全球首创新能源电动机-发电机（M-G）同步并网装备技术成果发布

zengxiaodong

全球首创新能源电动机-发电机（M-G）同步并网装备技术成果发布
2026-08-01 15:49:15 来源：四川在线 编辑：王桃 


四川在线记者 陈丽霏

7月31日，东方电气集团东方电机有限公司（以下简称“东方电机”）与国网江苏省电力有限公司（以下简称“国网江苏电力”）在江苏盐城联合发布新能源电动机-发电机（M-G）同步并网装备技术成果。据现场发布，应用该技术的世界首套兆瓦级M-G同步并网装备已在盐城大丰海上风电试验基地稳定运行超过2000小时，经受住高温、高湿、盐雾等复杂环境考验，并网装备的有功传输、无功响应等核心指标均达设计预期。

随着“双碳”目标深入推进，新能源装机规模快速增长，但风电、光伏等新能源发电具有间歇性和波动性，大规模集中并网后容易导致电网频率波动、电压不稳，给电力系统安全运行带来挑战。此次发布的M-G同步并网装备，采用“机械直连、电磁隔离”结构，将电动机与发电机通过同一根转轴刚性连接，在新能源发电单元与电网之间形成一道物理隔离屏障。

“简单来说，新能源发出的电先驱动电动机旋转，电动机再带动发电机发电，最终向电网输送稳定可控的电能。”东方电机技术咨询委员会专家郑小康表示，这一方式相当于为电网提供了一个“缓冲”，能够有效平抑新能源出力波动带来的冲击，同时增强电网对频率和电压的调控能力，保障大电网安全稳定运行。

据了解，东方电机历时四年技术攻关，联合国网江苏电力开展多场景适应性仿真分析，制定M-G与电网控制保护的协同优化方案，建成全球首个兆瓦级M-G支撑风电并网示范工程。该工程验证了M-G技术在提升电网强度、增加系统惯量方面的实际效果，为新能源大规模集中并网开辟了国产化技术新路径。

未来，东方电气集团还将联合电网企业、发电集团、设计院及高校院所，持续推进M-G装备技术迭代，加快从示范验证向规模化应用过渡，为新型电力系统安全稳定运行提供装备支撑。

补充内容 (2026-8-12 14:28):
机械直连、电磁隔离

zengxiaodong

M-G（Motor-Generator，电动机-发电机）并网技术是一种由中国东方电气集团东方电机与国网江苏电力等单位联合全球首创的新能源并网稳定技术。该技术采用“机械直连、电磁隔离”结构，将电动机与发电机用同一根转轴刚性连接，在新能源和电网间提供物理隔离与转动惯量，解决新能源并网的稳定性难题。


技术核心与结构

• 物理隔离：通过机械直连和电磁隔离，阻断电网故障对新能源侧的直接冲击。
• 增加惯量：为缺乏物理惯量的新能源发电单元提供转动惯量，充当“缓冲”稳定器。
• 工作流程：由海上风电等新能源先驱动电动机转动，再由电动机带动同轴的发电机向大电网发电。
  

应用与进展

• 项目实测：世界首套兆瓦级 M-G 同步并网装备已在江苏盐城大丰海上风电试验基地稳定运行超过 2000 小时。
• 环境适应：成功经受住高温、高湿、盐雾等严苛复杂环境考验，各项性能指标良好，为高比例新能源电网安全稳定运行提供支撑。
  

将 M-G 并网技术（电动机-发电机组） 与 传统电力电子并网设备（主要指风光发电中常用的跟网型/构网型逆变器、变流器） 进行对比，两者的技术路径和优缺点有着本质的区别。
以下是两者的核心优缺点直观对比：

---

📊 优缺点直接对比

对比维度	M-G 并网技术（机械直连）	传统电力电子设备（逆变器/变流器）
核心优势	物理阻断故障、抗冲击极强、自带真实惯量。	效率极高、响应极快、控制灵活、体积小、无机械磨损。
主要劣势	机械损耗大（效率略低）、有磨损、体积重。	缺乏物理惯量、故障易连锁脱网、耐过载能力差。
抗瞬态冲击	极强（电磁与机械双重缓冲）。	较弱（易因瞬间过流或电压骤降保护跳闸）。
设备寿命	长（旋转电机技术极成熟，通常可达20年以上）。	中（电力电子元件易老化，需定期维护更换）。

