发展微电网已成为破解高渗透率分布式能源高效、安全接入电网的客观需要，多端口变换器(multi-port converters, MPC)作为微电网中电能转换的核心装置，在微电网的建设中有着巨大的应用价值和广阔的应用前景。首先，分析了电能变换器拓扑结构的发展过程，并在其基础上对国内外适用于微电网的二端口变换器、三端口变换器、四端口变换器以及多端口变换器的典型拓扑结构进行了分析和比较。然后，指出多端口变换器在功率密度、转换效率以及变流功能等方面具有传统双端口变换器不可比拟的优势，是未来电能变换器的发展方向。最后，在拓扑结构、潮流控制以及运行可靠性等方面指出多端口变换器在工程应用中亟待解决的几个关键技术问题，并从多个方面分析了微电网多端口变换器的发展趋势。
生物质气化耦合燃煤发电可充分利用我国的生物质资源，减少煤炭的燃烧，改善能源结构，实现节能减排。为分析生物质气化－燃煤耦合发电系统能量流动及损失分布，基于热力学第一定律和热力学第二定律，建立了系统能流、?流分析模型，计算得到系统能流和?流图。结果表明：采用科学合理的燃气配气方式，锅炉燃烧稳定性几乎不受影响；额定工况、75%额定工况和50%额定工况下，系统能效分别为32.39%、31.93%和31.38%，?效率分别为30.27%、31.83%和30.35%。生物质气化－燃煤耦合发电系统具有较高的能源利用效率，高于现有生物质直燃电厂发电项目的系统效率，技术经济效益明显。能损和损分析可为系统设计和优化奠定理论基础，也为生物质气化耦合燃煤锅炉发电的推广应用指明方向。
基于双馈风机的风电场大规模并网会降低电网等效惯量，频率调节能力变差。为使风电机组也能参与电网的频率调节，提出在转子侧附加虚拟惯量控制和超速控制的调频策略，使风电机组有类似同步发电机的静态调频特性。虚拟惯量能够释放转子动能，为频率提供短暂支撑；超速控制留出备用容量，弥补惯量控制引起的频率二次跌落，并减小稳态误差。最后，仿真分析了大规模风电场接入上海电网时风电参与调频对上海电网频率的影响。
为了对比不同结构形式的垂直轴潮流能水轮机的水动力性能，对三叶片-单列叶片式与六叶片-双列叶片式垂直轴型水轮机进行结构参数设计，采用CFD软件对处于特殊旋转角下的单列叶片式和双列叶片式垂直轴潮流能水轮机进行了2D流场计算，并对压力云图和流速场图进行了对比分析。结果表明：在设计流速2.5 m/s下，双列叶片式水轮机叶片受到的压力的合力大于单列叶片式，即自启动性能优于单列叶片式；但是双列叶片式水轮机在轴线旋转角为0°、60°时，叶片间会产生流场相互干扰的问题，在轴线旋转角为30°、90°时，叶片出现尾流脱节、尾流紊乱的现象。
目前，国内压缩空气储能电站膨胀机进气阀严密性试验所采用的试验方案、试验指标不明确，缺少对严密试验的科学论证，没有膨胀机进气阀严密性是否合格的量化指标。为准确判断膨胀机进气阀的严密性，保障压缩空气储能发电膨胀机的安全运行，文章通过对比分析火电和核电蒸汽轮机、燃气轮机进气阀严密性试验方法，结合膨胀机的结构动力特性及其运行特点，提出膨胀机进气阀严密性试验的方法，并对试验步骤进行规范，提出试验结果合格的判定标准，通过不同时间段试验的惰走时间数据进行比较，得到进气阀严密性的变化情况。该方法引入膨胀机转速作为判断依据，量化严密性试验合格指标，使试验更具客观性和可操作性，保障膨胀机的安全稳定运行。
海洋能(波浪能、潮流能)发电场的电力系统是整个发电场的核心部分，因此电力系统拓扑的设计应能够满足海洋能发电装置实海况并网发电、安全可靠输送的要求。首先，分析了发电场电力系统的构成，并从经济性和可靠性方面对几种发电机组区内集电系统拓扑结构进行对比分析，并给出2种区间拓扑结构，结合实际工程经验，提出了新的发电装置集电系统拓扑结构。同时，对比分析交流系统、高压直流以及柔性直流等3种海洋能发电场输电系统的设计方案。分析表明，输电系统和机组集电系统的设定受到建设环境、系统容量、离岸距离、技术方式等的影响，需进行经济性、技术性的综合比较后确定。文章可为实现国内海洋能发电场或测试场建设提供技术依据。
