[01752031]光伏并网的气象随动理论与能效优化机制

我国太阳能资源与用电需求呈逆向分布,且光伏的出力受气象因素、变换接口和网络拓扑影响,呈显著的非线性和随机性。随着光伏接入电网的规模日益增大,弃光问题日益突出,经济损失巨大,高渗透率下光伏的高能效消纳成为制约世界能源可持续发展和国家能源安全的瓶颈问题。 项目针对上述问题,从破解光伏的非线性与随机性,揭示光伏出力的内在规律,建立变换接口特性与系统稳定性的通用分析模型,探索多源协调互动的高能效网络拓扑的角度,对光伏并网的气象随动理论和能效优化机制进行了研究,取得如下科学发现及创新成果： 1、揭示了光伏气象要素与能量转换间的内在作用机理,阐明了光伏功率随机波动的多时间尺度演化规律与多物理过程耦合效应,建立了多元耦合性气象因素模糊识别的发电预测理论;提出了光伏功率随动跟踪的自适应步长调整机制,解决了光-电转换效率优化快速性与精确性间的矛盾;建立了计及光伏系统能量平衡约束条件的全生命周期经济计量模型,提出了光伏系统的多源互补容量优化配置理论,突破了光伏发电去随机化调控的限制瓶颈,拓展了光伏发电的应用场景。 2、发现了具有不同种类、不同拓扑的呈强非线性混杂特性的并网变换接口的内在相似性现象,阐明了并网变换接口内部功率流的循环分布与自律均衡原理,揭示了非理想因素对并网变换接口离散建模准确性的影响机理,建立了不同变换接口特性和系统稳定性的归一化分析模型,提出了并网变换接口特性和系统稳定性优化的理论体系,为并网变换接口的分析和优化设计奠定了理论基础。 3、揭示了局部阴影和组件参数失配对具有不同网络拓扑的光伏系统能效的影响规律,阐明了光伏组件与电能变换系统的优化耦合机理,提出了不同电气网络拓扑的光伏并网系统的能效优化机制;揭示了多时间尺度下光伏波动性和间歇性对系统经济运行的影响规律,建立了基于发电预测的系统能量管理模型,破解了系统能量管理时光伏出力的随机性难题,相比常规管理策略,系统运行成本降低了27.92%;提出了多源互补的模块化直流耦合网络拓扑,建立了多源协同控制和管理理论,突破了经典电网架构对光伏消纳的制约。 该项目在本领域顶级国际期刊发表SCI论文52篇,Web of Science总被他引1655次,被SCI他引1031次;10篇代表性论文含ESI高被引论文4篇,Web of Science总被他引1216次,被SCI他引740次,单篇最高被引用397次;出版专著和教材3本;获授权发明专利16项。代表性论文被美国工程院院士Fred C. Lee,前IEEE TPEL主编IEEE Fellow Frede Blaabjerg、加拿大工程院院士Liuchen Chang、中国工程院院士罗安、IEEE Fellow和IET Fellow何湘宁和IEEE TCAS-II 主编IEEE Fellow Michael Tse等本领域著名学者多次引用和高度评价。项目研究成果在中国气象局太阳能光伏发电预报系统和国家重大工程项目中得到应用,创造了显著的社会经济效益。