---

💡 M-G 并网技术的优缺点

🟢 主要优点

🔴 主要缺点

• 存在能量二次转换损耗：电能 ➔ 机械能 ➔ 电能。这种两次转换导致整体系统效率低于纯电力电子设备（会有约 3%~5% 的额外功率损耗）。
• 机械磨损与维护成本：由于存在高速旋转的轴承、转子，需要定期进行润滑、冷动及机械结构维护。
• 占地与重量大：兆瓦级的 M-G 装备体型巨大、重量极重，在空间受限的场景（如海上风电塔筒内）布置难度高。
  

---

⚡ 传统电力电子设备的优缺点

🟢 主要优点

• 电能转换效率极高：现代逆变器的单级转换效率通常在 98.5% 以上，几乎没有机械摩擦损耗。
• 毫秒级响应速度：调节速度在微秒到毫秒级，远快于机械转子的物理响应，能够执行极其复杂的柔性控制算法。
• 体积小且部署灵活：模块化设计，可以轻松塞进风机机舱、光伏逆变器箱中，即插即用。
  

🔴 主要缺点

• 耐过载能力极差：半导体功率器件（如 IGBT）对过温、过流极度敏感，瞬间的电网冲击（如雷击或短路）很容易导致器件烧毁或迫使其触发保护性脱网。
• 缺乏真正的物理惯量：虽然目前有“构网型逆变器（Grid-Forming）”通过算法模拟同步机特性（虚拟惯量），但其本质仍是基于数学控制，在极弱电网或完全无惯量支撑的极端工况下，算法易失效失稳。
  

---

🛠️ 总结与适用场景

• 传统电力电子设备：是新能源大规模铺开的“主力军”，适合电网结构坚强、环境较好的常规风电场和光伏电站。
• M-G 并网技术：是高比例新能源电网的“特种兵”和“稳定器”。它更适合部署在极弱电网、远海风电基地、孤岛微电网等对电网支撑力要求极高、环境恶劣的极端场景中。
  

zengxiaodong

在电网面对极端“大冲击”（如电网近端严重短路故障、瞬时特大瞬态过电压、频率骤垮）时，构网型逆变器（算法模拟） 与 M-G技术（物理真实） 会展现出截然不同的实测表现。
这种差异的本质是 “受制于芯片和代码的数字模拟” 与 “受制于牛顿定律和铁芯惯性的物理定律” 之间的较量。

---

📊 暂态抗冲击实测对比

冲击测试维度	构网型逆变器（算法模拟）	M-G 并网技术（物理真实）
突发短路瞬时电流	严格限幅保护：通常只能输出1.5~3倍额定电流，超过即触发限幅或跳闸。	天然强力支撑：可瞬间输出5~8倍突发短路电流，用强电力硬抗故障。
瞬态冲击响应时间	微秒到毫秒级延迟：需经过采样、滤波、控制算法计算再到PWM触发。	绝对零延迟（0ms）：基于电磁感应的物理本能反应，无任何计算链路。
极端故障下波形	易发生暂态失稳：在极端冲击下控制环路（如功角环）可能饱和或发散，导致谐振。	平滑且坚韧：正弦波形由物理转子维持，具备极强的物理抗畸变能力。
硬件损坏风险	极高：半导体器件（IGBT）耐热、耐压裕度极低，容易因过流烧毁。	极低：旋转电机铁芯和绕组具备极高的热容量与机械耐受力。

