2017年高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）推荐项目公示奖种：自然科学奖 推荐单位：清华大学项目名称新能源电力系统需求侧灵活资源的优化与控制理论主要完成单位：清华大学、浙江大学、香港理工大学主要完成人：宋永华,胡泽春,林今,孙凯,万灿,许昭项目简介：为了应对环境与能源压力，世界范围内正着力发展以风力和太阳能发电为主的新能源电力系统。我国风力和光伏发电装机容量居世界第一，但发输电环节的调节能力不足，风光发电消纳困难。2016年全国弃风弃光电量高达566亿度，超过北京市半年用电总量，传统以发电和输电侧为对象的电力系统调控技术与理论面临严峻挑战。本项目以电力需求侧为突破口，较为系统的提出并建立了新能源电力系统需求侧灵活资源的优化与控制理论，为解决大规模新能源的消纳难题提供了新的理论和方法。主要发现点如下：（1）提出了需求侧灵活资源的时空耦合泛化集合模型和不确定性分析方法以区间集合的形式给出了需求侧灵活资源最大不确定运行集的数学定义，在时空耦合的高维几何空间内有效揭示并度量了需求侧灵活资源功率和能量状态的演化过程，开辟了其汇聚建模的新途径。提出了基于极限学习机的非参自适应区间预测理论，突破了经典分析理论关于概率密度的模型假设限制，解决了“如何用统一模型分析、量化并预测新能源与灵活资源的不确定性”这一难题。提出了考虑不确定功率注入的电力系统时频动态一般性分析方法，解决了经典理论无法全面采样概率空间的理论难题。（2）提出了大规模网络化分布式灵活资源的汇聚优化及自适应控制方法提出了利用多时间尺度滚动优化评估灵活资源可调节能力的方法，为大规模灵活资源参与电网调控的优化决策提供了理论基础。提出了分层汇聚协调优化的方法，解决了复杂系统运行难以同时计及系统和灵活资源本体需求约束的难题，相关成果应用“首次实现了省、市、站的优化调配，能够降低用户充电成本和电网峰荷”。提出了基于自适应虚拟阻抗的分布式灵活资源控制策略，解决了经典下垂控制电压频率偏差大、动态功率分配精度差和难以调节双向功率的问题。（3）提出了大容量集中式资源的电磁耦合动态机理及并联预测控制方法以磁路和电路复合调节大电流为突破口，首次剖析了大容量集中式资源的电磁耦合动态机理，提出了基于相应原理的励磁控制器，在现场应用实现了秒级控制响应，显著优于传统的机械调节。提出了基于模块化电力电子变换器的执行机构并联控制方法，提升了动态调整过程中的灵活性、可靠性和效率，“功率变换环节的综合加权效率提高到95%以上”。提出了基于模型预测的分级控制理论，解决了灵活资源在动态频率和电压强约束下的优化控制问题，应用于国家863项目重点工程，实现了装机容量占比超30%的新能源发电就地全额消纳。 上述工作发表SCI检索论文30篇。10篇代表性论文中5篇入选ESI高被引论文，被SCI他引348次。2篇论文获“中国百篇最具影响国内学术论文”， 2篇论文分列国内顶级期刊中国电机工程学报与电力系统自动化2011年以来引用排名第一。相关研究成果被国内外52位院士和IEEE Fellow引用，被评价为“能够快速调控充电负荷提供调频响应”、“提供必须的运行灵活性”、“能够提高系统的效率”、“显著提高新能源发电利用的潜力”，多次被顶级期刊论文引证作为研究算例和参数，并被应用于10余个国家重点科技项目的工程实践中。代表性论文专著目录1.Zhuowei Luo, Zechun Hu, Yonghua Song, Zhiwei Xu, HaiyanLu, Optimal coordination of plug-in electric vehicles in power grids with cost-benefit analysis - Part I: Enabling techniques, IEEE Transactions on Power Systems, 2013(28): 3546-35552.Jin Lin, Yuanzhang Sun, Yonghua Song, Wenzhong Gao, Poul Sorensen, Wind power fluctuation smoothing controller based on risk assessment of grid frequency deviation in an isolated system, IEEE Transactions on Sustainable Energy, 2013(4): 379-3923.Can Wan, Zhao Xu, Pierre Pinson, Zhao Yang Dong, Kit Po Wong, Probabilistic forecasting of wind power generation using extreme learning machine, IEEE Transactions on Power Systems, 2014(2):1033-10444.Can Wan, Zhao Xu, Pierre Pinson, Zhao Yang Dong, Kit Po Wong, Optimal prediction intervals of wind power generation, IEEE Transactions on Power Systems, 2014(2):1166-11745.Hui Liu, Zechun Hu, Yonghua Song, Jin Lin, Decentralized vehicle-to-grid