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(wǎng)仿真中心，大電網(wǎng)電磁暫態(tài)仿真科研團隊利用國家電網(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)定運行場景，為大電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制提供技術支撐。

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(guī)模、多電壓層級接入電網(wǎng)和設備的高度電力電子化，電網(wǎng)運行方式變得越來越復雜，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)展實際，持續(xù)開展電力仿真技術原創(chuàng)性研究，推動仿真研究成果實現(xiàn)工程應用，全力支撐新型電力系統(tǒng)建設。近日，國產(chǎn)化大型電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)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(jié)合電網(wǎng)發(fā)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(tǒng)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(tǒng)微秒級電磁暫態(tài)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(wǎng)高精度數(shù)?；旌戏抡婕夹g，研制了適應強不確定性和海量工況的高效精準仿真系統(tǒng)。經(jīng)專家鑒定，項目整體技術達到國際領先水平。

　　電力系統(tǒng)可謂最復雜的人造動態(tài)系統(tǒng)，通過仿真計算，可以分析、掌握電網(wǎng)特性，為電力系統(tǒng)運行提供決策支持。“像機電-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)運行特性，進而開展各種系統(tǒng)控制和故障模擬的試驗和研究。”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70年代起自主研發(fā)仿真技術，建立電力系統(tǒng)各元件的數(shù)學模型，并根據(jù)物理系統(tǒng)的連接關系組成全系統(tǒng)數(shù)學模型，準確掌握電網(wǎng)動態(tài)特性，支撐電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

　　隨著經(jīng)濟社會持續(xù)發(fā)展，用電需求越來越大，電力系統(tǒng)的規(guī)模和復雜程度也不斷增大。大規(guī)模直流輸電和新能源發(fā)電機組接入電網(wǎng)后，傳統(tǒng)的機電暫態(tài)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(wǎng)仿真中心成立。經(jīng)過不斷的探索和論證，該中心科研團隊選定電磁暫態(tài)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(shù)值穩(wěn)定、計算技術及平臺架構等技術難點，將大電網(wǎng)仿真時間尺度細化至微秒級，實現(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)定運行提供了有力技術支撐。

　　建成規(guī)模仿真平臺　保障重點輸電工程安全穩(wěn)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(fā)。”2023年12月22日，在國家電網(wǎng)仿真中心電網(wǎng)安全全國重點實驗室內(nèi)，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(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。“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(tǒng)安全穩(wěn)定特性。”團隊成員卓谷穎說。

　　在落實國家重點研發(fā)計劃的過程中，國家電網(wǎng)仿真中心科研團隊研發(fā)構建了國產(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(wěn)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(wǎng)在運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(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)校核和交流保護校核，推動了振蕩抑制策略的現(xiàn)場實施;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。

　　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(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)籌構建精準高效的仿真平臺具有重要現(xiàn)實意義。

　　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(zhàn)，國家電網(wǎng)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(chǎn)化大型電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)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(chǎn)運行模擬和仿真分析，應對“雙高”特性帶來的系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行風險。

　　2023年11月以來，科研團隊針對構網(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)兩種運行方式下的構網(wǎng)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(xiàn)了儲能電站發(fā)生的寬頻振蕩現(xiàn)象，為電網(wǎng)運行方式輔助決策提供了依據(jù)。同時，團隊根據(jù)葛南直流輸電工程改造情況，對比開展該工程接入強、弱系統(tǒng)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(jié)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(tǒng)安全穩(wěn)定運行提供更安全、更全面的技術支撐。”國家電網(wǎng)仿真中心副主任李亞樓說。（楊亞迪 王祥旭）