上海交通大学：主力电源型新能源发电关键技术与应用

主力电源型新能源发电关键技术与应用上海交通大学特聘教授蔡旭2026年06月26日国家能源海上风电技术装备研发中心国家能源海上风电技术装备研发中心风光风光电源装机容量占比%数据来源：《国家能源局2024年全国电力工业统计数据》2030预计装机占比同步电源同步电源其它风电光伏其它■风电光伏2当前风光电源尚不能承担主体电源责任!2当前风光电源尚不能承担主体电源责任!电电压源负载负载变化负载变化功率响应功率响应电流源电网负载电压。稳态电流提供短路电流，支撑电网电压稳态电流故障发电机一国家能源海上风电技本装备研发中心三峡拴湖项目画林图例国家能源海上风电技术装备研发中心三站有振荡特征蒋家湾站接入750kV变电站，每2024年9月25日12时11分，发生次同步振荡电流频率三站有振荡特征蒋家湾亟需具备强暂态支撑能力的新能源电站诞生5构成：自同步电压源机组、10%的35kV短时储能(一次调频上调能力)、场站监测与稳定控制系统。场站升压变压器66国家能源海上风电技术装备研发中心■提出直流电压-电网频率映射(惯性同步)的自同步电压源控制原理，多控制模式融合，攻克双变风m风mggQQ致稳控制环节致稳控制环节惯量响应一次调频电流源型电流源型控制双模并行竞争主导双模并行竞争主导②Q7国家能源海上风电技术装备研发中心MPPTQ4“9CurentController网侧变流器控制张琛，蔡旭，李征，具有自主电网同步与弱网稳定运行能力的双馈风电机组控制方法[J].中国电机工程学报，2017,37(2):476-485.桑顺，张琛，蔡旭，等.全功率变换风电机组的电压源控制(一):控制架构与弱电网运行稳定性分析[J].中国电机工程学报，2021,41(16):5604-5616.8国家能源海上风电技术装备研发中心建立网侧变换器输出电压角频率与直流侧电压间的联系：9国家能源海上风电技术装备研发中心国家能源海上风电技术装备研发中心直流电压同时受到电网频率和电网电压幅值波动的影响!如何办?10惯量传递控制惯量传递控制i55w:,w:,PanPowerControllerMPPTMPPTQuθ网侧变流器控制机侧变流器控制网侧变流器控制张琛，蔡旭，李征，具有自主电网同步与弱网稳定运行能力的双馈风电机组控制方法[J].中国电机工程学报，2017,37(2):476-485.桑顺，张琛，蔡旭，等.全功率变换风电机组的电压源控制(一):控制架构与弱电网运行稳定性分析[J].中国电机工程学报，2021,41(16):5604-5616.国家能源海上风电技术装备研发中心国家能源海上风电技术装备研发中心电网频率直流电压电网电压幅值直流电压跟随电网频率的振荡有效减少!电网电压波动对直流电压的影响有效抑制!MSCMPPT致稳控制环节lagreflagrefPowerController机侧变流器控制Pe66B网侧变流器控制张琛，蔡旭，李征.具有自主电网同步与弱网稳定运行能力的双馈风电机组控制方法[J].中国电机工程学报，2017,37(2):476-485.桑顺，张琛，蔡旭，等.全功率变换风电机组的电压源控制(一):控制架构与弱电网运行稳定性分析[J].中国电机工程学报，2021,41(16):5604-5616.国家能源海上风电技术装备研发中心国家能源海上风电技术装备研发中心—Withoutstabilizationcon—Withstabilizationc 电网频率分别增大和减小0.01p.u;加入机MSC致稳控制环节①PowerMPPT@;,8.iPmierafControllerPlde暂态控制环节张琛，蔡旭，李征，具有自主电网同步与弱网稳定运行能力的双馈风电机组控制方法[J].中国电机工程学报，2017,37(2):476-485.桑顺，张琛，蔡旭，等.全功率变换风电机组的电压源控制(一):控制架构与弱电网运行稳定性分析[J].