---

⚔️ 深度实测场景还原

1. 电网发生“近端严重三相短路”冲击

• 💥 构网型逆变器的表现 —— “逼近极限、委曲求全”：
  当并网点发生短路，电网电压骤降至接近0。构网型逆变器作为“电压源”，本能地想输出巨大的电流来维持电压。但为了不烧毁脆弱的半导体芯片（IGBT），控制算法会强行开启“暂态过流限制”，将电流卡死在 2 倍额定电流以内。此时，逆变器会瞬间从“电压源”被迫劣化为“电流源”，失去对电网的控制与支撑能力，甚至由于算法环路饱和而产生高频谐振或失步脱网。
• 🏗️ M-G 并网技术的表现 —— “硬核对抗、压制故障”：
  在相同短路冲击下，M-G 系统的发电机直接根据物理电磁定律反应。其巨大的铁芯和铜线圈没有芯片烧毁的顾虑，瞬间自发涌出 5~7 倍的短路电流。这股强大的电流能够迅速激活大电网的继电保护装置切除故障，同时，由于电动机与发电机之间是“一根转轴刚性连接”的物理阻断，新能源侧（如海上风机）对这次严重的电网短路几乎“毫无察觉”，成功实现了完全的物理低电压穿越。
  

2. 突然断开大电源引起的“频率骤垮”冲击

• 🎛️ 构网型逆变器的表现 —— “感知 ➔ 计算 ➔ 响应”：
  当电网频率由于大电源脱网而像悬崖般跌落时，构网型逆变器的传感器开始捕捉波形变化。通过虚拟同步机（VSM）算法，软件计算出当前需要补偿的功率，并命令储能或直流侧释放能量。虽然这个过程已经极快（通常在十几到几十毫秒），但依然存在“测量和控制延迟”。在频率垮塌的最初几毫秒（最危险的瞬间），逆变器实际上无法提供有效支撑。
• 🎡 M-G 并网技术的表现 —— “身体本能、肉身破敌”：
  在频率下跌的零毫秒（0ms）瞬间，由于发电机转子本身具有巨大的真实质量（转动惯量），它的转速受到了牛顿第一定律的制约。转子会自发地、不经任何计算地将自身储存的机械动能转化为电能倒灌进大电网，死死拽住企图垮塌的电网频率。这种“物理惯性”是算法永远无法在瞬时速度上超越的。
  

3. 多台设备并联时的“弱电网群发振荡”冲击

• ❌ 构网型逆变器的隐患 —— “算法内耗、抢活打架”：
  在沙戈荒等极弱电网大基地，如果同时并联了数十台甚至上百台构网型逆变器，由于大家的算法参数、滤波器频段不可能完全一致，在受到电网扰动冲击时，多台逆变器极易出现“抢功率、环流、算法互锁”的现象。这种控制器的相互作用会引发严重的宽频振荡，导致整个场站大面积脱网。
• 🛡️ M-G 并网技术的优势 —— “天然同步、平抑振荡”：
  无论多少台 M-G 设备的同步发电机并网，它们在物理上都遵循同步电机的功角特性。受到冲击时，它们会通过旋转磁场天然地实现能量自平衡，不仅不会产生恶性高频振荡，反而能够像传统火电机组一样，作为“吸能海绵”吸收并消纳新能源电力电子设备产生的高频谐波与阻尼振荡。
  

---

🏁 实测差异总结
从抗冲击的实测结果来看：

• 构网型逆变器（数字模拟） 是一个“精密的智者”。它在日常扰动中调节非常灵活、效率极高，但在面对涉及系统生死存亡的特大黑天鹅冲击时，会受到自身半导体元器件物理极限的“紧箍咒”限制。
• M-G 技术（物理真实） 是一个“抗揍的铁汉”。尽管它平时有机械损耗、比较笨重，但到了电网波诡云谲、面临崩溃的极端突发瞬间，它展现出的高热容量、高耐过载和绝对零延迟的物理免疫力，是任何数字化算法都无法完美复刻的。
  

zengxiaodong

针对 M-G（电动机-发电机）系统由于“双级能量转换（电➔机➔电）”带来的固有机械损耗与效率低下问题，东方电气、国家电网等科研团队在研发过程中，并没有单纯走传统的“粗暴增加体积”老路，而是采用了先进材料、系统级拓扑优化以及数字化智能控制等多维度的技术手段，将传统电机的整体效率推向了极致。
技术团队主要通过以下四大核心策略，来尽量压降损耗并提升系统整体运行效率：

