覆蓋省市縣三級(jí)的全電壓寬頻段數(shù)字實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)在浙江建成

　　隨著能源結(jié)構(gòu)加速轉(zhuǎn)型，新能源發(fā)電、直流輸電、微電網(wǎng)、虛擬電廠等技術(shù)加快發(fā)展。在建設(shè)新型電力系統(tǒng)的過程中，電網(wǎng)企業(yè)面臨大規(guī)模新能源電源接入、直流饋入落點(diǎn)增多、多品類能源集中交互耦合日益深化等新形勢(shì)新變化，需要尋求有效方法應(yīng)對(duì)電網(wǎng)寬頻振蕩、系統(tǒng)慣量不足等新挑戰(zhàn)，更有力地保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

電網(wǎng)規(guī)劃人員開展浙江省域新能源消納率仿真推演工作。周雪 攝

　　在新能源發(fā)電裝機(jī)占比日益升高的用電大省浙江，國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司建成覆蓋省市縣三級(jí)的全電壓寬頻段數(shù)字實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)，通過超高保真度仿真技術(shù)超前謀劃電網(wǎng)運(yùn)行策略、積極應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平。

　　能源轉(zhuǎn)型 仿真技術(shù)大有可為

　　數(shù)據(jù)顯示，浙江風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機(jī)已超5500萬千瓦，新能源成為省內(nèi)第一大電源。目前浙江在建和建成的特高壓直流輸電通道共4條，未來將規(guī)劃建設(shè)第5條。交直流混聯(lián)大電網(wǎng)建設(shè)和海量新能源電源接入增加了寬頻振蕩發(fā)生的可能性。而遍布城鄉(xiāng)和工業(yè)園區(qū)的新型負(fù)荷廣泛接入也讓電網(wǎng)運(yùn)行形態(tài)愈加復(fù)雜。

　　為了應(yīng)對(duì)一系列復(fù)雜變量帶來的挑戰(zhàn)，國(guó)網(wǎng)浙江電力基于國(guó)產(chǎn)化大型電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真平臺(tái)，聯(lián)合高校共同開發(fā)全電壓寬頻段數(shù)字實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)，打造全電磁實(shí)時(shí)仿真體系，動(dòng)態(tài)分析、高效認(rèn)知電網(wǎng)運(yùn)行特性，輔助精準(zhǔn)制訂控制策略，為新型電力系統(tǒng)建設(shè)提供浙江方案。

　　2月5日，浙江光伏發(fā)電最大出力達(dá)2534萬千瓦，占當(dāng)時(shí)全社會(huì)用電負(fù)荷的56.4%，光伏電量消納給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來挑戰(zhàn)。國(guó)網(wǎng)浙江電力開展電磁暫態(tài)仿真計(jì)算，提前發(fā)現(xiàn)潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，采取了相應(yīng)預(yù)防措施。“我們借助全電壓寬頻段數(shù)字實(shí)時(shí)仿真技術(shù)超短時(shí)間尺度、超高保真度的仿真能力，模擬從高壓到低壓、從直流到交流的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而優(yōu)化電網(wǎng)規(guī)劃，提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平。”浙江電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院四級(jí)專家但揚(yáng)清博士介紹。

　　據(jù)了解，全電壓寬頻段數(shù)字實(shí)時(shí)仿真技術(shù)借助高性能計(jì)算資源和先進(jìn)仿真算法，對(duì)電網(wǎng)中的各種元件和控制系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)建模，能夠模擬電網(wǎng)在不同工況下的運(yùn)行情況，涵蓋正常運(yùn)行、故障狀態(tài)等。這項(xiàng)技術(shù)可用于新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性、電能質(zhì)量分析和主動(dòng)支撐、構(gòu)網(wǎng)型新技術(shù)研究等，為電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、故障分析和穩(wěn)定運(yùn)行提供強(qiáng)大工具支撐。

　　三級(jí)一體 打造全域仿真生態(tài)圈

　　2023年12月，國(guó)網(wǎng)浙江電力建成全國(guó)首個(gè)省域電磁暫態(tài)仿真實(shí)驗(yàn)室，將電力系統(tǒng)仿真分析提升至微秒級(jí)超精細(xì)水平，并建成全國(guó)首個(gè)省市縣一體化全電壓寬頻段數(shù)字實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)，打造三級(jí)穿透的全域仿真生態(tài)圈，開展浙江全域全電壓寬頻帶電磁暫態(tài)仿真計(jì)算，研究新型電力系統(tǒng)安全與保供領(lǐng)域熱點(diǎn)問題。該平臺(tái)構(gòu)建了從特高壓到低壓配網(wǎng)、從交流到直流的全息數(shù)字孿生電網(wǎng)，能在虛擬世界預(yù)演千萬種電網(wǎng)運(yùn)行可能場(chǎng)景。

