中國電力科學研究院全電磁暫態(tài)仿真為電網運行控制特性認知提供堅強技術支撐

　　伴隨著大電網仿真技術的進步，全電磁暫態(tài)仿真具備精確模擬大量新能源電源接入電力系統(tǒng)帶來的動態(tài)特性的優(yōu)點，為大規(guī)模新能源電源接入后的電網運行控制特性認知提供堅強技術支撐。

　　6月30日，針對新能源高出力的電網運行方式，中國電力科學研究院有限公司國家電網仿真中心電力系統(tǒng)全數(shù)字實時仿真裝置(ADPSS)仿真團隊開展了高比例新能源電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析試驗。仿真團隊開展了全網不同運行方式下的故障掃描，并根據掃描結果找到影響新能源電量消納的主要因素。

6月30日，仿真團隊成員利用ADPSS電磁仿真平臺開展高比例新能源電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析試驗。中國電科院供圖

　　近年來，新能源發(fā)電裝機規(guī)模不斷增加，高比例新能源電力系統(tǒng)的精細化仿真需求凸顯。仿真團隊圍繞大電網仿真技術開展攻關，逐步推動全電磁暫態(tài)仿真技術在新能源發(fā)電建模、直流工程輸電能力校核、區(qū)域電網安全穩(wěn)定特性分析等業(yè)務環(huán)節(jié)的應用。

　　開展新能源設備精細化建模

　　6月8日，仿真團隊在國家電網仿真中心開展金風直驅風機封裝模型自動化測試評估，檢驗風機模型涉網性能。通過審核后，該風機模型將存入新能源封裝模型庫，供各級電力調控中心開展仿真分析。

　　實現(xiàn)新能源設備精細化建模是開展新能源仿真分析的基礎。新能源發(fā)電的控制方式和控制策略十分復雜且具有多樣性，仿真團隊通過封裝建模來精確模擬新能源的控制特性，進而開展新能源的仿真分析。

　　“封裝建模是把新能源設備的實際控制邏輯封裝成可供仿真軟件直接調用的函數(shù)庫，能貼合新能源控制器真實特性，準確反映新能源發(fā)電機組涉網性能。”仿真團隊負責人穆清介紹。

　　2020年以來，仿真團隊調研各個平臺的模型接入規(guī)則，提出了新能源設備封裝建模的統(tǒng)一接口方法，并針對統(tǒng)一接口函數(shù)庫接入不同平臺開展技術攻關，打通了統(tǒng)一接口函數(shù)庫與主流仿真平臺銜接的最后一道關卡。

　　基于統(tǒng)一接口方法，新能源廠家僅需完成單次建模便可實現(xiàn)多仿真平臺復用，減少了建模工作量，提高了使用便捷性。仿真分析人員根據待研究電網的實際情況從新能源設備封裝模型庫中取用相應的模型，使用仿真團隊研發(fā)的工具能快速適配和接入國內外多種主流仿真平臺。

　　自2021年開始，仿真團隊基于新能源設備封裝建模的統(tǒng)一接口方法，組織開展了錫盟地區(qū)、青海—河南特高壓直流工程近區(qū)新能源大基地封裝建模工作，積累了包含風機、光伏發(fā)電設備、靜止無功發(fā)生器(SVG)在內的數(shù)十個主流逆變器廠家的近200個封裝模型，構建起較完備的新能源設備封裝模型庫。

　　評估高比例新能源外送能力

　　“直流校核試驗開始，20秒單極直流線路永久接地短路故障觸發(fā)。”“直流斷路器重合失敗1秒后，閉鎖直流單極。送受端交流系統(tǒng)暫態(tài)波動約2秒后恢復穩(wěn)定。”6月13日，在國家電網仿真中心超算實驗室內，工作人員彭麗通報了全電磁仿真結果。“這樣的直流校核試驗我們要做上萬次，來全面測試系統(tǒng)安全穩(wěn)定特性。”她說。

　　直流外送輸電工程是高比例新能源集聚地區(qū)電能送出的重要手段，校核其輸電能力對提升新能源發(fā)電外送規(guī)模、保障大電網安全穩(wěn)定運行至關重要。開展輸送功率仿真校核分析，有助于發(fā)現(xiàn)直流輸電能力制約因素。2021年起，仿真團隊基于ADPSS仿真裝置開展直流穩(wěn)定特性分析及運行方式校核，提出了提升輸送功率的措施。

　　“我們在仿真校核過程中，統(tǒng)籌考慮調控資源，綜合使用優(yōu)化電網運行方式、優(yōu)化新能源運行控制方法、優(yōu)化穩(wěn)控系統(tǒng)策略等一系列措施，全面提升外送輸電工程的輸送功率。”仿真團隊業(yè)務工程師卓谷穎介紹。

　　張北柔性直流電網試驗示范工程是集合大規(guī)?？稍偕茉从押媒尤?、多種形態(tài)能源互補和靈活消納、直流電網構建等技術的重大科技試驗示范項目。2022年，中國電科院與國網華北分部合作，攻關“大規(guī)模新能源+四端柔直電網+受端交流電網”電磁建模仿真難題，完成了張北柔性直流輸電工程電磁建模，并開展工程并網特性、運行方式安排、控制保護策略、故障應對措施等全方位的仿真分析和試驗驗證，釋放張北柔性直流輸電工程送電潛能。

　　截至目前，仿真團隊利用ADPSS仿真裝置，先后仿真校核了青海—河南直流、錫泰直流、張北柔性直流輸電工程的輸電能力，保障了青海、錫盟、張北等地區(qū)高比例新能源電量的安全可靠外送。

　　構建電磁暫態(tài)云仿真平臺

　　在能源電力行業(yè)打造高比例新能源電磁暫態(tài)云仿真平臺，面向各類參與主體提供云端電磁暫態(tài)仿真技術服務，幫助各方提升對高比例新能源電力系統(tǒng)的認知及分析水平，對于促進新能源發(fā)展與新能源電量消納具有重要現(xiàn)實意義。

　　為滿足各類電力客戶的需求，仿真團隊研發(fā)構建了支持高比例新能源電力系統(tǒng)仿真的電磁暫態(tài)云仿真平臺，開展快速暫態(tài)建模、復雜系統(tǒng)平衡啟動、自動解耦分網、大規(guī)模并行計算和智能結果分析等多項關鍵技術攻關，實現(xiàn)算例快速構建，提升仿真精度和仿真效率，為高比例新能源電力系統(tǒng)仿真分析提供了可靠技術手段。

　　6月16日，山東電力科學研究院仿真團隊將準備好的山東電網算例遠程上傳到電磁暫態(tài)云仿真平臺，并完成故障集掃描設置。在云平臺上開展高比例新能源大電網電磁暫態(tài)仿真，山東電科院對方式計算結果進行校核和比對，保證了山東電網新能源發(fā)電的接納能力。

　　按照工作計劃，仿真團隊正開展仿真平臺資源共享和協(xié)調互濟功能開發(fā)與升級，進一步推廣平臺應用范圍。“未來，我們還要優(yōu)化平臺運營模式，不僅提供新能源、柔性直流等的電磁暫態(tài)模型，還提供算力共享服務。平臺還將納入大數(shù)據、人工智能技術，構建更符合高比例新能源大電網認知需求的電磁暫態(tài)仿真體系。”穆清說。（記者 楊亞迪 通訊員 程昱）