2025年11月，MI “绿色电力未来” 使命（Green Powered Future Mission，GPFM）联盟于第三十届联合国气候变化大会（COP30）期间，重磅发布2025年GPFM《全球创新优先事项深度洞察报告》。
洞察报告由MI中方秘书处牵头组织，联合来自中国科学院电工研究所、中国电建西北院等国内重点科研单位，以及意大利、英国、西班牙、澳大利亚、加拿大等国家的四十余位专家完成编写。报告围绕GPFM全球创新优先事项（Innovation Priorities, IPs）开展系统性技术综述，汇聚国际前沿观点与实践经验，累计收录全球五十余个典型示范案例，内容涵盖综合可再生能源系统、AI赋能可再生能源、电网灵活性、生态友好型光伏系统等关键技术方向，旨在加速清洁能源可行性研究与技术创新。
系列报告将于MI公众号进行专题连载，本期主题为“电网边缘分布式可再生能源系统关键问题与解决方案”。
在全球能源转型背景下，电网边缘分布式可再生能源综合系统（Integrated Renewable Energy Systems，IRES）的大规模应用成为重要发展方向。然而，高比例可再生能源接入带来了宽频振荡、谐波污染等稳定性与电能质量问题，同时能量管理策略复杂、运维效率低、标准适配不足等挑战凸显。本报告聚焦这些问题进行深入探讨并提出解决方案，同时开展标准规范对比，提出高比例可再生能源综合系统技术发展路径。
一、IRES稳定性问题与解决方案
电网边缘分布式可再生能源发电大量接入引发系统惯量降低、宽频振荡等问题，严重制约高比例可再生能源消纳并威胁电网安全。振荡问题主要由电力电子设备与电网阻抗失配等原因引发，在弱电网中尤为严重。通过优化变换器参数进行阻抗重塑是抑制振荡、提升系统稳定性的有效手段。如青海玉树水光储互补微电网孤网运行时，在每日调峰时段出现202.8/302.8Hz的稳态间谐波，电压电流谐波畸变率高，研究确定为变流器与弱电网间的非线性自激振荡所产生，通过采用交流分量分离等控制方法实现有效抑制。
(a) 青海玉树水光储互补微网
(b) 自激振荡在光伏电站并网点产生的谐波
图1 青海玉树水光互补微网非线性自激振荡与抑制
电网边缘IRES谐振问题也与电力电子设备-电网阻抗交互作用有关，抑制需多管齐下。通过对并网变流器优化控制从源头上抑制网源谐振发生，并在关键节点部署有源阻尼装置实现谐振抑制，同时在系统层面采取并网验证、监测预警和协调控制等措施。经分析，新疆哈密风电场与火电机组谐振问题是由直驱风机引发的次同步振荡通过电网传播，诱发附近火电机组所产生，采用发电机扭振保护（GTSDC）与振荡阻尼控制（SEDC）组合方案实现了有效抑制。
(a) 新疆哈密电网拓扑与可再生能源分布
(b) GTSDC+SEDC控制策略
图2 新疆哈密风电与火电机组谐振抑制方法
电网边缘风电、光伏等通过电力电子设备并网，替代同步发电机，显著降低了系统惯量和频率阻尼。通过基于快速无功补偿与虚拟惯性模拟技术、基于虚拟同步发电机与储能协同控制以及基于电-热-氢多能耦合的广域稳定性控制技术，可以模拟或补偿系统惯性，提升频率动态响应能力。欧盟HYNET项目通过基于相量测量单元的广域保护控制系统缓解了惯量损失，实现了海上风电的孤岛运行、系统建压、提供虚拟惯量及黑启动。
二、IRES电能质量问题与治理技术
IRES的电能质量挑战源于其出力随机性及电力电子非线性特性，主要表现为电压偏差、波动、闪变、波形畸变（谐波/间谐波）和暂态过程异常。此外，还面临直流注入与三相不平衡等问题，对本地供电和电网安全构成威胁。