control for primary frequency regulation considering charging demands, IEEE Transactions on Power Systems, 2013(28):3480-34896.Xiaonan Lu， J.M. Guerrero, Kai Sun， J.C. Vasquez. An improved droop control method fo DC microgrids based on low bandwidth communication with DC bus voltage restoration and enhanced current sharing accuracy, IEEE Transactions on Power Electronics, 2014(29):1800-19127.Zechun Hu, Furong Li, Cost-benefit analysis of active distribution network management, Part I: Annual benefit analysis, IEEE Transactions on Smart Grid, 2012(3):1067-10748.Hao Jiang, Jin Lin, Yonghua Song,Wenzhong Gao, Yu Xu, Bin Shu, Xiaomin Li, Jianxun Dong, Demand side frequency control scheme in an isolated wind power system for industrial aluminum smelting production, IEEE Transactions on Power Systems, 2014(29): 844-8539.Kai Sun, Li Zhang, Yan Xing, J. M. Guerrero, A distributed control strategy based on DC bus signaling for modular photovoltaic generation systems with battery energy storage, IEEE Transactions on Power Electronics, 2011(26): 3032-304510.彭勃,邱一苇,陈俊全,吴浩,宋永华. 计及网络约束的有序用电综合决策方法. 电网技术,2015(03):797-803.主要完成人情况：（公示每个完成人情况，包括：姓名、排名、技术职称、工作单位、完成单位、对本项目技术创造性贡献、曾获科技奖励情况。）排名姓名技术职称工作单位完成单位对本项目技术创造性贡献曾获科技奖励情况1宋永华教授浙江大学/清华大学清华大学/浙江大学对项目的主要发现点1、2、3做出了创造性贡献，包括：1. 提出了需求侧灵活资源的时空耦合泛化集合模型及其基于时频变换的不确定性分析方法；2. 提出了大规模需求侧灵活资源的分层协调控制方法和自适应调频控制方法；3. 提出了大容量集中式资源的电磁耦合动态机理与分级调频控制理论该项目研究工作量占本人工作量的70%。是代表性论著【1】、【2】、【5】、【8】、【10】的作者。无2胡泽春副教授清华大学清华大学对项目的主要发现点1、2做出了创造性贡献，包括：1. 提出了针对大规模需求侧灵活资源的分层协调控制框架与优化方法；2. 提出了典型灵活性资源的汇聚评估方法；3. 参与提出了分布式资源的自适应控制方法。该项目研究工作量占本人工作量的70%。是代表性论著【1】、【5】、【7】的作者。2008年教育部科学研究优秀成果奖（科学技术）自然科学奖，一等奖，第6完成人；2008年上海市科学技术奖，一等奖，第7完成人；2014年江苏省科学技术奖，三等奖，第3完成人；2004年中国电力科学技术奖，三等奖，第4完成人3林今副教授清华大学清华大学对项目的主要发现点1、3做出了创造性贡献，包括：1.提出了考虑不确定功率注入的电力系统时频动态特性一般性分析方法2.提出了大容量集中式资源的电磁耦合动态机理，综合功率和模型预测技术的分级调频控制理论该项目研究工作量占本人工作量的70%。是代表性论著【2】、【5】、【8】的作者无4孙凯副教授清华大学清华大学对项目的主要发现点2、3做出了创造性贡献，包括：1. 提出了基于自适应虚拟阻抗的分布式灵活资源（光伏、储能）控制策略2. 提出了面向大功率集中式灵活资源的并联控制方法。该项目研究工作量占本人工作量的40%，是代表性论著【6】、【9】的作者。2013年，“永磁同步电机高性能控制方法及其伺服应用”，中国电工技术学会科学技术一等奖，第2完成人5万灿研究员浙江大学香港理工大学对项目的主要发现点1、2做出了创造性贡献，包括：1. 提出了基于bootstrap的极限学习机概率预测方法。2. 建立了基于机器学习的非参自适应区间预测理论。3. 参与提出了基于高维几何体的需求侧灵活资源汇聚模型，建立了基于集合运算的灵活资源汇聚评估模型。该项目研究工作量占本人工作量的70%。是代表性论著【3】、【4】的第一作者。无6许昭教授香港理工大学香港理工大学对项目的主要发现点1、2做出了创造性贡献，包括：1.参与提出了基于bootstrap 的极限学习机概率预测方法。2.参与建立了基于机器学习的非参自适应区间预测理论。该项目研究工作量占本人工作量的40%。是代表性论著【3】、【4】的第二作者。无