【象新力杯优秀作品】中南大学：电能优质调控方法与装备

一、 作品信息

作品名称：新型电力系统源荷不确定性抑制的电能优质调控方法与装备

参赛单位：中南大学

指导教师：刘乾易、刘芳

团队成员：黄耀晖、仝艺骁、陆杏怡、李源、刘建峰

获奖信息：第四届象新力杯－开放创新赛道自由选题类－一等奖

二、 作品介绍

在“碳达峰、碳中和”的国家战略目标驱动下，构建以新能源为主体的新型电力系统已成为能源转型的核心任务。然而，风电、光伏等可再生能源的大规模接入，使得电力系统从传统的“源随荷动”单向模式，转变为源、荷双侧均具有高度不确定性的复杂系统。这种变革在推动绿色发展的同时，也带来了严峻挑战：配电系统潮流方向多变，引发功率与电压的剧烈波动；系统功率因数降低，变压器与线路损耗显著增加，最终导致电能质量下降与运行经济性恶化。

为应对这一系列“成长的烦恼”，团队带来了新型电力系统源荷不确定性抑制的电能优质调控方法与装备。本作品聚焦新型电力系统的核心痛点，旨在解决高比例可再生能源接入带来的强波动、高损耗、低品质等问题。通过自主研发的储能型电能调控装备与智能化调控策略，作品实现了对源荷双侧随机波动的主动平抑与精准补偿，有效提升了电网的稳定性、经济性与电能质量，为新型电力系统的安全、高效、绿色运行提供了创新的技术方案与装备支撑。

三、 核心创新

1. 源荷运行工况分类与模式划分方法

面对可再生能源与负荷的随机波动，如何实现更精细、合理的储能能量管理是一大难点。团队创新性地采用 “局部最低、整体降低” 的优化思想，结合对系统9种典型运行工况的精准划分，为储能装置在不同模式下设计了最优功率补偿值。该方法成功将源荷波动与冲击平抑率提升至95%，并将网侧功率因数稳定在0.97-0.99的高水平，治理效果卓越。

2. 分层式源荷功率柔性调控方法

为降低电网波动带来的变压器与线路损耗，并减少储能系统自身频繁动作的损耗，团队从“自制水过滤器”的结构中获得灵感，提出了复杂运行工况下的运行指标分层方法。该方法确保了功率补偿的实时性与经济性，成功将网侧线损率从3.61%降低至2.99%，实现了系统层面的大幅节能降耗。

3. 基于等价输入干扰的变流器控制方法

在系统遭遇大扰动时，确保底层变流器能快速、准确地响应上层功率指令至关重要。团队通过建立变流器的等效解耦模型，并基于预测控制理论，将系统内外部扰动等价为集总干扰进行前馈补偿。这一方法使装置的动态响应时间缩短至7毫秒以内，总谐波失真低于1%，展现出优异的抗干扰与电能质量治理性能。

4. 电能调控装置容量优化方法

为在确保调控效果的前提下降低装置总成本，团队统筹考虑了变流器容量、锂电池电量等多元件耦合关系，分别建立了精确的技术模型与涵盖寿命、成本的经济模型。通过协同优化，最终实现了在高效高质完成电能调控任务的同时，使储能型电能调控装置的总成本最低，经济性突出。

四、 应用前景

理论源于实践，更需接受实践的检验。本团队联合威胜集团，将研发的装备应用于湖南岳阳城陵矶锚地水上供电系统。实际运行数据表明，应用该装置后：供电线路的电流峰值减小了25%、日平均功率因数提升至0.98、电压暂降事件发生次数减少了90%、系统整体运行效率提升了2%-3%，为用户带来了显著的节电效益。

该应用案例有力证明了本装备在平抑功率冲击、提升电能质量、降低系统损耗方面的有效性，创造了可观的社会与经济效益。