設的重要趨勢。分布式光伏與直流配電相結合是一種積極探索，其電壓更穩(wěn)定、效率更高、系統(tǒng)更為可靠。以雄安新區(qū)配電網建設、蘇州同里新能源小鎮(zhèn)等示范工程為代表，分布式光伏接入直流配電網的實踐已呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢。

現(xiàn)階段該領域國內外還存在諸多問題。在直流升壓變流方面，變換器拓撲結構與參數優(yōu)化設計方法不成熟、功率密度小、效率低;在系統(tǒng)設計集成方面，規(guī)?；喽瞬⒕W穩(wěn)定性分析理論、規(guī)劃設計方法及評價體系缺失;在運行控保方面，計及高比例分布式光伏的直流配電系統(tǒng)快速故障識別定位技術不成熟，隔離保護裝置成本過高。為此，中國電科院開展“分布式光伏多端口接入直流配電系統(tǒng)關鍵技術和裝備”研究，攻克中低壓直流接入關鍵技術，促進光伏并網消納。