---

1. 结构与磁路优化：引入“永磁化”与“直驱化”
传统电机（如励磁同步电机）很大一部分损耗来自于励磁损耗（铜损），即需要额外消耗一部分电能来建立磁场。

• 高磁能积永磁材料：M-G 系统的电动机侧或发电机侧，大量采用了新一代稀土永磁技术（高剩磁、高矫顽力）。由于永磁体天然自带磁场，直接消除了激磁电流带来的铜损，使得电机本身的电离转换效率显著提升。
• 单轴刚性直驱：取消了传统的齿轮箱等中间机械传动机构。电动机与发电机“面对面”同轴刚性连接，将中间的机械传动效率提升至接近 100%，彻底避免了因齿轮摩擦、漏油等带来的传动能量骤降。
  

2. 轴承与摩擦优化：引入“悬浮”与“低阻”技术
机械损耗的大头在于轴承摩擦与高速旋转带来的风摩损耗（空气阻力）。

• 混合电磁磁悬浮轴承技术（部分前沿机组）：在兆瓦级设备中，研发团队逐步引入磁悬浮或混合轴承技术，利用磁力将沉重的转子微幅“悬浮”起来。这使得传统轴承的接触式摩擦变为了非接触式摩擦，让机械摩擦损耗直线下降。
• 流场与风道优化设计：利用仿真软件（CFD）对电机内部的旋转风阻进行精细化流场建模。通过对转子表面进行光滑特殊工艺处理，并优化内部散热风道，极大地降低了转子在每分钟上千转时产生的气体阻力损耗（风摩损耗）。
  

3. 运行模式优化：动态“柔性旁路”与“按需接入”
为了解决新能源（如风电）“风大时高效、风小时空转损耗大”的痛点，系统在架构上设计了智能柔性旁路切换机制：

• 轻载/轻度扰动场景（旁路直供）：当大电网极其坚强、新能源输出平稳且无恶劣天气冲击时，系统可通过高速固态开关（SSTS）将部分或全部电力通过传统电力电子旁路直接送入电网。此时，M-G 系统转为“热备用”空载状态（类似调相机），或者仅承担极小比例的功率通过，从而避免了全功率进行二次转换的巨大损耗。
• 重载/极端恶劣场景（全功率通过）：只有当监测到弱电网波动、海风突变或需要高过载抗冲击时，系统才会瞬间全功率切回 M-G 物理隔离链路。这种“平季走旁路节能，险季走物理抗揍”的动态控制，让场站的年平均综合能效表现远高于传统想象。
  

4. 材料级降损：极低损耗“硅钢片”与“利兹线”
在微观层面，系统对电磁材料进行了极限优化，以死磕发热损耗。

• 高磁感低铁损硅钢片：定子和转子铁芯采用了极薄、特殊工艺拉伸的高规格冷轧取向硅钢片。这种材料能极大削弱铁芯在高速交变磁场下产生的涡流损耗与磁滞损耗（统称铁损）。
• 特种绕组技术：电机线圈采用多股绝缘细导线绞合而成的“利兹线”或大截面铜排，并在排布上采用降低趋肤效应的特殊绕法，有效降低高频谐波条件下的交流电阻损耗（铜损）。
  

---

📊 优化后的实测能效表现
通过上述“组合拳”的压榨，现代 M-G 并网系统的效率表现已经脱离了传统老式机组的范畴：

• 单级电机效率：电动机与发电机的单体电磁转换效率均被推高至 97.5% ~ 98.5% 的工业极限水平。
• 全系统综合效率：在全功率物理隔离模式下，双级转换后的整机效率成功控制在 95% ~ 96.5% 左右。
• 虽然相比于传统逆变器 98.5% 的效率仍有 2%~3% 的差距，但对于动辄数兆瓦、数十兆瓦的海上风电大基地而言，用这 2% 左右的电能损耗，换取全场站“绝对不会因外部冲击而连锁停机、烧毁设备”的极高安全裕度，在经济账和安全账上是非常划算的。
  

zengxiaodong

在高比例新能源转型的大背景下，针对 M-G 技术以及其他能够提供“真实转动惯量”或主动支撑电网的设备，国家在政策和电价上已经彻底告别了传统的“直接发红包（财政补贴）”模式，转而全面推行 “市场化辅助服务补偿 + 容量电价 + 优先并网优价” 的组合拳。
国家能源局印发的新型电力系统建设“十五五”规划中已经明确：“加快提升辅助服务市场的适应性……探索转动惯量、爬坡服务，加快实现辅助服务市场与现货市场联合出清”。

