一、选题背景

随着全球能源需求的持续增长和传统能源的逐渐枯竭，可再生能源的开发与利用成为当前及未来能源发展的必然选择。分布式发电系统，作为可再生能源利用的重要形式，以其高灵活性、低成本和环境友好型特点，受到了世界各地政府及学术界的广泛关注。分布式发电系统不仅包括风能、太阳能、生物质能等可再生能源发电，还涵盖了小型燃气轮机、燃料电池等高效发电技术。这些系统分散布置在用户端，能够就近供电，减少输电损耗，提高能源利用效率。

与此同时，随着分布式能源发展和应用的推广，分布式发电系统的规模不断扩大，系统多样化和规模化的特点也日益显现。然而，分布式发电系统的并网运行对电网的稳定性和可靠性提出了新的挑战。如何实现分布式发电系统与电网的协调控制，成为当前电力领域亟待解决的问题。因此，对分布式发电与电网协调控制策略进行研究，具有很高的实用价值和理论意义。

二、研究目的

本研究旨在构建一套适配高比例新能源接入场景的分布式发电系统与电网协调控制模型，通过打破源网荷储各环节的控制壁垒，实现分布式电源与电力系统的无缝联合运行，从根本上提升电网在复杂工况下的稳定性和可靠性，同时达成区域内发电能力的动态优化配置。这一模型将整合实时监测、智能决策与动态调控功能，为破解分布式能源并网带来的调度难题提供系统性解决方案。

具体目标包括：

1. 提升电网稳定性：针对分布式光伏、风电的出力波动性特征，设计基于多时间尺度的分层协调控制策略 —— 在毫秒级层面通过储能系统平抑功率冲击，在分钟级层面通过源网协同调整机组出力，使电网频率偏差控制在 ±0.1Hz 以内，电压波动范围缩小至额定值的 ±2%，显著降低新能源并网对电网安全运行的干扰，大幅提升系统在负荷突变、电源故障等场景下的抗扰动能力。

2. 优化发电能力配置：依托物联网技术构建全网发电资源动态数据库，结合负荷预测算法实时匹配电网需求与分布式电源的发电潜力，通过多目标优化模型实现风光水火储多能互补。例如，在光照充足时段优先调度光伏出力，在夜间负荷高峰时段协调储能与燃气机组联合供电，使区域能源综合利用效率提升 15%-20%，避免弃风弃光现象的同时减少冗余发电容量。

3. 促进可再生能源利用：通过协调控制模型打通可再生能源全额消纳的技术通道，建立“预测-调度-消纳”闭环机制。一方面通过精准预测提升风光发电量的可控性，另一方面通过需求侧响应引导柔性负荷追踪可再生能源出力曲线，力争使区域内可再生能源发电占比提升至 40% 以上，加速能源结构从化石能源依赖向清洁能源主导转型，为实现 “双碳” 目标提供关键支撑。

三、研究内容

3.1 分布式发电系统并网控制模型研究

1. 电力电子器件控制策略：研究分布式发电系统中电力电子器件（如逆变器、整流器等）的控制策略，实现其高效、稳定的运行。这包括对电力电子器件的拓扑结构、控制算法和调制策略进行深入分析，以提高其转换效率和动态响应能力。

2. 并网运行控制与优化：研究分布式发电系统并网时的运行控制策略，包括并网条件、并网方式、并网后的功率控制等。同时，考虑并网过程中的优化问题，如最小化并网冲击、最大化发电效率等。

3.2 分布式发电系统与电力系统联合运行控制策略研究

1. 电力系统稳定性改善：分析分布式发电系统并网对电力系统稳定性的影响，提出改善电力系统稳定性的控制策略。这包括研究分布式发电系统对电网频率、电压等关键参数的影响，以及如何通过协调控制来维持电网的稳定运行。

2. 发电能力优化分配：根据电网需求和分布式发电系统的发电能力，研究发电能力的优化分配策略。这涉及到对分布式发电系统的出力预测、电网负荷预测以及两者之间的匹配问题，以实现发电资源的最大化利用。

3.3 分布式发电系统并网协调控制模型建立与仿真实验验证

1. 模型建立：基于上述研究，建立分布式发电系统并网协调控制模型，包括电力电子器件控制模型、并网运行控制模型、联合运行控制模型等。这些模型应能够准确反映分布式发电系统与电网之间的相互作用关系，为后续的仿真实验提供基础。

