在國家科技戰略引領下，中國電科院提出一系列創新管理舉措，科技研發效率進一步提升。一是強化科研頂層設計，使創新資源更加集中。初步形成“頂層設計先行、指南申報落地、戰略規劃兼容”的研發策劃模式，依托頂層設計凝練聚焦技術新方向，培育未來業務增長點，并在重大戰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性、全局性和協同性。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。二是實施研發組織優化，使綜合優勢更加凸顯。初步建立“總體設計、集中攻關、分散實施”的跨專業聯合攻關機制，形成院內單位互為補充、相互促進、互通有無的協同攻關體系。通過優化研發組織模式，五年來先后攻克了電力系統全過程動態仿真、特高壓變電設備狀態預警、大規模新能源發電并網、配電網自愈控制、規模化儲能系統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，已連續三年成為承擔項目最多的單位。

開發“電網友好型”風電機組，助力“新時代”電網穩定運行

——大容量風電機組電網友好型控制技術

我國是全球風電規模最大、發展最快的國家，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，局部區域風電穿透率已超過100%，具備高比例風力發電的“新時代”電力系統正逐漸形成。

跟以同步發電機為主導的傳統電力系統相比，“新時代”電力系統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中比重不斷加大，電力系統慣量不足，頻率穩定問題凸顯;風電抗擾性低，在系統電壓/頻率波動時易大規模脫網引發連鎖故障;產生的多形態低頻和次/超同步振蕩機理尚未探明，振蕩事故頻發。系統呈現弱慣性、弱電氣阻尼以及弱電壓支撐的運行特性，安全穩定運行面臨重大挑戰。

據國家重點研發計劃項目“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：

風電機組寬頻動態特性及其多控制環節的耦合作用機理

電網特定條件下雙饋/直驅風電機組并網可能呈現的寬頻振蕩特性涉及風電機組多物理控制動態環節和主動支撐控制動態環節的耦合，目前仍未揭示此相互作用關系。采用時域振蕩模態，分析風電機組寬頻動態的振蕩特征及各控制環節間動態和暫態耦合作用機制，是實現大容量風電機組友好型并網控制優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節動態特性和風電系統振蕩模態與物理控制環節耦合關系至關重要。通過建立風電機組寬頻動態模型，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化控制技術

傳統風電機組運行過程主要考慮自身運行安全與發電量，對電網頻率并不具有支撐能力，降低了電網整體有效慣量，致使電網頻率穩定性下降，同時風電機組缺乏一次調頻能力，減小了系統的后備支撐。而風電機組參與調頻對機組控制系統提出了新的挑戰，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律和一次調頻期間備用容量的匹配直接影響機組的穩定運行。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，優化鎖相環性能，確保慣量響應的可靠實現。以風電機組頻率支撐動態特性和穩態特性為目標，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化函數，同時考慮到三者之間交互耦合，通過迭代優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調控制策略。

次/超同步頻率不確定、多形態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、形態多樣化特點，現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，無法實現大規模推廣。基于動態能量/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/動態能量設計方案，并基于多支路阻抗/能量重塑理論優化接入位置;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，實現具有時空、功率耦合的設備協同。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功率優化控制技術

風電機組在故障暫態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過程中可控性變差，導致故障暫態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。為了實現風電機組故障暫態支撐，風電機組在故障暫態中保有可控性是其基礎。首先從故障快速檢測、動態PLL、虛擬強勵/欠勵和低高穿連續故障協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，動態識別故障暫態支撐可控域，采用多維度協同應力抑制措施實現可控域動態擴展，提升風電機組故障暫態支撐的可控性。構建典型場景，量化分析不同故障階段風電機組故障暫態支撐需求，提出風電機組故障暫態支撐的優化控制策略。研制風電機組電壓/頻率故障暫態支撐控制器，突破風電機組“電網友好型”控制技術中的故障暫態支撐技術。

電網故障/擾動條件下風電機組傳動鏈動態阻尼控制技術

電網出現故障/擾動會對風電機組機械子系統造成較大載荷，甚至可能造成傳動鏈扭振失穩從而引發事故，因此需要研究電網故障、頻率擾動、電力系統振蕩等電網運行條件下的風電機組載荷動態響應機理，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定優化控制，對風電機組傳動鏈進行動態阻尼控制，抑制傳動鏈扭振，提高風電機組運行穩定性和可靠性。研究電網故障、頻率擾動、電力系統振蕩等運行條件下的風電機組載荷動態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、電力系統振蕩等電網運行條件下風電機組載荷穩定優化控制技術。

項目預期研制雙饋/直驅風電機組寬頻動態特性數模混合實時仿真平臺、風電慣量/一次調頻優化控制系統、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、風電機組載荷優化控制系統等，最終研發出兩臺“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、故障暫態支撐性能。

項目的實施將推動我國風電技術及自主研發制造的發展，提高我國風電關鍵技術在國際上的核心競爭力，為我國實現高比例風電電力系統安全穩定運行，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關鍵技術和裝備

大力發展分布式光伏發電是促進我國可再生能源開發利用、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展的主流趨勢。

高比例分布式光伏消納面臨新挑戰與新選擇

隨著分布式光伏電源接入數量與容量的增加，現有交流配電系統面臨一系列技術挑戰，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增加，區域直流配電網已成為未來城市與工業園區配電系統建設的重要趨勢。分布式光伏與直流配電相結合是一種積極探索，其電壓更穩定、效率更高、系統更為可靠。以雄安新區配電網建設、蘇州同里新能源小鎮等示范工程為代表，分布式光伏接入直流配電網的實踐已呈現快速發展趨勢。

現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化設計方法不成熟、功率密度小、效率低;在系統設計集成方面，規模化多端并網穩定性分析理論、規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。