　　“這就像給電網(wǎng)裝上CT機(jī)，不僅能透視每個(gè)‘細(xì)胞’的運(yùn)行狀態(tài)，還能預(yù)測(cè)未來健康風(fēng)險(xiǎn)。”但揚(yáng)清說。全電壓寬頻段數(shù)字實(shí)時(shí)仿真技術(shù)采用多層級(jí)解耦與分布式并行計(jì)算，可精準(zhǔn)捕捉電力電子器件微秒級(jí)動(dòng)作特性。

　　“省-市-縣”三級(jí)穿透式仿真體系讓仿真技術(shù)應(yīng)用從主網(wǎng)延伸到配電網(wǎng)。在省級(jí)層面，國(guó)網(wǎng)浙江電力建立220千伏及以上電網(wǎng)全電磁暫態(tài)模型，開展新增饋入直流安全穩(wěn)定校核、220千伏新能源接入寬頻帶風(fēng)險(xiǎn)分析和電能質(zhì)量治理研究，以及重大工程規(guī)劃，輔助海上風(fēng)電等項(xiàng)目接入系統(tǒng)方案決策，為每條特高壓通道、每座新能源場(chǎng)站定制安全校核方案。在舟山薄刀咀12萬千瓦光伏發(fā)電接入方案驗(yàn)證中，全電壓寬頻段數(shù)字實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)成功預(yù)警新能源電力經(jīng)柔性直流孤島送出時(shí)潛在的功率振蕩風(fēng)險(xiǎn)，輔助沈家灣—蓬萊第二回交流線路規(guī)劃方案制訂，有效避免了潛在風(fēng)險(xiǎn)。

　　在地市層面，國(guó)網(wǎng)浙江電力通過全電壓寬頻段數(shù)字實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)構(gòu)建110千伏及以下配電網(wǎng)全電磁實(shí)時(shí)仿真場(chǎng)景，開展大規(guī)模新能源電源接入下配電網(wǎng)電壓、電能質(zhì)量、線損等多維度影響分析。在衢州，仿真平臺(tái)實(shí)時(shí)模擬光伏發(fā)電、儲(chǔ)能、用電負(fù)荷動(dòng)態(tài)，精準(zhǔn)調(diào)動(dòng)各類資源，助力山區(qū)分布式光伏電量高效消納。

　　縣域應(yīng)用更顯技術(shù)“繡花功夫”。在寧波前灣新區(qū)數(shù)字經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園內(nèi)，仿真平臺(tái)為精密制造企業(yè)量身定制“6200千瓦光伏+1260千瓦儲(chǔ)能”能源方案，不僅提高了能源利用效率，還增強(qiáng)了園區(qū)應(yīng)對(duì)設(shè)備故障等突發(fā)狀況的能力。

　　三級(jí)穿透式仿真體系通過多場(chǎng)景、高精度的運(yùn)算模擬，為新型電力系統(tǒng)建設(shè)中可能遇到的問題開出“治未病”良方，提升規(guī)劃科學(xué)性和系統(tǒng)安全水平。

　　引入人工智能算法 仿真分析更精準(zhǔn)

　　隨著電力系統(tǒng)復(fù)雜性持續(xù)增加以及人工智能(AI)技術(shù)的日益成熟，將電網(wǎng)仿真、新能源發(fā)電預(yù)測(cè)技術(shù)等與AI技術(shù)相結(jié)合，成為一大趨勢(shì)。

　　國(guó)網(wǎng)浙江電力正加快電磁暫態(tài)仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，為高精度、大規(guī)模仿真尋求強(qiáng)大的計(jì)算能力和先進(jìn)的算法支持，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，建立完善的人才培養(yǎng)體系，提高從業(yè)人員的專業(yè)技能。

　　基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的仿真優(yōu)化系統(tǒng)，能自動(dòng)生成數(shù)千種故障場(chǎng)景并推薦最優(yōu)處置策略。通過引入AI算法，仿真平臺(tái)有望自動(dòng)識(shí)別電網(wǎng)中的異常行為，預(yù)測(cè)潛在故障，并提供優(yōu)化控制策略。機(jī)器學(xué)習(xí)可通過歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練，考慮更多實(shí)時(shí)變量因素，更準(zhǔn)確預(yù)測(cè)新能源發(fā)電功率，更精準(zhǔn)辨識(shí)高穩(wěn)定性的系統(tǒng)運(yùn)行方式。

　　未來，電網(wǎng)仿真與上游的AI算法服務(wù)業(yè)及下游的智能設(shè)備制造業(yè)將雙向融合，在多個(gè)層面推動(dòng)電力裝備產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展，助力培育全供應(yīng)鏈新質(zhì)生產(chǎn)力。

　　在浙江，從特高壓大電網(wǎng)到工業(yè)園區(qū)微電網(wǎng)，仿真技術(shù)正重塑電網(wǎng)規(guī)劃方式，讓“沙戈荒”的光伏發(fā)電、海上風(fēng)電、山區(qū)水電無縫融入配電網(wǎng)，助力構(gòu)建新型能源體系。(張正華 王晨軒 許恩超)