2. 仿真实验验证：利用仿真软件对所建立的控制模型进行仿真实验，验证其正确性和可行性。通过仿真实验，可以模拟不同工况下的分布式发电系统并网运行情况，评估协调控制策略的效果，为实际工程应用提供参考。

3.4 分布式发电系统运行效果评估分析

1. 系统稳定性评估：对分布式发电系统并网后的电网稳定性进行评估，分析协调控制策略对电网稳定性的改善效果。这可以通过对比协调控制前后的电网频率、电压波动等指标来实现。

2. 发电能力优化评估：评估发电能力优化分配策略的实施效果，包括发电资源的利用率、能源利用效率等指标。通过对比优化前后的发电数据，可以直观地看到协调控制策略在发电能力优化方面的作用。

3. 经济效益与环境效益评估：综合考虑分布式发电系统并网协调控制策略的经济效益和环境效益。经济效益方面，可以评估协调控制策略对降低发电成本、提高发电收益的作用；环境效益方面，可以评估协调控制策略对减少污染物排放、促进可再生能源利用的贡献。

四、研究方法

4.1 理论研究

对分布式发电系统的并网控制技术进行深入的理论研究，包括电力电子器件控制理论、并网运行控制理论、联合运行控制理论等。通过文献调研和理论分析，确定分布式发电系统并网协调控制的主要问题和研究方向，为后续研究提供理论支撑。

4.2 模型建立

基于理论研究结果，建立分布式发电系统并网协调控制模型。这包括电力电子器件控制模型、并网运行控制模型、联合运行控制模型等的建立。在模型建立过程中，应充分考虑分布式发电系统的特点和电网的需求，确保模型的准确性和实用性。

4.3 仿真实验

利用仿真软件对所建立的控制模型进行仿真实验。通过仿真实验，可以模拟不同工况下的分布式发电系统并网运行情况，评估协调控制策略的效果。在仿真实验过程中，应设置合理的实验参数和工况条件，以确保实验结果的可靠性和有效性。

4.4 分析评估

对分布式发电系统并网协调控制模型进行评估分析。这包括系统稳定性评估、发电能力优化评估、经济效益与环境效益评估等。通过评估分析，可以全面了解协调控制策略的实施效果，为后续研究提供改进方向和参考依据。

五、预期结果

本研究将建立分布式发电系统并网协调控制的理论模型，并通过仿真实验验证其正确性和可行性。最终实现的分布式发电系统及电力系统的联合控制，将能够提高电网的稳定性和可靠性，实现发电能力的优化分配。具体预期结果包括：

1. 理论模型建立：形成一套完整的分布式发电系统并网协调控制理论模型，包括电力电子器件控制模型、并网运行控制模型、联合运行控制模型等。

2. 仿真实验验证：通过仿真实验验证理论模型的正确性和可行性，证明协调控制策略在提高电网稳定性和优化发电能力方面的有效性。

3. 实际工程应用参考：为实际工程应用提供参考依据和指导方案，推动分布式发电系统与电网的协调控制技术的实际应用和发展。

六、研究意义

本研究的意义在于为分布式发电系统与电力系统的协调运行提供系统性的科学依据和可落地的技术支持。在新能源渗透率持续提升的背景下，分布式光伏、风电等波动性电源的大规模接入，正给传统电网的功率平衡、电压调节带来严峻挑战，而两者的协同控制正是破解这一难题的关键。

通过构建精准的协调控制策略，既能动态平抑可再生能源出力波动，将电网频率偏差控制在±0.2Hz 的安全范围内，提升系统抗扰动能力；又能通过源网荷储的协同优化，使分布式电源的发电效率提升12%-15%，实现区域内能源的梯级利用与最优配置。这不仅加速了风电、光伏等清洁能源的消纳，更推动能源结构从化石能源主导向多元互补的低碳模式转型，为“双碳”目标的实现提供技术支点。

此外，研究形成的控制算法模型、仿真平台及工程应用案例，可为相关领域研究人员提供方法论参考，也为电力企业技术人员的工程实践提供实操指南，进而推动分布式发电与电网协调控制技术向智能化、自适应方向深度创新，助力新型电力系统的加速构建。