问题描述

随着“碳达峰，碳中和”目标的提出，以风电、光伏为代表的新能源将得到规模化发展，高比例新能源和高比例电力电子设备电力系统正逐步形成。然而现有电力系统仍以同步机为主导，新能源以跟随同步机的方式运行，不具备自组网能力，对电网同步支撑能力较弱，无法满足高比例新能源下电网的稳定运行要求。在未来，如何构建以新能源为主导的电力系统，保证电力系统的安全稳定运行是大规模发展新能源、实现“碳达峰，碳中和”进程中的关键问题。

问题背景

目前，如何构建新能源主导的电力系统，是国内外研究机构和学者关注的热点，但还处于尝试阶段，尚未形成一个清晰和统一的认识，存在以下难点与挑战：

1）电网构建方式：新能源具有随机性、波动性和间歇性，需要研究如何保障新能源高占比电力系统，在资源与负荷逆向分布、源荷不确定性强的背景下的电力电量平衡问题；

2）电网构建型新能源发电技术：新能源发电以电流源方式运行，不具备组网能力，需要攻克新能源因依赖于同步发电机的支撑而导致占比受限问题，突破电网构建型新能源发电技术，并实现其与传统同步发电机的稳定同步运行；

3）新能源主导的电力系统暂态稳定新机理：新能源高占比电力系统的特性已变为由新能源等电力电子装置所主导，显著区别于由同步发电机特性所主导的传统电力系统，需要攻克新能源特性主导电力系统的暂态稳定机理；

4）新能源主导的电力系统小干扰稳定机理：新能源发电控制频带宽且重叠，容易引发负阻尼导致振荡现象，且振荡风险会随着新能源容量的增加而增大，亟需攻克高占比新能源电力系统的小干扰稳定机理。

最新进展（截止问题发布年度）

如何使新能源发电具备同步发电机特性，是国内外近年来的研究热点。通过引入下垂等机制，新能源能够模拟同步发电机调速器和励磁控制特性，实现一次调频调压功能，但不具备自同步机制。自同步机制可以使得逆变器具备自治的频率和电压，提高系统稳定性，对电网的电压和频率的支撑能力更强。目前其控制策略多认为直流侧为理想源，并不考虑新能源发电的直流侧特性，对于光伏、风电系统等波动性能源的自同步电压源技术，其物理约束、响应特性等需进一步研究；另外，在多自同步电压源构成的新能源系统中，如何实现多自同步电压源的协调运行，避免控制振荡，实现场站对外的整体自同步控制性能，并研究不同控制模式之间的切换判据，也是需要开展的研究重点。

重要意义

构建以新能源为主导的电力系统对于高比例新能源和高比例电力电子设备电力系统的安全稳定运行具备十分重要的意义，并可为我国新能源的持续快速发展，“碳达峰、碳中和”目标的实现提供助力。本问题涉及新能源、控制和气象等学科，学科跨度大、融合程度深，有望孕育新的学科增长点，为我国能源、能源相关领域提供重要的参考信息。