现代电力系统|电网仿真技术进入“微秒时代”

不久前，国家发展改革委发布通知，将依托中国电力科学研究院有限公司（下称“中国电科院”）建设运行的“新型电力系统仿真国家工程研究中心”纳入管理新序列，此举意味着我国在保障国家能源电力安全和新能源科学消纳能力建设上迈上了新台阶。
电力系统是最复杂的人造动态系统，与交通、水利、油气等系统相比，电能传输速度极快（光速传输），发电、输电、用电实时动态平衡，没有与停车场、水库、油罐等对应的存储环节。如何准确掌握电网动态特性，保持稳定运行，是重大难题。
“电网的运行是不能中断的，电网规划方案、设计建设方案、运行控制和安全防御策略都不可能在实际电网中进行破坏性试验验证，仿真分析是掌握电网特性的关键手段。 ”国家电力调度控制中心系统处处长贺静波介绍，只有通过仿真计算，才能分析、掌握电网特性，验证理论分析和安全防御策略的准确性，为电网提供定量决策支持。
近年来，随着直流输电和新能源的快速发展，我国电网已成为含大量电力电子设备、跨大区交直流混联的现代电力系统，其规模和复杂程度前所未有，系统特性发生深刻变化。英国、澳大利亚等电网发生的事故表明，电力电子设备与电力系统交互作用，容易引发连锁反应，造成大停电事故。
“面对电力电子设备在现代电力系统中广泛应用、电网电源结构发生深刻变化的新形势，支撑我国大电网安全运行的仿真分析也面临‘仿不了’‘仿不准’‘仿不快’等世界级难题，电网安全运行和清洁发展面临严峻挑战。 ”国家电网仿真中心数模混合仿真研究室主任朱艺颖坦言。
【现代电力系统|电网仿真技术进入“微秒时代”】此前，国内外均采用机电暂态仿真工具研究大电网安全稳定问题，支撑实际电网安全运行和协调控制。当大量直流和新能源融入电网后，人们开始认识到，旧有的仿真方法无法准确模拟这些含电力电子设备的响应和控制特性。对大电网安全稳定性和控制特性的准确仿真变成“仿不了”的世界难题。
朱艺颖表示，中国电科院通过多年技术攻关，研发的仿真平台能够将大电网仿真时间尺度由“毫秒级”细化至“微秒级” ，实现了对含多回直流和高比例新能源的大规模电网的电磁暂态仿真，并推广到工程化应用，仿真规模达到上万节点，可以覆盖任一区域电网，突破了电力系统特性认知的技术瓶颈，解决了现代大电网“仿不了”的世界难题。同时， “仿不快”“仿不准”的难题也一一得以解决。
电网规划涉及电网安全性和经济性的统筹：安全性高必然需要增加电网投资；经济性高则需要降低电网投资，但可能导致安全性下降。我国早在1981年颁布的强制性标准《电力系统安全稳定导则》中就提出了电网规划方案必须要通过仿真去校核这个原则。如今，依托仿真平台，可实现系统性地考虑高比例新能源接入下的电网安全性和经济性，使得提出的电网规划方案经过计算分析和论证，确保方案更加科学和具有较强的适用性。
朱艺颖透露，该技术成果在西电东送、特高压交直流输电工程建设运行、大规模新能源基地外送等重大项目中都发挥了关键作用，有效保障了新能源和直流快速发展下的电网安全高效运行。
数据显示，依托该技术，通过精准校核国家电网直流输电及新能源送出能力，新增经济效益超过120亿元；提高国家电网新能源送出与消纳能力，年增清洁能源消纳电量超过300亿千瓦时。贺静波表示，该技术将在新型电力系统科学规划、提升新能源接入电网占比、提高电网安全稳定性等方面继续发挥重大作用，为实现“双碳”战略目标作出贡献。采访人员王轶辰