---

1. 核心电价倾斜：建立“转动惯量”有偿辅助服务市场
过去电网的惯量是由火电、水电免费提供的。如今，多个区域电网已经率先**了“转动惯量补偿细则”，给惯量明码标价，谁提供、谁获利：

• 按惯量大小和时间算钱（J×Y 模式）：例如在华东、东北等区域的电力辅助服务管理实施细则中，明确规定对于“非发电所必需的旋转设备或可提供惯量响应的设备”给予有偿补偿。
• 实测红利：以某些先行区域为例，转动惯量补偿标准可达 2 元/kg·m²·月。M-G 系统因为自带巨大的物理铁芯和机械转子，其转动惯量（J 值）极大，在弱电网区域并网时，仅凭“挂在网上转动”就能按月稳定获取可观的“惯量服务费”。
• 联合出清收益：随着“十五五”规划落地，转动惯量服务正加速与电力现货市场联合出清，在电网波动的尖峰时刻，惯量价格会像“稀缺电价”一样飙升，为 M-G 运营方带来爆发性收益。
  

2. 机制保障：引入“容量电价”与可靠性补偿机制
M-G 系统在不传递大功率、仅作为电网稳定器（类似于调相机模式）空转时，会产生机械损耗。对此，国家通过容量机制给予低保支撑：

• 可靠容量补偿：国家发改委规定，持续完善调节性资源的容量电价机制，建立可靠容量补偿机制。M-G 技术作为能够提供极高短路容量和抗冲击能力的硬核安全装备，被认定为高价值的“调节性资源”。
• 成本疏导保障：国家发改委 114 号文件及最新政策确立了“电能量价格+辅助服务价格+容量电价”三位一体机制，明确 M-G 这类设备因提供辅助服务、维持电网稳定而产生的机械损耗与电量损失，允许通过用户侧用电量进行合理分摊和成本疏导。
  

3. 政策破局：“强约束标准”倒逼市场买单
除了给糖吃，政策还通过涉网安全强约束，逼着新能源场站和电网必须配置这类设备：

• 提高并网门槛：国家能源局在提升电力安全治理任务中明确提到，开展“新型并网主体涉网安全管理提升专项行动”，强制推动涉网设备耐频耐压、故障穿越能力与构网能力达标。
• “不达标就限电”的隐形补贴：在西北、远海等极弱电网大基地，如果新能源场站完全使用传统逆变器，由于缺乏惯量，电网为了安全会强制对其进行“限电/弃风弃光”。而配置了 M-G 系统或构网型设备的场站，因为能主动撑起电网，会获得“全额优先消纳”的特权。这种“多发电、不限电”带来的经济效益，远比直接的电价补贴更具吸引力。
  

4. 产业绿色金融与科研支持
由于 M-G 并网技术属于全球首创的颠覆性新能源并网装备：

• 首台（套）重大技术装备保险补偿：作为国家重点支持的尖端电力装备，该系统可享受国家“首台套”政策支持，由财政给予高额的投保保费补贴，大幅降低了电网和新能源业主在早期商业化应用时的试错风险。
• 绿色研发资金拨付：依托新型电力系统重大科技专项，此类“机械直连、电磁隔离”的重大创新项目可以申请到国家及地方（如江苏、四川）数千万元级的科技创新专项免还资金资助。
  

---

💰 算一笔经济账
在全新市场机制下，一个配备 M-G 系统的海上风电场，其收益模型已经变成了：

总收益=基础绿电销售收入平价+转动惯量辅助服务月度补偿+全额消纳不限电的增发红利+电网容量大机组综合补贴

政策的核心导向非常明确：国家不再为你的“发电量”单纯发补贴，而是为你在极端时刻拯救电网的“物理安全价值”重金买单。

zengxiaodong

最新发表的论文

zengxiaodong

多年前采购安川D1000时，曾经跟安川徐姓工程师讨论过M-G的逆变并网方案，还在该公司会议室的白板上画了原理图。

说实话，当时的讨论几乎是开玩笑的方式，根本没想到世界上居然真的会有人去采用这样的逆变并网方案，确实是“全球首创”！！！

zengxiaodong

机械直连、电磁隔离

不过，这种方案确实有其可取之处，最主要的目的是提供了真实的物理“惯量”，还可以实现频率转换、电压变换、容忍3相不平衡......

