電網(wǎng)仿真技術(shù)進入“微秒時代”
本報記者 王軼辰

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(xué)研究院有限公司（下稱“中國電科院”）建設(shè)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(xué)消納能力建設(shè)上邁上了新臺階。

電力系統(tǒng)是最復(fù)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(yīng)的存儲環(huán)節(jié)。如何準(zhǔn)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(shè)計建設(shè)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(guān)鍵手段。”國家電力調(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(zhǔn)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(shè)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(fù)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(shè)備與電力系統(tǒng)交互作用，容易引發(fā)連鎖反應(yīng)，造成大停電事故。

“面對電力電子設(shè)備在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)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(zhǔn)’‘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(yán)峻挑戰(zhàn)。”國家電網(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(dāng)大量直流和新能源融入電網(wǎng)后，人們開始認(rèn)識到，舊有的仿真方法無法準(zhǔn)確模擬這些含電力電子設(shè)備的響應(yīng)和控制特性。對大電網(wǎng)安全穩(wěn)定性和控制特性的準(zhǔn)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(shù)攻關(guān)，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(xì)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(yīng)用，仿真規(guī)模達(dá)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(rèn)知的技術(shù)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(zhǔn)”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(dǎo)致安全性下降。我國早在1981年頒布的強制性標(biāo)準(zhǔn)《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)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(xué)和具有較強的適用性。

朱藝穎透露，該技術(shù)成果在西電東送、特高壓交直流輸電工程建設(shè)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(guān)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(shù)，通過精準(zhǔn)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(shù)將在新型電力系統(tǒng)科學(xué)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(biāo)作出貢獻(xiàn)。

王軼辰

關(guān)鍵詞： 電網(wǎng)規(guī)劃 仿真方法 仿真分析 混合仿真