大力发展全球风能、太阳能、水能等可再生能源，实现全球清洁能源共享，是构建全球能源互联网的重要驱动力。通过对中国与全球可再生能源发展情景的比较分析，阐述了中国和全球可再生能源发展之间的相似性。在对中国与全球可再生能源发展现状分析的基础上，总结了中国可再生能源发展的相关经验及存在问题。针对这些问题，提出了相应的解决思路和措施，即通过源—网—荷—储及市场共同协调，促进可再生能源健康稳步发展。最后，通过分析全球能源互联网的发展需求和现有基础，提出了中国可再生能源发展对建设全球能源互联网的启示和建议。

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传统独立运行的能源设施正在向更加开放、互动和共享的新形势，即能源互联网转变。在此趋势下，多能互补网络是现代能源系统深度融合的重要产物之一。全球能源互联网将是多能互补网络的一种演化形态。一方面，电、气、热等不同形式能源物理系统的互联互济，使多能互补网络更灵活、更可靠、更高效。另一方面，能源种类的多样性、网络动态的复杂性以及运行中的不确定因素，导致多能互补网络运行分析及演化发展面临巨大挑战。在复杂的物理系统以及复杂运行环境下，如何分析模拟多能互补网络运行特性并揭示其动态演化机理迫在眉睫。为此，分析了多能互补网络运行及动态演化的关键技术，从多能互补网络建模、动态演化机理及仿真技术三个方面给出了多能互补网络建模及动态演化机理的研究框架。

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在能源革命背景及全球能源资源与负荷分布不均的现状下，对全球可再生能源资源富集区域进行集中开发并跨国跨洲输送是一条值得探索的发展途径。实现跨国输电，相关国家的政治、经济和技术综合水平及国与国之间的友好程度是其关键影响因素，甚至超过了输电通道本身的技术和成本因素而成为一票否决性的条件。本文提出了考虑国家风险的清洁能源跨国跨洲输电通道规划方法。在分析特定规划场景的关键特征基础上，构建了国家风险量化模型、包含国家风险的等效成本模型和以清洁能源最大化消纳为目标的通道扩展模型，并进行模型求解。算例构建了2030年清洁电力的广域电网互联蓝图，并与各国的电网互联计划进行对比，最后对国家风险进行了敏感性分析，验证了规划模型和方法的有效性。

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本文结合全球能源互联网中清洁能源并网和跨国电网互联特点，提出了直流电网在全球能源互联网中的定位及应用场景。以中南半岛为例设计了直流电网构想方案，采用稳态模型计算了直流电网潮流分布，对短路、断线等严重故障进行了机电暂态仿真，结果表明，故障线路切除后跨国直流电网和各国交流电网均能保持系统稳定。直流电网技术为下一步全球各主要区域跨国电网互联规划研究提供了一种重要解决思路。

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中国“三北”地区可再生能源装机占比普遍超过30%，高比例新能源电力系统形态已经基本形成。传统新能源电站面对高比例新能源接入电网频率/电压的扰动，无法提供有效的主动调频/调压支撑能力，会导致电力系统惯性和阻尼降低，给电网的安全稳定运行提出重大挑战。中国国家电网公司于2016年在张北风光储电站启动建设首个用于大电网的虚拟同步机示范工程，探索虚拟同步机多种实现方式和技术路线的可行性与经济性，已经取得阶段性成果。文中针对风电、光伏单元式虚拟同步机的不同技术路线进行了对比分析，介绍了虚拟同步发电机示范工程的进展情况，阐述了单元式、电站式两种虚拟同步机实现方式的工程实施方案，对已改造设备的运行情况进行了初步分析，对已改造设备的控制效果进行了实测验证。最后，文章对区域电网中虚拟同步机的控制应用方式以及预期效果作了初步分析，对关键技术的发展作了展望。

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柔性直流输电技术在大规模风电送出中应用越来越广泛，但存在因风电和柔直各自电力电子设备控制相互作用而引发系统振荡风险。首先，为从物理意义上解释振荡机理，以阻抗分析法为基础，推导基于等效电路阻尼的互联系统稳定性判据。然后，基于此判据和时域仿真结果，分析风机网侧变流器、锁相环和柔性直流换流器的控制带宽与振荡风险的关系，指出系统振荡频率随控制参数改变的变化规律。最后，分析风速和并网风机台数对风电经柔性直流送出系统的等效电路阻尼特性影响，提出振荡稳定性约束的控制参数设计要求。

