中國電科院大電網仿真時間尺度細化至微秒級

　　當前正值迎峰度冬電力保供關鍵期。2023年12月15日，在位于中國電力科學研究院有限公司的國家電網仿真中心，大電網電磁暫態仿真科研團隊利用國家電網有限公司國產化大型電力系統電磁暫態仿真平臺，模擬某區域電網電壓臨界穩定運行場景，為大電網安全穩定控制提供技術支撐。

科研人員開展大規模新能源發電經特高壓直流送出系統運行特性仿真試驗研究。 中國電科院供圖

　　隨著多類型可再生能源的大規模、多電壓層級接入電網和設備的高度電力電子化，電網運行方式變得越來越復雜，系統的安全穩定面臨越來越多的挑戰。近年來，國家電網仿真中心結合大電網發展實際，持續開展電力仿真技術原創性研究，推動仿真研究成果實現工程應用，全力支撐新型電力系統建設。近日，國產化大型電力系統電磁暫態仿真技術及平臺入選國務院國資委評選的“2023年度央企十大國之重器”榜單。

　　結合電網發展實際　電力仿真技術與時俱進

　　2023年10月，中國電科院牽頭承擔的“新能源高占比大型交直流電力系統仿真技術及工程化應用”項目通過中國電機工程學會的鑒定。項目提出了大型電力系統微秒級電磁暫態高效仿真技術，攻克了復雜電力電子設備高精度聚合建模技術和大型交直流電網高精度數模混合仿真技術，研制了適應強不確定性和海量工況的高效精準仿真系統。經專家鑒定，項目整體技術達到國際領先水平。

　　電力系統可謂最復雜的人造動態系統，通過仿真計算，可以分析、掌握電網特性，為電力系統運行提供決策支持。“像機電-電磁混合仿真、電磁暫態仿真都是通過仿真手段來模擬電力系統運行特性，進而開展各種系統控制和故障模擬的試驗和研究。”國家電網仿真中心數字混合仿真研究室副主任穆清介紹。

　　中國電科院從20世紀70年代起自主研發仿真技術，建立電力系統各元件的數學模型，并根據物理系統的連接關系組成全系統數學模型，準確掌握電網動態特性，支撐電力系統安全穩定運行。

　　隨著經濟社會持續發展，用電需求越來越大，電力系統的規模和復雜程度也不斷增大。大規模直流輸電和新能源發電機組接入電網后，傳統的機電暫態仿真方法無法準確模擬這些含電力電子器件設備的響應和控制特性。

　　2015年，國家電網仿真中心成立。經過不斷的探索和論證，該中心科研團隊選定電磁暫態仿真技術方向開展攻關。兩年時間里，團隊先后攻克模型算法、數值穩定、計算技術及平臺架構等技術難點，將大電網仿真時間尺度細化至微秒級，實現含多回直流和高比例新能源的大規模電網電磁暫態仿真，為新能源高占比大型交直流電力系統的安全穩定運行提供了有力技術支撐。

　　建成規模仿真平臺　保障重點輸電工程安全穩定運行

　　“直流短路接地試驗開始，仿真啟動20秒后單極直流線路接地短路故障觸發。”2023年12月22日，在國家電網仿真中心電網安全全國重點實驗室內，科研團隊負責人下達操作指令，利用新能源高占比大型交直流電力系統仿真平臺開展±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。“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算，來全面測試系統安全穩定特性。”團隊成員卓谷穎說。

　　在落實國家重點研發計劃的過程中，國家電網仿真中心科研團隊研發構建了國產化大型電力系統電磁暫態仿真平臺，針對公司在建和擬建的重點輸電工程開展了大量詳細的仿真計算，完成控制策略驗證、輸電能力分析、振蕩抑制策略制訂等一系列技術攻關，為重點工程的安全穩定運行提供了可靠研究平臺。

　　2021年，科研團隊構建了26回國家電網在運直流工程的廠家電磁暫態模型，支撐國調、分部調度和省級調度開展直流工程控制參數校核、輸電能力分析等工作，并配合國網經濟技術研究院、直流控保廠家開展了控保邏輯隱患排查。2022年，團隊開展了張北柔直工程構網型開環控制策略、低頻阻尼附加控制等振蕩抑制策略的系統校核和交流保護校核，推動了振蕩抑制策略的現場實施;完成了千萬千瓦級清潔能源發電經特高壓柔直外送系統的建模及穿越故障仿真，支撐藏東南清潔能源外送技術方案研究。

　　目前，國產化大型電力系統電磁暫態仿真平臺已實現國家電網全部骨干網架的微秒級電磁暫態仿真，覆蓋了國家電網經營區26個省(自治區、直轄市)，輸電線路長度超過150萬千米，系統規模超過10萬個三相節點。

　　深化應用仿真平臺　加快構建仿真技術體系

　　“雙碳”目標下，新能源電源和直流輸電工程的數量迅速增長，我國能源電力形態正發生深刻變化，統籌構建精準高效的仿真平臺具有重要現實意義。

　　2023年11月召開的新形勢下全國電力系統安全穩定工作會議指出，要始終堅持統籌謀劃、底線思維，系統做好源網荷儲各環節和規劃、設計、建設、運行等各階段工作，守牢電力安全“生命線”。

　　面對新形勢新挑戰，國家電網仿真中心科研團隊提高模型的仿真精度和計算效率，推動國產化大型電力系統電磁暫態仿真平臺在工程實踐中應用，開展多時間尺度、多運行方式、多典型場景的生產運行模擬和仿真分析，應對“雙高”特性帶來的系統安全穩定運行風險。

　　2023年11月以來，科研團隊針對構網型儲能接入西藏電網的穩定特性開展了前期分析，出具了西藏電網枯大-儲能放電(晚高峰)和枯腰-光伏發電-儲能充電(白天)兩種運行方式下的構網型儲能設備出力策略;開展了中廣核阿里“零碳”光儲熱電示范項目試驗反演工作，復現了儲能電站發生的寬頻振蕩現象，為電網運行方式輔助決策提供了依據。同時，團隊根據葛南直流輸電工程改造情況，對比開展該工程接入強、弱系統下，分別采用不同換相技術模式時的受端交流短路故障仿真分析，助力消除工程運行隱患。

　　“我們還將全面評估和審核仿真平臺的結果，確保其準確性和可靠性，建立完善的仿真平臺評價體系，更加科學地拓展和應用仿真技術，為電力系統安全穩定運行提供更安全、更全面的技術支撐。”國家電網仿真中心副主任李亞樓說。（楊亞迪 王祥旭）