电网仿真支撑新能源大规模接入

　　国家统计局近日发布的2021年国民经济与社会发展统计公报显示，2021年全国发电装机容量增长7。9，其中风电装机增长16。6，太阳能发电装机增长20。9。我国新能源装机规模已连续多年稳居全球首位。
　　高速增长的新能源装机背后，我国电网也成为全球接入新能源规模最大的电网。电力电子设备的广泛应用与电压等级最高、跨大区交直流混联等特点叠加，我国电网的复杂程度前所未有，电网发展与安全稳定运行面临严峻挑战。
　　我们应对挑战的一个重要法宝是领先世界的电网仿真技术，利用该技术准确掌握新的电网系统特性，为电网发展建设、运行控制和安全防御策略提供有效决策支持。国家电力调度控制中心系统处处长贺静波介绍。
　　依托国家863计划，国家电网开展重大科技项目新一代特高压交直流电网仿真平台建设，准确研判电网发展新形势，对仿真技术进行创新迭代。项目即将迎来投用5年的重要节点。历经5年的检验，新一代电网仿真技术愈发展现出不可或缺的作用，有力支持电网安全水平持续提升和电力绿色低碳发展。
　　电网仿真技术不可或缺，创新迭代不可迟步
　　电力系统是最复杂的人造动态系统，设备数量数以百亿计，与交通运输、水利、油气等系统不同，电能以光速传输，发输用电实时动态平衡，电网动态特性极难准确掌握。此外，时刻支撑各行业运转和千家万户用电的电网运行不能中断，这一方面对电网新技术、新装备、新策略的可靠性提出了极高要求，另一方面又不可能在实际电网中进行破坏性试验。仿真技术成为掌握复杂大电网特性的唯一有效手段。
　　以张北柔直电网工程为例，工程创造了12项世界第一，核心技术和关键设备均为国际首创，实现了北京冬奥会场馆100绿色电力供应。我们应用新一代仿真平台进行了5800个工况、8万余次仿真计算，对工程并网特性、运行方式、控制保护策略、故障应对措施等进行了全方位的仿真分析和实验验证，保障了工程顺利投产和高质量服务冬奥绿电供应。国家电网仿真中心数模混合仿真研究室主任朱艺颖介绍。
　　正是始终瞄准实际电网发展需要，始终坚持创新迭代，我们的仿真技术才能有效支持像张北柔直工程这样的能源转型重大标志性工程，才能有力应对‘双碳’目标和新型电力系统建设给电网带来的新挑战。国家电网仿真中心副主任李亚楼说。
　　随着直流输电和新能源的快速发展，电网电源结构发生深刻变化，传统的仿真技术出现了仿不了仿不准仿不快的问题，电网安全运行和清洁发展面临严峻挑战。
　　我们从2012年开始新一代电网仿真平台的基础研发，2015年国家电网公司组建专门团队集中进行攻关，2017年末建成了世界上仿真规模最大的全电磁暂态实时仿真系统，实现对国家电网任一区域220千伏及以上电网的实时仿真，并在我国电网发展规划、调度运行、新设备研发等方面广泛应用。李亚楼表示，十年磨一剑，我们把准了行业发展的方向，踩准了节奏，科研攻关有的放矢，技术供需有效衔接。
　　整体解决制约电网仿真规模、精度、效率的矛盾问题
　　在新一代大规模电磁暂态仿真系统问世前，电网仿真的规模、速度、精度是难以兼顾的矛盾问题：机电暂态仿真无法适应直流和新能源大规模接入的电网仿真需要；电磁暂态仿真常用于局部电网和具体工程，如果用于仿真较大规模的实际电网，计算耗时非常巨大；纯数字建模仿真难以准确模拟电力电子设备控制特性，必须依靠数模混合仿真提升仿真精度。
　　新一代仿真平台整体解决了制约电网仿真规模、精度、效率的矛盾问题，将大电网仿真时间尺度由毫秒级细化至微秒级，仿真规模可以覆盖任一区域电网，计算效率提升3000倍以上，实现10回以上直流工程实际控保装置接入数字仿真电网的数模混合仿真，跨越式提升了大电网的仿真精度，各项主要指标均居国际领先水平。贺静波介绍。
　　我们完成了一个几乎不可能完成的任务。朱艺颖回忆着新项目的攻关过程，项目研发历经重重难关，例如大电网数模混合仿真，须在50微秒内完成万节点级电网模型在数百个CPU核上的并行求解，并与数十套实际物理装置接口完成输入输出信号的同步交互，这在世界范围内从未实现过。
　　2015年立项时，一些国内外专家认为用电磁暂态仿真工具对大电网建模根本不可能，有的专家认为项目研发至少需要25年。事实证明，我们用5年时间就完成了项目攻关，实现了核心设备、技术和软件的国产化，并将项目成果融入生产环节和管理流程，形成对电网发展的有效支撑。李亚楼说。
　　有力支撑高比例新能源接入电网的安全高效发展
　　新一代仿真平台投运的5年也正是我国电网发展突飞猛进的5年，平台始终瞄准实际电网发展需求，广泛应用于解决电网发展实际问题，支撑我国建成了众多开创性的重大输电工程，一次次推动我国电网输电能力和安全运行达到更高水平。
　　项目成果在西电东送、大区电网互联、特高压交直流输电工程、新能源集中外送、柔性直流电网等电网发展的每个关键时期都发挥了重大作用，在国家电网全部网省公司应用。新增经济效益超过120亿元，提高国家电网新能源送出及跨区、跨省消纳能力，年增清洁能源消纳电量超过300亿千瓦时，减排二氧化碳超过3200万吨。项目成果还在南方电网等国内数十家单位应用，并推广至巴西、巴基斯坦等海外工程。
　　贺静波表示：目前，新一代仿真平台能够满足对新型电力系统建设的支撑需要。对电网仿真来说，技术创新没有尽头。我们将持续在提高精度、扩大规模、应用实用的路上探索追求，在电网科学规划、提升新能源并网占比、提高电力系统利用效率、提升电网安全稳定性等方面发挥更大作用。
　　作者丨刘泊静