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针对现有的半桥型MMC难以应对直流故障，阻断型MMC直流故障时需要闭锁换流器的缺陷，提出了一种无闭锁柔性直流输电系统。实验展示了无闭锁柔直的直流故障无闭锁穿越、降直流电压运行、直流电压极性反转等能力，并进一步开展了无闭锁柔直互联传统柔直，以及无闭锁柔直串联构成阀组串联结构的实验研究。 实验验证了无闭锁柔直优异的控制性能。

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模块化多电平换流器在预充电过程中存在子模块均压效果劣化现象，部分子模块电压跌落甚至反复启停。针对这一问题，分析了取能电源等效阻抗动态变化情况并将其引入子模块仿真模型中，使模型更接近实际；根据改进后模型，分析了预充电时子模块电压变化过程。仿真结果表明，由于取能电源参数不一致性，导致子模块电压再分配，取能电源等效阻抗与电容电压形成正反馈，进一步加剧电压两极分化，最终导致均压效果劣化。研究结果可为柔性直流输电工程运行参数调整和换流器优化设计提供理论依据。

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当前中国和其他国家的电力市场再一次面临着深刻变革，传统的电力市场理论受到挑战。本文对新背景下的电能商品品质衡量及定价机制问题进行了初步探讨。作为理论研究的基础，首先剖析了电力市场/电力系统组成的大规模复杂系统中电力系统物理层、商品交易层和金融交易层这3个层次问题的区别与联系。提出从波动性、易控性、随机性3个维度对电能商品品质进行衡量，并在功率数值的基础上加入时间维度形成由功率—时间对组成的连续时间电能商品模型以反映不同的商品品质，并基于泛函极值优化理论发展出基于连续时间商品模型的电力市场理论。本文分析了传统实时电价和按负荷持续时间定价两种方式下电能商品的价值分布及“同质同价”的涵义，最后提出了能体现不同品质电能商品价值的市场机制设计思路。

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非洲地区新能源资源丰富，具备建设大型可再生能源发电基地的潜力。非欧联网输送可再生能源，可以在更大范围内实现清洁能源开发的最优经济性和优化配置。本文综合考虑政策措施等外部影响因素，提出一种改进的新能源发电技术经济性分析模型（CORT），并利用该模型测算了未来建设非洲大型可再生能源基地和非欧联网输电的经济性。研究表明，非洲风电联网外送的经济性不明显，太阳能发电外送具备一定的经济性，非欧联网水光打捆输送更具经济性。

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电动汽车作为灵活负荷可以减小配电网负荷波动、降低运行成本。本文在建立节点充电负荷模型的基础上，提出了含电动汽车充电负荷、可再生能源与无功补偿装置的配电网两阶段优化策略。日前阶段通过建立混合整数二次锥规划模型，计算得到在预测电动汽车流及分布式能源出力情况下总购电成本最小的无功补偿装置动作策略及电动汽车充电策略，日内阶段采用滚动优化求解各时段最优充电策略。采用33节点系统进行算例分析得到，优化充电可以促使充电负荷转移进而减少购电成本，同时可以降低网损、提高电压水平，验证了优化模型的可行性与有效性。

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当前的电网调度与变电站自动化系统之间存在大量的重复性工作，而相互间的独立性又很强，不利于其高效率、高可靠和智能化发展，客观上有加强贯通性设计的需求。对限制调度和变电站自动化系统应用贯通的模型、数据、图形、通信规约等基础问题进行了梳理，分别从模型、数据库、图形一致性和通信规约支撑4个方面对贯通技术进行剖析。指出统一的模型及其配置机制是实现调度和变电站自动化系统贯通设计的基础，数据库一致性是减少两端重复工作、实现高效和智能化互动的关键，在模型和数据库一致性基础上，图形共享和通信规约方案有灵活的选择方式。

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