中国电机工程学报，2021,41(16):5604-5616.秦垚，王晗，蔡旭等.全功率变换风电机组的电压源控制(二):故障暂态控制[J].中国电机工程学报，网侧变流器控制国家能源海上风电技术装备研发中心国家能源海上风电技术装备研发中心国家能源海上风电技术装备研发中心>2022年4月6日对甘肃安北第二风电场的第71号和第75号永磁直驱风电机组(2MW)进行自天润安陆第二风电场风机机位图天润安陆第二风电场风机机位图44v4viwm"一电网频率/H4电网频率/H4直流电压/V直流电压/V国家能源海上风电技术装备研发中心dd11E模态1母线电压控制模态2国家能源海上风电技术装备研发中心实时计算损耗实时计算损耗热流矫正国家能源海上风电技术装备研发中心边界电流。无需扩容，提升暂态电流至3倍额定值T尽限利用控制T尽限利用控制选型边界电流选型边界电流调制策略优化最大应力边界平家能源海土丹电使术装备研发中心国家能源海上风电技术装备研发中心高压电网大电池堆高压直挂构网储能的挑战——高压直挂储能离并网点的电气距离是低压储能的1/3~1/5,电网支撑能力强!并网点令成元指生单信Q令成元指生单信Q与调制派克变换相内均断控彩入点电压无电容电压源控制难度相内均断控彩国家能源海上风电技术装备研发中心全循环效率单机容量接入电压传统方案国家能源海上风电技术装备研发中心频率支撑电气距离缩短不超配过流能力暂态电压支撑传统方案532国家能源海上风电技术装备研发中心国家能源海上风电技术装备研发中心■大小扰动稳定控制模模实时信息模式牵引作模式牵引作用阻尼系数滤波参数阻尼系数滤波参数抗自同步电压源场站变压器参数参数本地负荷4频率阻尼实部阻尼牵引作用国家能源海上风电技术装备研发中心国家能源海上风电技术装备研发中心3.变系数Q下6有劝划伞验料器外年32台机组启用稳定控制(上：频率；下：功角)国家能源海上风电技术装备研发中心上海中绿新能源科技有限公司产品特点产品特点可稳定运行于短路比小于1.1的极弱电网.产品工作海拔≤5000m,适用范围广.整机效率高，效率>97%.*具备高低电压故障穿越能力，提供3倍以上的暂态电流可稳定运行于短路比小于1.1的极弱电网.产品工作海拔≤5000m,适用范围广.整机效率高，效率>97%.上海中绿新能源科技有限公司922中国绿发品牌大可自主为电网提供惯量及参与电网一次调频。具备高低电压故障穿越能力，提供3倍以上的暂态电流可稳定运行于短路比小于1.1的极弱电网，8路MPPT,适应复杂发电环境。整机IP66防护等级，环境适应性强发电效率>99%,支持45℃运行不降额，减少发电量损失。可自主为电网提供惯量及参与电网一次调频。具备高低电压故障穿越能力，提供3倍以上的暂态电流可稳定运行于短路比小于1.1的极弱电网.防护等级IP55.适应高温、高湿、高海拔等恶劣环境。发电效率>99%,支持45℃运行不降额，减少发电量损失。国家能源海上风电技术装备研发中心上海中绿新能源科技有限公司soswnGmcoi9,产品4:35kV高压直挂静止同步机(构网型储能)2中国绿发品牌大会外供电，操作界面友好，操作简单具备四象限运行能力，运行范围广.有功和无功的吞吐响应速度在s级以内，反应速度快实现一次调频的快速响应，电网频率有保障。电网故障时能提供1.2倍短路电流，有效支撑电网电压，830电艺量哪丑R一上海中绿新能源科技有限公司suawnsWIGcwoi9,上海中绿新能源科技有限公司suawnsWIGcwoi9,口2023年11月，世界首例主力电源型风电场-甘肃干河口南北风电场投入运行，截止24年8月通过了电网适应性、惯量响应、一次调频、高低电压穿越、黑启动、孤网运行和三相短路等530项测试。