奖项类别

科技进步奖（基础研究类）

完成单位

清华大学，中南大学，台达电子企业管理（上海）有限公司

主要完成人

孙凯，肖曦，侯小超，章进法，孙尧，冯伟，田培根，张宁，陈柏翰

项目亮点

从“微源级-母线级-集群级”多层级维度和“自适应-自感知-自趋优”多功能维度的系统化新视角出发，解决了“微源自治支撑、母线协同共治、集群互济优化”的自组织运行难题。

项目介绍

新能源微电网是构建新型电力系统和能源互联网的基础单元。随着高比例分布式新能源加速以微电网形式接入新型配电网，系统呈现出随机波动大、组网支撑弱、协同管控难等崭新特点，扁平化和弱中心化趋势下微电网集群即时功率平衡和动态稳定控制愈发困难，传统高度依赖高储能配置与高带宽通信的集中调控模式无法满足系统灵活可靠、即插即用、运行多变的发展需求，亟需构建以自组织运行为核心原则的微电网运行理论体系和控制方法。

本项目深入研究了基于柔性变换器互联的微电网系统运行与控制，从“微源级-母线级-集群级”多层级维度和“自适应-自感知-自趋优”多功能维度的系统化新视角出发，解决了“微源自治支撑、母线协同共治、集群互济优化”的自组织运行难题，取得了系列原创性成果：

1. 揭示了交直流分布式光储变换器多机并联运行的自均流与自同步机理，建立了面向交直流组网支撑的微源接口变换器灵活自适应协调控制理论，解决了高比例电力电子化微源主动调压调频和多机自主协同控制问题，为端口外特性可塑的多分布式微源自组网运行控制奠定了理论基础。

2. 揭示了母线间接口变换器的多输入输出动态功率自均衡机理，建立了基于交直流母线间接口变换器的能量平衡自调节和多功能自感知归一控制理论，解决了微网异质化母线协同难、通信负担重、串并联模块繁杂导致的功率不均衡与电能质量差等问题，为交直流微网母线间多功能共治和多模式运行提供了统一的控制方法。

3. 首次提出了弱中心化框架下微网群分散自趋优控制方法，建立了基于分区互济与分级自治的区域微网群优化运行控制理论，解决了高比例新能源随机快速波动下微网间电力电量平衡与互济支撑难题，保障了系统在源荷不确定性与通信故障下弹性提升和经济运行，为新型电力系统中交直流微网群运行调控提供了创新解决方案。

以上项目成果发表SCI期刊论文38篇，出版中英文专著4部，授权发明专利18件，专利许可转化3家企业产业化应用。8篇代表性论文被他引1599次，包括ESI高被引论文3篇、IEEE TPEL期刊论文奖1篇、中国科协优秀论文奖1篇。研究成果受到国内外院士、IEEE Fellow的持续关注和高度评价。项目成果被推广应用于 “科技冬奥”张家口综合能源微网站、国家863计划西安特变电工产业园光储微电网、国家能源局首批能源互联网示范项目、国内首个十兆瓦水光储智能微电网、佛山零碳园区绿电三端微网群、上海丰田氢能微网等新能源微电网代表性工程中，为智能微电网的安全稳定与经济运行提供了坚实的理论和技术支撑。

项目图片

图1 互联微网群多层级形态结构

图2 微电网运行面临的挑战与难题

图3 微电网自组织运行理论架构与学术贡献

完成单位介绍及对项目的贡献

第一完成单位：清华大学

1.主导完成了“面向‘微源级’分布式组网支撑的接口变流器灵活自适应协调控制”研究，提出了基于低带宽通信的改进下垂控制方法，提升了直流微电网运行性能。建立了基于直流母线电压信号的分布式控制理论，提出了适用于模块化微源接口变换器的控制方法，提高了系统效率和可靠性；

2.主导完成了“母线间变换器的多输入输出动态功率均衡机理”研究，提出了并网变换器不平衡电流与谐波抑制理论方法，揭示了并网点电压失真与谐波污染的产生机制；

3.主导完成了“面向‘微网群’共享互济的接口变换器潮流自趋优运行控制理论”研究，提出了多能混合微电网综合优化调度和微网群分层优化理论方法。通过与企业开展产学研合作，基于研究成果研发了光储接口变换器、交直流微网接口变换器和微电网能量管理系统及控制器等产品，并实现了规模化工程应用。

第二完成单位：中南大学

参与了“面向‘微源级’分布式组网支撑的接口变流器灵活自适应协调控制理论”研究，提出了一种用于改善并联型微电网动态频率稳定的灵活可变惯性控制方法，建立了基于自适应虚拟惯性的虚拟同步型逆变器频率调节控制理论，提升了频率抗干扰、抑制功率振荡、惯量频率调节和同步稳定能力；提出了一种兼顾故障扰动下暂态同步稳定、频率稳定约束与静态调频要求的控制参数灵活设计方法，提升了故障下非同步机型变流器系统同步稳定能力，为高比例电力电子变流器自主组网与高比例能源的稳定消纳提供了技术支撑。基于研究成果成功研制了光储逆变器一体机，具备并离网双模式运行和多机自主并联同步功能，成功实现了工程应用。

第三完成单位：台达电子企业管理（上海）有限公司

聚焦光储充荷多能微电网的规划设计和运行控制技术，参与完成了多能微电网系统的高性能变换器和自治协同优化运行方法研究，提出了一种基于宽禁带器件直流母线间接口变换器的简单软开关控制技术，提高了变换器高功率密度、双向功率传输和高效率运行能力，参与完成了“高性能互联变换器功率自趋优运行控制理论”研究，用于指导光伏/储能主导型微电网的规划优化与稳定运行。基于项目成果开发了储能变流器、电池充放电DC-DC变换器等产品，并落地应用于台达上海研发大楼、台达中坜厂区、台达吴江厂区等工程，取得了突出的应用效果和良好的经济效益。

第一完成人简介

孙凯 教授

清华大学

孙凯，清华大学电机系长聘教授。2000年7月和2006年1月于清华大学电机系分获学士和博士学位，后留校任教。2013年获“中达青年学者奖”，2017年获“中国电源学会科学技术奖青年奖”，2019年当选IET Fellow，2021年入选IEEE电力电子学会“杰出讲座学者”，2023年11月当选IEEE Fellow。现任IEEE电力电子学会亚太区副主席、IEEE电力电子学会中国区会员委员会主席、IEEE电力电子学会TC8秘书长、中国电源学会理事、中国工业节能与清洁生产协会综合能源系统专委会副主任委员，IEEE TPEL编委、IEEE JESTPE编委、电气工程学报副主编、CPSS TPEA编委等。主要研究方向为新能源系统和多能微电网的电力电子技术。主持国家自然科学基金5项、国家重点研发计划课题1项、国家国际科技合作专项1项以及与国内外企业合作项目50余项。获得教育部自然科学一等奖、江苏省科学技术一等奖、中国电源学会科学技术一等奖、中国电工技术学会科学技术一等奖、中电联电力创新奖一等奖、日内瓦国际发明展特别金奖等。发表SCI收录论文106篇（含IEEE期刊论文79篇）、EI收录论文超过300篇，论文在Web of Science中被引频次超过6800次，Google Scholar被引频次11696次，H因子达到47，授权发明专利28项。