中國電科院大電網(wǎng)仿真時間尺度細(xì)化至微秒級

　　當(dāng)前正值迎峰度冬電力保供關(guān)鍵期。2023年12月15日，在位于中國電力科學(xué)研究院有限公司的國家電網(wǎng)仿真中心，大電網(wǎng)電磁暫態(tài)仿真科研團(tuán)隊(duì)利用國家電網(wǎng)有限公司國產(chǎn)化大型電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真平臺，模擬某區(qū)域電網(wǎng)電壓臨界穩(wěn)定運(yùn)行場景，為大電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制提供技術(shù)支撐。

科研人員開展大規(guī)模新能源發(fā)電經(jīng)特高壓直流送出系統(tǒng)運(yùn)行特性仿真試驗(yàn)研究。 中國電科院供圖

　　隨著多類型可再生能源的大規(guī)模、多電壓層級接入電網(wǎng)和設(shè)備的高度電力電子化，電網(wǎng)運(yùn)行方式變得越來越復(fù)雜，系統(tǒng)的安全穩(wěn)定面臨越來越多的挑戰(zhàn)。近年來，國家電網(wǎng)仿真中心結(jié)合大電網(wǎng)發(fā)展實(shí)際，持續(xù)開展電力仿真技術(shù)原創(chuàng)性研究，推動仿真研究成果實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用，全力支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)。近日，國產(chǎn)化大型電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真技術(shù)及平臺入選國務(wù)院國資委評選的“2023年度央企十大國之重器”榜單。

　　結(jié)合電網(wǎng)發(fā)展實(shí)際　電力仿真技術(shù)與時俱進(jìn)

　　2023年10月，中國電科院牽頭承擔(dān)的“新能源高占比大型交直流電力系統(tǒng)仿真技術(shù)及工程化應(yīng)用”項(xiàng)目通過中國電機(jī)工程學(xué)會的鑒定。項(xiàng)目提出了大型電力系統(tǒng)微秒級電磁暫態(tài)高效仿真技術(shù)，攻克了復(fù)雜電力電子設(shè)備高精度聚合建模技術(shù)和大型交直流電網(wǎng)高精度數(shù)模混合仿真技術(shù)，研制了適應(yīng)強(qiáng)不確定性和海量工況的高效精準(zhǔn)仿真系統(tǒng)。經(jīng)專家鑒定，項(xiàng)目整體技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

　　電力系統(tǒng)可謂最復(fù)雜的人造動態(tài)系統(tǒng)，通過仿真計(jì)算，可以分析、掌握電網(wǎng)特性，為電力系統(tǒng)運(yùn)行提供決策支持。“像機(jī)電-電磁混合仿真、電磁暫態(tài)仿真都是通過仿真手段來模擬電力系統(tǒng)運(yùn)行特性，進(jìn)而開展各種系統(tǒng)控制和故障模擬的試驗(yàn)和研究。”國家電網(wǎng)仿真中心數(shù)字混合仿真研究室副主任穆清介紹。

　　中國電科院從20世紀(jì)70年代起自主研發(fā)仿真技術(shù)，建立電力系統(tǒng)各元件的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)物理系統(tǒng)的連接關(guān)系組成全系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，準(zhǔn)確掌握電網(wǎng)動態(tài)特性，支撐電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

　　隨著經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)發(fā)展，用電需求越來越大，電力系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜程度也不斷增大。大規(guī)模直流輸電和新能源發(fā)電機(jī)組接入電網(wǎng)后，傳統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)仿真方法無法準(zhǔn)確模擬這些含電力電子器件設(shè)備的響應(yīng)和控制特性。

　　2015年，國家電網(wǎng)仿真中心成立。經(jīng)過不斷的探索和論證，該中心科研團(tuán)隊(duì)選定電磁暫態(tài)仿真技術(shù)方向開展攻關(guān)。兩年時間里，團(tuán)隊(duì)先后攻克模型算法、數(shù)值穩(wěn)定、計(jì)算技術(shù)及平臺架構(gòu)等技術(shù)難點(diǎn)，將大電網(wǎng)仿真時間尺度細(xì)化至微秒級，實(shí)現(xiàn)含多回直流和高比例新能源的大規(guī)模電網(wǎng)電磁暫態(tài)仿真，為新能源高占比大型交直流電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力技術(shù)支撐。

