[01510400]大规模新能源并网发电半实物实时仿真测控系统的开发与应用

该项目隶属"电气工程"、"可再生能源的开发与利用"、"控制系统仿真"等学科交叉领域。 随着风电、光伏等新能源发电系统并网规模的不断增加，其波动性和间歇性给电网带来的冲击越来越明显，对新能源发电及其并网技术带来了一系列新的挑战。在这种背景下，迫切需要能够模拟仿真高压、大容量、大规模新能源并网发电系统及其控制实际工况的测控平台，以实现对系统开发全过程的实时仿真与测试；并基于该测控平台，通过技术创新突破和成果应用，解决新能源并网发电中存在的电能质量、功率控制和故障保护等现实问题，提升绿色能源利用效率与水平。 该项目以风电、光伏等可再生新能源大规模并网发电的能源可持续发展战略为背景，在河北省应用基础研究计划重点基础研究和教育部博士点基金等项目经费资助下，结合实际需求，开展大规模分布式并网发电系统运行控制、电能质量、故障保护及故障穿越等关键技术的攻关与工程应用实践，取得了多项关键技术突破和创新成果： (1)提出并开发研制成功适用于风电、光伏等可再生新能源并网发电的dSPACE半实物实时仿真系统，包括被控对象数学模型与实物控制器构成闭环的硬件在环(HIL)；以及控制器模型与实物被控对象构成闭环的快速控制原型(RCP)的技术方案，模拟仿真高压、大容量、大规模新能源并网发电系统与控制实际工况，最大限度地降低系统方案规划、控制运行风险。 (2)针对大规模分布式光伏发电远距离接入中低压配电网造成并网电能质量和故障保护等问题，提出高频逆变型电源侧新型拓扑结构、主动孤岛保护、功率灵活调节等控制策略，包括高频链矩阵变换器及其解结耦控制；基于抛物线型滑模频移、自适应有功电流扰动、负序电流扰动的逆变型电源主动孤岛保护，以及功率灵活调节等，结合基于上述HIL和RCP的先验仿真，在确保系统测控准确可靠、有效提高配电网消纳分布式新能源发电系统的能力的前提下，加速系统开发实用进程。 (3)针对高压、大容量风力发电并网系统，提出了基于滑模直接功率控制(SM-DPC)技术的最大风能捕获控制方案及电网不对称故障下的稳态功率优化补偿策略；结合基于上述HIL和RCP的先验仿真，在确保系统测控安全可靠、有效提升大规模新能源发电系统的故障穿越能力的前提下，加速系统开发实用进程。 项目研究成果获得国家发明专利2项，实用新型专利1项；在国内外学术期刊及会议上发表被SCI、EI收录的论文30余篇。相关课题通过鉴定验收，总体技术达到国际先进水平。 项目成果已在保定科诺伟业控制设备有限公司及北京和能时代机电技术有限公司等企业成功示范应用，并取得了显著经济、社会效益，累计为两家企业增收1030万元。 项目的完成不仅促进了中国新能源发电领域的科技进步，而且推动了国家节能低碳环保战略的有效落地，对进一步推进新能源相关技术和产业的发展具有重要的支撑作用。