奖项类别

科技进步奖（基础研究类）

主要完成单位

华中科技大学，武汉理工大学

主要完成人

黄云辉，何维，郑皖宁，王栋，胡家兵，朱国荣，袁豪，尚磊

项目亮点

本项目创建了新能源并网系统直流电压时间尺度动态稳定理论，解决了新能源并网运行直流电压时间尺度动态特性不清、稳定性机理不明、控制机制缺失等关键问题。

项目介绍

发展风光新能源是国家践行双碳战略、保证能源安全的核心举措。然而，大规模新能源接入弱交流电网的次同步频段振荡事故频发，新能源机组直流电容之间以及与电网间在该频段存在显著的能量交互与谐振，极易造成直流电压时间尺度失稳，引发电容、轴系损坏甚至大面积脱网事故。项目立项之初，电力系统稳定主要关注机电时间尺度振荡问题，经典的HP模型精准刻画了同步机的机电动态特性，深刻揭示了转子低频振荡的机理，但是缺乏电磁动态环节表征，不适用于直流电压时间尺度振荡的机理研究。因此，亟需建立新能源并网系统直流电压时间尺度动态稳定分析理论，解决新能源并网运行直流电压时间尺度动态特性不清、稳定性机理不明、控制机制缺失等关键问题，具体内涵如下：

①直流电压时间尺度动力学建模理论。新能源并网系统直流电压时间尺度快于机电时间尺度，且动态耦合错综繁杂，经典HP模型不能适用，导致其动态特性刻画不清楚、作用机制不明。因此，亟需创建新能源并网系统直流电压时间尺度统一动力学模型，刻画直流电压时间尺度惯量-阻尼-同步特征，为新能源并网运行中动态特性的表征奠定理论基础。

②直流电压时间尺度相互作用动力学量化分析理论。受电网强度、控制参数等因素的影响，直流电压时间尺度控制环路/装备间相互作用关系复杂，耦合路径动力学特征难以量化，稳定机理不明、量化分析不清。因此，亟需构建新能源并网系统控制环路/装备间相互作用的动力学特征分层量化方法，为直流电压时间尺度稳定性的机理分析提供理论基础。

③直流电压时间尺度的振荡抑制方法。弱电网下，新能源直流电压时间尺度动态具有强耦合、弱自稳性/致稳性特征，参数调控影响规律不明，现有引入虚拟阻抗的优化方法通常控制目标单一，难以兼顾不同场景下交互作用的多模态阻尼。亟需探究多环路相互作用的协调机制，提出保障全局稳定的调控方法，为直流电压时间尺度稳定控制提供理论基础。

8篇代表作他引763次（1篇入选ESI高被引论文），引文作者包括9位中/美/英等国院士、41位IEEE Fellow。研究成果荣获IEEE TEC最佳论文奖，IEC 1906奖，中国电工技术学会青年科技奖。第一完成人连续入选2022和2023年全球top2%顶尖科学家榜单，2024年评为CEEPE杰出青年科学家。项目组成员包括国家自然科学杰出青年基金获得者、IET Fellow、爱思唯尔高被引学者、IEEE PCCC优秀青年工程师、创新人才推进计划重点领域创新团队，并在IEEE期刊上组织新能源并网稳定性专刊7次。

项目图片

完成单位介绍及对项目的贡献

华中科技大学聚焦高比例新能源电力系统直流电压时间尺度的稳定机理分析与安全控制，进行长期科研攻关，取得了基础性、系统性和原创性的成果，解决了电力系统直流电压时间尺度动态特性不清、稳定机理不明、控制方法缺失的科学难题，为风光等新能源装备规模化并网提供了理论支撑，促进了电力电子和电力系统学科的融合发展。在该领域中同行公认度高、影响力大。主要贡献包括：

（1）首次创建了电力电子并网装备直流电压时间尺度统一动力学模型，刻画了惯量-阻尼-同步特征，攻克了电力电子装备并网运行中动态特性不清的障碍。

（2）提出了直流电压时间尺度相互作用的路径分层量化分析方法，实现了多装备多控制相互作用主导路径的判别及致稳阻尼的解析，揭示了直流电压时间尺度的稳定机理。

（3）发明了基于模式-路径-阻尼的稳定器，通过对单装备薄弱环路和多装备薄弱相互作用路径的局部控制实现了全局稳定性的优化，解决了直流电压时间尺度振荡抑制难题。

武汉理工大学作为主要完成单位，是国内较早关注新能源并网直流电压尺度稳定问题的高校之一，组织项目团队，聚焦风电并网系统直流电压时间尺度的稳定性建模及机理研究，开展了长期科研攻关，取得了一系列原创性的研究成果。主要包括：

（1）建立了并网全功率/双馈风机直流电压时间尺度的动力学模型，提出了基于同步/阻尼分量的稳定判据及指标的量化计算方法，为新能源并网系统直流电压时间尺度建模和动态特性分析构建了基础框架。

（2）建立了并网全功率/双馈风机多机系统直流电压时间尺度动力学模型，提出了新能源机组多机间相互作用的自稳/致稳性量化分析方法，为风电并网系统直流电压稳定分析提供了理论支撑。

（3）基于同步/阻尼分量的量化分析，厘清了并网风机直流电压尺度多控制环路相互作用的稳定影响机制，探明了弱电网馈入失稳的原因、形态及边界，为控制参数优化提供了理论支撑。

第一完成人简介

黄云辉 副教授

武汉理工大学

黄云辉，武汉理工大学副教授，长期从事新能源并网稳定性与控制研究。主持和参与国家自然科学基金、国家重点研发项目、广东省海上风电联合基金、国家重点实验室开放基金、国家电网/南方电网科技项目等多项。发表学术论文45篇（SCI检索12篇，EI检索19篇），被引用836次（数据来源：Web of Science）。教学方面，指导学生参加各级别学科竞赛，近五年荣获国家级竞赛奖10项、省级奖8项。科研方面，2021年国网新源公司科学技术进步奖三等奖、2024年荣获SPEED优秀论文奖、CIEEC最佳论文奖、CEEPE最佳报告奖。2024年荣获CEEPE杰出青年科学家称号，在2022年-2024年连续入选全球前2%顶尖科学家年度影响力榜单。