　　建成規(guī)模仿真平臺　保障重點(diǎn)輸電工程安全穩(wěn)定運(yùn)行

　　“直流短路接地試驗(yàn)開始，仿真啟動20秒后單極直流線路接地短路故障觸發(fā)。”2023年12月22日，在國家電網(wǎng)仿真中心電網(wǎng)安全全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，科研團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人下達(dá)操作指令，利用新能源高占比大型交直流電力系統(tǒng)仿真平臺開展±800千伏白鶴灘—江蘇特高壓直流輸電線路工程輸電能力分析試驗(yàn)。“從2022年3月至今，我們針對該工程開展了上萬次交直流故障的混合仿真計(jì)算，來全面測試系統(tǒng)安全穩(wěn)定特性。”團(tuán)隊(duì)成員卓谷穎說。

　　在落實(shí)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的過程中，國家電網(wǎng)仿真中心科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)構(gòu)建了國產(chǎn)化大型電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真平臺，針對公司在建和擬建的重點(diǎn)輸電工程開展了大量詳細(xì)的仿真計(jì)算，完成控制策略驗(yàn)證、輸電能力分析、振蕩抑制策略制訂等一系列技術(shù)攻關(guān)，為重點(diǎn)工程的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠研究平臺。

　　2021年，科研團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了26回國家電網(wǎng)在運(yùn)直流工程的廠家電磁暫態(tài)模型，支撐國調(diào)、分部調(diào)度和省級調(diào)度開展直流工程控制參數(shù)校核、輸電能力分析等工作，并配合國網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院、直流控保廠家開展了控保邏輯隱患排查。2022年，團(tuán)隊(duì)開展了張北柔直工程構(gòu)網(wǎng)型開環(huán)控制策略、低頻阻尼附加控制等振蕩抑制策略的系統(tǒng)校核和交流保護(hù)校核，推動了振蕩抑制策略的現(xiàn)場實(shí)施;完成了千萬千瓦級清潔能源發(fā)電經(jīng)特高壓柔直外送系統(tǒng)的建模及穿越故障仿真，支撐藏東南清潔能源外送技術(shù)方案研究。

　　目前，國產(chǎn)化大型電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真平臺已實(shí)現(xiàn)國家電網(wǎng)全部骨干網(wǎng)架的微秒級電磁暫態(tài)仿真，覆蓋了國家電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)26個省(自治區(qū)、直轄市)，輸電線路長度超過150萬千米，系統(tǒng)規(guī)模超過10萬個三相節(jié)點(diǎn)。

　　深化應(yīng)用仿真平臺　加快構(gòu)建仿真技術(shù)體系

　　“雙碳”目標(biāo)下，新能源電源和直流輸電工程的數(shù)量迅速增長，我國能源電力形態(tài)正發(fā)生深刻變化，統(tǒng)籌構(gòu)建精準(zhǔn)高效的仿真平臺具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

　　2023年11月召開的新形勢下全國電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定工作會議指出，要始終堅(jiān)持統(tǒng)籌謀劃、底線思維，系統(tǒng)做好源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)和規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行等各階段工作，守牢電力安全“生命線”。

　　面對新形勢新挑戰(zhàn)，國家電網(wǎng)仿真中心科研團(tuán)隊(duì)提高模型的仿真精度和計(jì)算效率，推動國產(chǎn)化大型電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真平臺在工程實(shí)踐中應(yīng)用，開展多時間尺度、多運(yùn)行方式、多典型場景的生產(chǎn)運(yùn)行模擬和仿真分析，應(yīng)對“雙高”特性帶來的系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

　　2023年11月以來，科研團(tuán)隊(duì)針對構(gòu)網(wǎng)型儲能接入西藏電網(wǎng)的穩(wěn)定特性開展了前期分析，出具了西藏電網(wǎng)枯大-儲能放電(晚高峰)和枯腰-光伏發(fā)電-儲能充電(白天)兩種運(yùn)行方式下的構(gòu)網(wǎng)型儲能設(shè)備出力策略;開展了中廣核阿里“零碳”光儲熱電示范項(xiàng)目試驗(yàn)反演工作，復(fù)現(xiàn)了儲能電站發(fā)生的寬頻振蕩現(xiàn)象，為電網(wǎng)運(yùn)行方式輔助決策提供了依據(jù)。同時，團(tuán)隊(duì)根據(jù)葛南直流輸電工程改造情況，對比開展該工程接入強(qiáng)、弱系統(tǒng)下，分別采用不同換相技術(shù)模式時的受端交流短路故障仿真分析，助力消除工程運(yùn)行隱患。

　　“我們還將全面評估和審核仿真平臺的結(jié)果，確保其準(zhǔn)確性和可靠性，建立完善的仿真平臺評價(jià)體系，更加科學(xué)地拓展和應(yīng)用仿真技術(shù)，為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供更安全、更全面的技術(shù)支撐。”國家電網(wǎng)仿真中心副主任李亞樓說。（楊亞迪 王祥旭）