电网侧的同步发电机如果采用类似于ABB的超高压发电机，可以直接升压到70kV，这样连箱变也省略掉了，而且电励磁同步发电机可以进行励磁控制，大范围随意调节无功功率！

zengxiaodong

M-G并网逆变方式，有一个非常重要的优点，那就是彻底解决了电网污染的问题！

在光伏逆变器并网运行时，有时候会碰到极为头疼的污染（干扰）问题，因为某些设备对于逆变器的污染极其敏感，尤其是大楼的视频监控系统————只要逆变器一运行，屏幕立马花屏！

传统上，并网逆变器采用L滤波器或者LCL滤波器

用PSIM仿真L滤波器、LCL滤波器的模型，以及仿真结果如下：（上面曲线是并网点线电压、下面曲线是逆变器输出3相电流）



可以自行修改L和C的参数，反复进行仿真，查看仿真的结果。
















补充内容 (2026-8-18 17:17):
更正一下：

“下面曲线是逆变器输出3相电流”应改为“下面曲线是并网点的3相电流[/color]”

zengxiaodong

并网逆变产生干扰的几个要点：


1、无穷大电网无所谓谐波干扰，或者说无穷大电网没有谐波干扰问题。因为无穷大电网形成所谓的“刚性电压源”，其电压波形始终是完美的正弦波；

2、实际电网不可能有无穷大的短路容量，换句话说短路电流是有限的，这就是仿真模型中三相电压源输出侧的电感L和电阻R的作用，由于L和R的存在，才形成了谐波干扰问题；

3、逆变器输出的电流存在谐波，这个谐波电流在第2条提到的L和R上必然产生电压降，这就导致并网点的电压不再是完美正弦波，进而影响到其他用电设备；

4、在纯电感滤波时，先用小电感进行仿真，肉眼明显可见并网点的电压含有丰富的“毛刺”，这就是干扰的可视化；

5、把电感加大10倍再进行仿真，明显可见并网点的电压波形变得很光滑，也就是干扰极大降低了；

6、仍然保持小电感，但增加滤波电容器，仿真所得并网点的电压波形也很光滑......

zengxiaodong

不管用什么滤波器，逆变器输出端的电压都是PWM脉冲电压，而输出电流都是富含高次谐波的“正弦”电流。


逆变器输出侧的电流波形如下：

zengxiaodong

楼上的电流波形，实质上是正弦波叠加了高频的谐波，如果高频的谐波电流完全走电容器通道，那么注入到电网的电流波形就会很纯净了。

电容器上的电流波形如下：

zengxiaodong

考虑到电抗器相与相之间实际存在的互感后，系统的电流环增益要更高，但滤波效果更加好！

zengxiaodong

考虑相间互感后，滤波器前后电流波形，以及电容器电流波形

zengxiaodong

但是，如果计入同一相中两个电感之间的互感，则滤波效果极差！

zengxiaodong

电感矩阵



线圈反接时的仿真波形



线圈正接时的仿真波形

zengxiaodong

上面一个楼层的仿真，证明了“一体式”电感不可行！






实物照片如上，实际测试的结果也是滤波效果达不到要求（不过，实测波形要远远好于楼上的仿真波形）

zengxiaodong

构网型逆变器

zengxiaodong

zengxiaodong

上海交通大学2025年发布的分布式调相机研究报告算过一笔账：在新能源汇集站配置分布式调相机，动态无功1个周波内就能响应，短路比提升后振荡风险明显降低，惯量支撑则弥补了结构性短板。双轴励磁调相机还能提供2倍反向强励能力，抑制暂态过电压。

从工程实践来看，调相机的布点逻辑很清楚：哪里新能源汇集、哪里电网强度弱、哪里惯量低，就往哪里放。