IRES电压质量问题核心在于发用电功率波动经电网阻抗引发的电压涨跌，其治理需构建“源-网-荷-储”协同的多级框架，在设备层优化逆变器控制，在系统层部署储能与动态无功补偿装置，在网络层增强网架并应用智能协调控制。实践证明，结合快速响应装置与AI预测技术可有效提升电压合格率。
IRES的谐波问题源于分布式电力电子设备产生的谐波注入，在与电网阻抗交互时易引发谐波放大，导致电压畸变和系统污染。随着渗透率提升，问题从谐波扩展至间谐波和超高次谐波，其链式传播效应可使局部畸变升级为系统级的宽频扰动。
图3 电压畸变信号中的谐波成分
谐波、间谐波及高频噪声构成多层面威胁，导致设备过热、网损增加甚至火灾。IRES系统谐波治理方案包括无源滤波、有源滤波和混合滤波，典型案例如基于多电平拓扑与自适应算法的有源滤波器，将某工业园总谐波畸变率从7.2%降至2.3%。
(a) 有源滤波谐波治理方案
(b) 有源滤波器组
图4 基于有源滤波器的谐波治理技术
2024年中国浙江舟山启动220kV海上风电高压有源谐振协同治理项目，通过双场站协同控制有效解决了华能及中广核两个邻近风电场的谐振耦合问题。实施后，华能风电场5次电流谐波下降46%、电压谐波下降28%，中广核风电场5次电流谐波下降53%、电压谐波下降35%，区域220kV变电站5次谐波电压水平平均降低26%，整体治理效果显著。
在电网边缘IRES中，直流注入易引发变压器偏磁饱和，而三相不平衡则会增加线损并降低供电容量，二者均为重要的电能质量问题。直流分量源于逆变器非理想特性，三相不平衡则多由单相设备随机接入与负荷不确定所导致，在弱电网中影响尤为显著。直流注入治理需硬件阻断结合控制算法补偿，并建立全生命周期监测系统；三相不平衡则依赖设备级负序补偿与系统级SVG、储能等动态调节，并通过智能预测实现主动管理与资源协调。如云南迪庆三坝水光储微电网通过智能补偿将电压不平衡度维持在2%以内。
三、智能运维与远程监控技术
电网边缘IRES分布广、环境复杂，其高昂的运维成本与偏远地区巡检支出（3-5倍于集中电站），对传统人工运维模式构成严峻挑战。故障定位困难且修复时间长，亟需通过智能运维与远程监控技术向“无人值守、少人巡检”的数字化模式转型，以提升效率和可靠性。数字孪生技术通过整合多源数据与人工智能，实现高精度故障预警与提前预测设备老化，提升运维效率。实际应用表明，该技术可将故障排查时间缩短至数十分钟，并将关键部件（如变流器）的故障预测准确率提升至接近90%，有力推动可再生能源运维向预测性、智能化转型。
无人机巡检技术正在深刻革新IRES的运维作业模式。通过搭载高清红外与多光谱传感器，无人机可高效完成大面积场站的设备状态自动巡查与隐蔽缺陷识别，将巡检效率提升数倍，并能安全覆盖复杂地形与高危区域，大幅降低了运维成本与安全风险。如大疆Matrice300单次飞行能够完成20MW光伏阵列巡检，组件热分辨率可达0.4℃。
直流电弧故障是IRES的主要火灾隐患，其高温与持续放电特性在光照条件下会形成带电高危环境，严重威胁救援安全。系统化防护需强制配置快速关断装置、电弧故障断路器和绝缘监测等主动安全设备，实现实时风险管控。同时，应建立基于数字孪生的智能监控平台，集成安全数据可视化与远程控制功能，形成覆盖技术、标准与管理的长效防护体系。
图7 特斯拉分布式光伏发电系统移动监控应用界面
图片来源：https://www.tesla.com/solarroof
四、IRES相关标准与规范
