一項科學問題和三大關鍵技術

該項目將以提高規模化高比例分布式光伏并網消納能力為目標，以直流接入關鍵裝備研制為主線，深入開展基礎理論研究和關鍵技術攻關，建立面向真實應用場景的領先實證平臺，形成集理論、技術、裝備和平臺為一體的系統化成果。項目將重點解決一項重大科學問題與突破三大關鍵技術，包括：

面向分布式光伏的高效高變比電力電子拓撲構建與直流并網穩定機理

直流并網變換器需具備高增益、高效率、高可靠優良特性與高自由度控制、寬范圍運行能力。目前針對此類直流變換裝置的拓撲與參數設計方法尚無深入研究，針對其寬頻帶、 寬范圍、 多模式下的動態建模亦缺乏研究。同時，直流并網系統中多變換器間電氣距離短，耦合作用強，多尺度交互作用機理復雜，給系統的穩定分析帶來困難。因此，探索光伏直流變換器拓撲構建方法，開展模型理論研究，揭示裝置與系統間多尺度交互作用機理，是亟須攻克的基礎理論問題。

高變比分布式光伏中壓直流變換器高效/高可靠性變流技術

分布式光伏中壓直流變換器升壓比高達20倍以上，并且光伏陣列輸出功率及電壓寬范圍隨機變化，設備內部電能轉換環節較多，導致直流變換器效率提升困難;變換器端口工況復雜，運行模式多變，并且中壓變換器模塊串并聯數量多，故障耦合和傳導問題突出，降低了變換器的可靠性。因此，研制高變比、高效、高可靠分布式光伏中壓直流變換器具有極大挑戰。

基于全壽命周期模型的中低壓直流并網分布式光伏系統集成與工程設計技術

理論源于實踐，又必須指導實踐。中低壓直流配電系統的研究仍處于起步階段，國內外僅建成了幾處小規模探索性工程，在規劃設計、設備選配、經濟分析等方面還有大量問題需要研究，分布式光伏中低壓接入直流配電系統集成與工程設計尚無適配的標準和規范，因而構建分布式光伏多端接入的中低壓直流配電系統綜合評估指標體系，開展基于全壽命周期模型的中低壓直流并網分布式光伏系統集成與工程設計技術研究具有極大的挑戰。

基于暫態故障特征快速提取辨識的直流配電系統故障定位與保護技術

含高比例分布式光伏的中壓和低壓直流配電系統體現出電力電子化特征，不同拓撲結構、控制策略的換流設備對故障的響應不同，導致直流故障特征不明確，故障暫態過程解析困難、非線性特征強，難以準確提取分析。同時高比例電力電子裝置接入后系統故障電流上升速度快、 沖擊大，故障后換流設備閉鎖速度快，導致有效故障信息持續時間極短。因此，直流系統保護必須在極短的時間通過故障信號有效解析實現快速準確故障識別定位，技術難度較高。

實踐證明，唯有掌握關鍵核心技術這一“大國重器”，才能消除“卡脖子”的隱憂，才能做產業發展的“領跑者”。該項目將立足理論與技術創新，全面突破分布式光伏中低壓直流并網核心關鍵技術體系;同時依托中國電力科學研究院張北試驗基地，建成世界首個分布式光伏直流并網系統平臺(±10kV/±375V/1.2MW)，積累工程實證經驗，實現設計規范化、產品實用化、測試標準化。該項目將致力于先進技術產業化，其核心成果可率先應用于2022年杭州亞運會場館與雄安新區直流配電系統等重大標志性工程，并向全國城市電網與工業園區輻射推廣。通過該項目研究與成果轉化應用，將有效提升我國電網對規模化、高滲透率分布式光伏的并網消納能力，有效支撐國家節能減排戰略實施，促進經濟社會可持續發展;同時將增強我國新能源行業技術引領力，提升關鍵裝備研發制造水平，促進產業升級。

提升風光功率預測和調度水平 助力可再生能源消納

——促進可再生能源消納的風電/光伏發電功率預測技術及應用

隨著《可再生能源法》的發布，我國風力和光伏發電取得長足發展。截至2017年底，風電和光伏裝機分別達到1.64、1.30億千瓦，均居世界第一位。風電、光伏已經成為我國主力電源，在總裝機中占比達到17%，在20個省區已成為第二大電源。

電力系統是一個實時平衡系統，在不含大規模風電/光伏的電力系統，可利用常規電源的可控調節能力來適應負荷的動態變化。風/光等新能源出力波動大、與負荷需求時空不匹配，加重了系統調節負擔。隨著風/光裝機容量的增加，其功率預測成為電網運行控制的關鍵環節。我國電源結構以煤電為主，調節速度慢、調節能力不足，對預測水平的要求更高;同時大規模集中開發的特點要求充分發揮大電網調節能力，促進可再生能源消納。

功率預測和調度技術面臨挑戰

功率預測絕對偏差增大。我國風電/光伏裝機容量大，集中度高，隨著風/光出力占比的不斷增加，同樣預測精度帶來的功率偏差總量大幅增加，給新能源調度計劃的制定帶來較大困難，亟須進一步提升預測精度。

預測預見期不足。目前行業標準規定功率預測的預見期為72小時，在以火電為主的電源結構下，無法適應機組組合的動態優化需求，也嚴重影響電力建設、設備檢修、常規電源發電和市場交易的年月度計劃安排，亟待在誤差可控的情況下進一步延長功率預測長度。

預測應用水平需要提升。現有功率預測技術對預測偏差缺乏科學預估，只能憑借以往運行經驗安排調度計劃，既可能影響充分消納，又存在供電不足風險，亟須研究刻畫預測偏差范圍的概率預測技術，同時提升多層級優化調度與風險防控技術。

技術突破助力新能源消納

針對面臨的挑戰，項目從預測和調度兩個技術維度，中長期、短期和超短期三個時間尺度開展技術攻關。預測技術方面，創新預報方法，深入挖掘氣象—功率時空關聯特性，運用深度學習技術，提升預測精度，延長預測長度，填補中長期電量預測、概率預測等技術空白。調度技術方面，研究考慮預測不確定性的調度決策、風險辨識、備用配置和緊急控制等關鍵技術，實現風險可控條件下風/光最大化消納。

天氣預報是風/光功率預測最主要的輸入數據，天氣預報誤差也是功率預測最主要的誤差源。受數值天氣預報技術水平限制，數值天氣預報對不同天氣過程的預報能力不同，導致功率預測誤差在不同的天氣過程和天氣過程的不同階段呈現不同的形式。由于天氣過程演化規律對新能源功率預測誤差的影響機理不明，導致功率預測精度提升較為困難，揭示天氣過程演化規律對風/光功率預測誤差的影響機理是預測精度提升和實現對預測誤差量化評估的關鍵。因此，必須突破天氣過程演化規律對風/光功率預測誤差的影響機理這一科學問題。