電網(wǎng)仿真技術進入“微秒時代”

不久前，國家發(fā)展改革委發(fā)布通知，將依托中國電力科學研究院有限公司（下稱“中國電科院”）建設運行的“新型電力系統(tǒng)仿真國家工程研究中心”納入管理新序列，此舉意味著我國在保障國家能源電力安全和新能源科學消納能力建設上邁上了新臺階。

電力系統(tǒng)是復雜的人造動態(tài)系統(tǒng)，與交通、水利、油氣等系統(tǒng)相比，電能傳輸速度極快（光速傳輸），發(fā)電、輸電、用電實時動態(tài)平衡，沒有與停車場、水庫、油罐等對應的存儲環(huán)節(jié)。如何準確掌握電網(wǎng)動態(tài)特性，保持穩(wěn)定運行，是重大難題。

“電網(wǎng)的運行是不能中斷的，電網(wǎng)規(guī)劃方案、設計建設方案、運行控制和安全防御策略都不可能在實際電網(wǎng)中進行破壞性試驗驗證，仿真分析是掌握電網(wǎng)特性的關鍵手段?！眹译娏φ{(diào)度控制中心系統(tǒng)處處長賀靜波介紹，只有通過仿真計算，才能分析、掌握電網(wǎng)特性，驗證理論分析和安全防御策略的準確性，為電網(wǎng)提供定量決策支持。

近年來，隨著直流輸電和新能源的快速發(fā)展，我國電網(wǎng)已成為含大量電力電子設備、跨大區(qū)交直流混聯(lián)的現(xiàn)代電力系統(tǒng)，其規(guī)模和復雜程度前所未有，系統(tǒng)特性發(fā)生深刻變化。英國、澳大利亞等電網(wǎng)發(fā)生的事故表明，電力電子設備與電力系統(tǒng)交互作用，容易引發(fā)連鎖反應，造成大停電事故。

“面對電力電子設備在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中廣泛應用、電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)發(fā)生深刻變化的新形勢，支撐我國大電網(wǎng)安全運行的仿真分析也面臨‘仿不了’‘仿不準’‘仿不快’等世界級難題，電網(wǎng)安全運行和清潔發(fā)展面臨嚴峻挑戰(zhàn)?！眹译娋W(wǎng)仿真中心數(shù)模混合仿真研究室主任朱藝穎坦言。

此前，國內(nèi)外均采用機電暫態(tài)仿真工具研究大電網(wǎng)安全穩(wěn)定問題，支撐實際電網(wǎng)安全運行和協(xié)調(diào)控制。當大量直流和新能源融入電網(wǎng)后，人們開始認識到，舊有的仿真方法無法準確模擬這些含電力電子設備的響應和控制特性。對大電網(wǎng)安全穩(wěn)定性和控制特性的準確仿真變成“仿不了”的世界難題。

朱藝穎表示，中國電科院通過多年技術攻關，研發(fā)的仿真平臺能夠?qū)⒋箅娋W(wǎng)仿真時間尺度由“毫秒級”細化至“微秒級”，實現(xiàn)了對含多回直流和高比例新能源的大規(guī)模電網(wǎng)的電磁暫態(tài)仿真，并推廣到工程化應用，仿真規(guī)模達到上萬節(jié)點，可以覆蓋任一區(qū)域電網(wǎng)，突破了電力系統(tǒng)特性認知的技術瓶頸，解決了現(xiàn)代大電網(wǎng)“仿不了”的世界難題。同時，“仿不快”“仿不準”的難題也一一得以解決。

電網(wǎng)規(guī)劃涉及電網(wǎng)安全性和經(jīng)濟性的統(tǒng)籌：安全性高必然需要增加電網(wǎng)投資；經(jīng)濟性高則需要降低電網(wǎng)投資，但可能導致安全性下降。我國早在1981年頒布的強制性標準《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》中就提出了電網(wǎng)規(guī)劃方案必須要通過仿真去校核這個原則。如今，依托仿真平臺，可實現(xiàn)系統(tǒng)性地考慮高比例新能源接入下的電網(wǎng)安全性和經(jīng)濟性，使得提出的電網(wǎng)規(guī)劃方案經(jīng)過計算分析和論證，確保方案更加科學和具有較強的適用性。

朱藝穎透露，該技術成果在西電東送、特高壓交直流輸電工程建設運行、大規(guī)模新能源基地外送等重大項目中都發(fā)揮了關鍵作用，有效保障了新能源和直流快速發(fā)展下的電網(wǎng)安全高效運行。

數(shù)據(jù)顯示，依托該技術，通過精準校核國家電網(wǎng)直流輸電及新能源送出能力，新增經(jīng)濟效益超過120億元；提高國家電網(wǎng)新能源送出與消納能力，年增清潔能源消納電量超過300億千瓦時。賀靜波表示，該技術將在新型電力系統(tǒng)科學規(guī)劃、提升新能源接入電網(wǎng)占比、提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定性等方面繼續(xù)發(fā)揮重大作用，為實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標作出貢獻。

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