电网故障条件下光伏逆变器的有效控制，对提高光伏发电系统的并网运行能力具有重要意义。首先分析了不同电网故障时并网光伏逆变器的运行特性，进而提出了不同电网故障条件下并网光伏逆变器的控制策略。针对对称故障，采用限制功率的方法来对输出电流进行限制；针对不对称故障，首先对目前研究较为广泛的不对称电压故障条件下光伏逆变器控制方法进行了分析，进而提出了2种考虑电流峰值和有功和无功功率波动的协调控制策略，以拓展逆变器输出有功功率，并对2种协调控制策略进行了对比分析。所提出的控制策略能够保证光伏系统在满足并网要求的前提下实现低电压穿越，通过在PSCAD/EMTDC中建立仿真模型验证了所提出控制策略的正确性。
系统容量配置问题是影响分布式能源项目盈利能力的关键，为此提出了以储热设备取代部分动力设备容量的分布式能源系统方案，将系统的物理模型和运行策略进行数学模型转化，针对具体电、热负荷情况，采用粒子群优化算法，以净现值最大为目标，对动力设备容量和储热设备容量进行优化求解，并采用遍历法对结果进行验证。分析结果表明：最优的动力设备容量小于最大电负荷，在电负荷峰期存在网购电量，但机组绝大多数时间运行于额定工况或微偏离额定工况，机组发电效率相对较高；由于天然气价格高，补燃天然气不经济，最优的储热容量配置为在严寒期内不以补燃形式对供热能力进行补充，仅利用储热设备恰好能够满足严寒期的供热需求，即不存在储热设备的配置冗余。
2016年南方电网建成投运了世界首个并联混合直流输电工程——鲁西背靠背直流工程，为了分析其稳态运行及故障恢复特性，基于PSCAD/EMTDC仿真平台，搭建了包含常规直流单元和柔性直流单元的混合直流异步联网系统仿真模型。依托鲁西背靠背工程，分别建立常规直流单元和柔性直流单元的主回路和控制系统模型，并联形成混合直流异步联网系统并对所搭建模型系统的稳态运行特性进行了仿真分析，研究了暂态情况下柔性直流单元对常规直流单元故障恢复的影响。研究结果表明：混合直流异步联网系统额定工况下运行波形稳定，参数符合工程实际，稳态性能符合要求；当逆变侧发生交流系统故障时将引起常规直流单元逆变器出现换相失败现象；柔性直流单元能够起到动态无功补偿的作用，有助于常规直流单元的故障恢复。
电网导则要求并网风电机组在电网电压在一定范围内瞬间跌落时不脱网运行。为满足这一要求，提出了一种基于电池储能的低电压穿越控制策略。该方法通过PQ解耦PI控制策略，调节交流侧输出的幅值和相位，以提供满足系统电压稳定的无功功率，使系统具有低电压穿越能力。并针对传统PI控制动态响应差等特点，采用模糊PI控制，结果表明模糊PI控制较传统PI控制响应快、跟踪误差小，并能使系统在故障发生后更快地恢复稳定运行。
分布式能源发电及并入传统电网的过程中，大量电力电子设备的应用会产生谐波，影响电力系统供能质量，为此设计了一种谐波在线监测系统。采用自行研制的基于罗氏线圈原理的谐波电流传感器，结合A/D及快速傅里叶变换(fast Fourier transform，FFT)算法可准确获取各次谐波电流幅值，然后通过ZigBee无线组网实现多节点谐波电流的实时监控与显示。谐波电流采集模块和ZigBee数据传输模块试验结果验证了该监测系统的可行性，与传统监测系统相比，该系统可实现多点谐波电流的无线监控与显示，适于分布式能源发电系统等应用场合。
先进绝热压缩空气储能系统对于电网调峰意义重大，是未来电力工业重点发展方向之一。为研究压气机转速和入口流量变化时各子系统的热力特性，以TICC-500储能系统为研究对象，采用集中参数法进行建模，对储能阶段因扰动而产生的响应进行了仿真。结果表明：当转速增大时，压气机出口压力和温度升高，效率降低，但各级换热器内空气放热量有所提高；当入口流量增大时，压气机出口压力和温度降低，效率降低，各级换热器内空气放热量减少。
随着风电并网容量逐渐增加，风电对系统暂态稳定性的影响不容忽视，风电接入位置对受扰后的同步机动态行为具有重要影响。为研究风电接入位置对电力系统暂态稳定的影响机理，采用扩展等面积法则，分析了风电接入对临界机组和余下机组电磁功率波动的影响，得出风电接入位置对系统暂态稳定性的影响。通过分析可知，当受扰后风电机组附近的同步机为临界机组时，风电接入会恶化系统暂态稳定；当受扰后风电机组附近的同步机为余下机组时，风电接入会有利于暂态稳定。
清华大学出版社期刊中心