32国家能源海上风电技术装备研发中心主力电源型风电场入选国家能源第三批首台(套)重大技术装备示范类型2023年10月，“基于双馈风电机组采用自同步电压源控制体现同步机特性的百兆瓦级风力发电系统(主力电源型风电场)”入选国家第三批能源领域首台(套)重大技术装备(项目)名单为持续推进能源领域首台(套)重大技术装备示范应用，加快能源重大技术装备创新，切实保障关键技术装备产业链供应链安全，我局组织了第三批能源领域首台(套)重大技术装备申报及评定工作。现就有关事项公告如下。 应用，确保首台(套)重大技术装备示范任务落地。灭弱电源，构建强电网。8有限公司升级改造项目口电网频率变化率0.1~0.5Hz/s,机组惯量响应功率0.02~0.12p.u.,等效惯性时间常数约12s电网频率Hz有功功率kW有功功率电网频率Hz有功功率kW有功功率kW有功功率kW电网频率有功功率有功功率kW电网频率有功功率45t0电网频率有功功率国家能源海上风电技术装备研发中心对称电压跌落，工作点P>90%监L监L2对称电压升高，工作点P<30%对称电压跌落，工作点P<30%电网电压电网电压u对称电压升高，工作点P>90%不对称电压跌落，工作点P>90%33不对称电压升高，工作点P>90%带330kV系统黑启动、孤网运行●带330kV主变和全场集电线路、箱变完成零起升压“黑启动”●储能、15台风机(每台限功率450kW)和4MWRLC负载构成孤网运行，稳态频率为●投切阻性/感性负载，3MW、3Mvar、中国绿发CGDG上海中绿新能源科技有限公司中国绿发CGDG带330kV系统35kV近母线三相金属性短路试验上海中绿新能源科技有限公司wosIwGconYe,短路测试(标幺值)序号测试点短路前短路前电流短路前有功功率短路前期间持续时间电流短路后持续是是00是是主变低压侧是主变高压侧是是1号风机是是中国绿发CGDG上海中绿新能源科技有限公司上海中绿新能源科技有限公司口2025年4月，世界首例主力电源型光伏电站-新疆尼勒克250MW光伏电站完成自同步电压源光伏惯量响应、一次调频、阻抗扫描、短路比适应性等10大项、21小项、209个测试工况的全维度测试验主变压器3545353545353MW负荷25万kW自同步电压源光伏电站示意图38为持续擅进能源领域者台(套)重大技术装备研制和应用，加快能源重大技术装各创新：切实保障关储技术装备产业缝供应随安全，我局组织了防五批能源领域首台(套)重大理术装备申狼没评定，现就有关事项公告如下。“基于自同步电压源组串式逆变器的主力电源型光伏电站成套装备”入选国家第五批能源领域首台(套)重大技术装备(项目)名单。100万千瓦支撑弱电网运行。一、根据各有关单位申请，经组织专家评审和公示，决定将“基于自主可控1C7器件的换流卿”等2项技术装备列为第五批能源便域首台(套)重大拉术装备、各有关单位要抵累控动技术装备研制，孔实依托工程开展应用。二、报照《关于促进首台(套》重大技术装备示范应用的意见》(发改产业(120181558号》和《国家能源场关于促进能源簿域首台(套)重大挂术装备示伍应用的通知(国能发科技(2018)9号),能源流域首台(套)成大技术装备研制单位，用户单位及其恢托工程享受如下有关政策：(一》独用首台(套)重大技术装务的依托工程优先纳入相关规划并曲各级投资主管部门按照权限核准成审批。(二)能源策域首台(套)重大技术装务招投标，经擦行业主管部门批准，可采程单一来源采购，竞争性谈判等非招标方式以保障任务落实。电容科技有限公司中国绿发投资集团有限公司新疆中绿电技术有限电投资股份有限公司100万千瓦库克拜光伏电站项目CGDG2024光伏子阵(3.2MW)低电压支撑波形上海中绿新能源科技有限公司yy鸟幽A光伏子阵(3.2MW)高电压支撑波形中国绿发CGDG类类房nn中国绿发CGDG上海中绿新能源科技有限公司uywSw0vwPFGru0n上海中绿新能源科技有限公司uywSw0vwPFGru0n2上海中绿新能源科技有限公司整站带220kV系统黑启动