中國電力科學(xué)研究院全電磁暫態(tài)仿真為電網(wǎng)運行控制特性認(rèn)知提供堅強(qiáng)技術(shù)支撐

　　伴隨著大電網(wǎng)仿真技術(shù)的進(jìn)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(wǎng)運行控制特性認(rèn)知提供堅強(qiáng)技術(shù)支撐。

　　6月30日，針對新能源高出力的電網(wǎng)運行方式，中國電力科學(xué)研究院有限公司國家電網(wǎng)仿真中心電力系統(tǒng)全數(shù)字實時仿真裝置(ADPSS)仿真團(tuán)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(tuán)隊開展了全網(wǎng)不同運行方式下的故障掃描，并根據(jù)掃描結(jié)果找到影響新能源電量消納的主要因素。

6月30日，仿真團(tuán)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(jī)規(guī)模不斷增加，高比例新能源電力系統(tǒng)的精細(xì)化仿真需求凸顯。仿真團(tuán)隊圍繞大電網(wǎng)仿真技術(shù)開展攻關(guān)，逐步推動全電磁暫態(tài)仿真技術(shù)在新能源發(fā)電建模、直流工程輸電能力校核、區(qū)域電網(wǎng)安全穩(wěn)定特性分析等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的應(yīng)用。

　　開展新能源設(shè)備精細(xì)化建模

　　6月8日，仿真團(tuán)隊在國家電網(wǎng)仿真中心開展金風(fēng)直驅(qū)風(fēng)機(jī)封裝模型自動化測試評估，檢驗風(fēng)機(jī)模型涉網(wǎng)性能。通過審核后，該風(fēng)機(jī)模型將存入新能源封裝模型庫，供各級電力調(diào)控中心開展仿真分析。

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

　　“封裝建模是把新能源設(shè)備的實際控制邏輯封裝成可供仿真軟件直接調(diào)用的函數(shù)庫，能貼合新能源控制器真實特性，準(zhǔn)確反映新能源發(fā)電機(jī)組涉網(wǎng)性能。”仿真團(tuán)隊負(fù)責(zé)人穆清介紹。

　　2020年以來，仿真團(tuán)隊調(diào)研各個平臺的模型接入規(guī)則，提出了新能源設(shè)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(shù)攻關(guān)，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(guān)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(fù)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(jù)待研究電網(wǎng)的實際情況從新能源設(shè)備封裝模型庫中取用相應(yīng)的模型，使用仿真團(tuán)隊研發(fā)的工具能快速適配和接入國內(nèi)外多種主流仿真平臺。

　　自2021年開始，仿真團(tuán)隊基于新能源設(shè)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(fēng)機(jī)、光伏發(fā)電設(shè)備、靜止無功發(fā)生器(SVG)在內(nèi)的數(shù)十個主流逆變器廠家的近200個封裝模型，構(gòu)建起較完備的新能源設(shè)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(fù)穩(wěn)定。”6月13日，在國家電網(wǎng)仿真中心超算實驗室內(nèi)，工作人員彭麗通報了全電磁仿真結(jié)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(wǎng)安全穩(wěn)定運行至關(guān)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(tuán)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(diào)控資源，綜合使用優(yōu)化電網(wǎng)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(tuán)隊業(yè)務(wù)工程師卓谷穎介紹。

　　張北柔性直流電網(wǎng)試驗示范工程是集合大規(guī)模可再生能源友好接入、多種形態(tài)能源互補和靈活消納、直流電網(wǎng)構(gòu)建等技術(shù)的重大科技試驗示范項目。2022年，中國電科院與國網(wǎng)華北分部合作，攻關(guān)“大規(guī)模新能源+四端柔直電網(wǎng)+受端交流電網(wǎng)”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(wǎng)特性、運行方式安排、控制保護(hù)策略、故障應(yīng)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(tuán)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(gòu)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(shù)服務(wù)，幫助各方提升對高比例新能源電力系統(tǒng)的認(rèn)知及分析水平，對于促進(jìn)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(tuán)隊研發(fā)構(gòu)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(fù)雜系統(tǒng)平衡啟動、自動解耦分網(wǎng)、大規(guī)模并行計算和智能結(jié)果分析等多項關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，實現(xiàn)算例快速構(gòu)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(shù)手段。

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

　　按照工作計劃，仿真團(tuán)隊正開展仿真平臺資源共享和協(xié)調(diào)互濟(jì)功能開發(fā)與升級，進(jìn)一步推廣平臺應(yīng)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(wù)。平臺還將納入大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)，構(gòu)建更符合高比例新能源大電網(wǎng)認(rèn)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）