电网边缘IRES的快速发展凸显出传统标准框架与新型电力系统之间的矛盾。首先，基于同步机的传统标准体系已难以适配以电力电子设备为主导的IRES特性，尤其在弱电网和高线路阻抗运行场景下，谐波谐振、电压稳定等问题的控制要求更为复杂。其次，国际通用标准与区域电网实际特性存在错配，例如中国在谐波限值、低电压穿越持续时间等方面制定了比IEEE更严格和更适应本土电网条件的规定。最后，跨能源领域协同的监管存在空白，IRES与制氢、储能等多能系统耦合时，缺乏统一的互操作性与安全标准，加剧了系统集成与管理的复杂性。
现行标准在关键性能领域呈现差异化演进，以应对IRES并网的独特挑战。在电能质量方面，各国对谐波畸变的限值日趋严格且具针对性。电压与频率稳定性标准则更加强调对电网强度的适应性，例如中国延长低电压穿越时间、放宽频率运行范围，以匹配其电网规模与故障清除特性。此外，自组网（Grid-Forming）技术相关标准不断出现，如日本率先引入阻抗比限制，标志着标准重心从传统的跟网型（Grid-Following）功能向支撑电网主动构建与稳定互操作的根本性转变。
未来标准体系将向数字化、协同化与韧性化方向深度演进。利用数字孪生技术进行“虚拟认证”将成为重要趋势，可大幅降低测试成本并提升场景覆盖度，但需统一其数据模型与验证方法以确保权威性。国际协调加速推动了基于性能的标准范式，从规定设备参数转向考核系统级贡献（如频率支撑、电压调节质量），以更经济高效地引导高比例可再生能源集成。同时，标准制定将更注重系统韧性，覆盖宽频振荡抑制、多能流耦合安全等新兴风险，并着力构建电-热-氢等多领域互操作的框架性标准，以解决当前跨部门监管碎片化问题，支撑电网边缘IRES成为未来韧性能源系统的可靠组成部分。
五、结论与展望
电网边缘分布式集成可再生能源系统的规模化发展积极推动了电力系统由同步机主导模式向电力电子主导模式转型，引发宽频振荡、谐波污染、运维成本高等挑战。解决这些问题的核心在于构建综合性技术框架，包括采用阻抗重塑与自组网技术提升稳定性，应用“源-网-荷-储”协同与有源滤波保障电能质量，并通过数字孪生与无人机巡检等实现智能化运维。未来需加速技术与标准协同演进，发展以稳定性为核心、支持虚拟认证的新型标准体系，并设计激励性市场机制，促使IRES从电网被动跟随者转变为主动支撑清洁、灵活、韧性新型电力系统的可靠基石。
专题作者
赵勇：中国科学院电工研究所副研究员
曹国恩：北方工业大学教授
胡长斌：北方工业大学教授
田新磊：北方工业大学副教授
陈莎莎：北方工业大学博士研究生
Oscar Izquierdo Monge：西班牙能源、环境和技术研究中心（CIEMAT）研究员
María Izquierdo Sanz： 西班牙 CIRCE 基金会项目管理部负责人
Aleida Lostale Caparroso：西班牙 CIRCE 基金会项目经理
霍辰：中国科学院电工研究所助理研究员
陈伟伟：中国科学院电工研究所助理研究员
技术顾问委员会
王一波：GPFM技术方向1负责人、中国科学院电工研究所可再生能源发电部主任、研究员
Josef Ayoub：加拿大自然资源部CanmetENERGY研究中心科学影响部主任
董旭柱：武汉大学教授
代彦军：上海交通大学教授
编辑委员会
MI中方秘书处
受国家科技部国际合作司委托，中国科学院电工研究所于2019年成立MI中方秘书处，支撑我国参与MI部长级会议合作机制，并履行相关管理职责
来源：MI官网
https://explore.mission-innovation.net/mission/green-powered-future/
本篇为本系列连载第一期，后续将陆续发布更多洞察报告，涵盖可再生能源前沿领域的深度分析，为您提供高质量的技术解读与行业资讯，敬请关注。
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