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中國電科院大電網(wǎng)仿真時間尺度細(xì)化至微秒級

國家電網(wǎng)報發(fā)布時間:2024-01-09 15:05:41  作者:楊亞迪 王祥旭

  當(dāng)前正值迎峰度冬電力保供關(guān)鍵期。2023年12月15日,在位于中國電力科學(xué)研究院有限公司的國家電網(wǎng)仿真中心,大電網(wǎng)電磁暫態(tài)仿真科研團(tuán)隊利用國家電網(wǎng)有限公司國產(chǎn)化大型電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真平臺,模擬某區(qū)域電網(wǎng)電壓臨界穩(wěn)定運行場景,為大電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制提供技術(shù)支撐。

科研人員開展大規(guī)模新能源發(fā)電經(jīng)特高壓直流送出系統(tǒng)運行特性仿真試驗研究。 中國電科院供圖

  隨著多類型可再生能源的大規(guī)模、多電壓層級接入電網(wǎng)和設(shè)備的高度電力電子化,電網(wǎng)運行方式變得越來越復(fù)雜,系統(tǒng)的安全穩(wěn)定面臨越來越多的挑戰(zhàn)。近年來,國家電網(wǎng)仿真中心結(jié)合大電網(wǎng)發(fā)展實際,持續(xù)開展電力仿真技術(shù)原創(chuàng)性研究,推動仿真研究成果實現(xiàn)工程應(yīng)用,全力支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)。近日,國產(chǎn)化大型電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真技術(shù)及平臺入選國務(wù)院國資委評選的“2023年度央企十大國之重器”榜單。

  結(jié)合電網(wǎng)發(fā)展實際 電力仿真技術(shù)與時俱進(jìn)

  2023年10月,中國電科院牽頭承擔(dān)的“新能源高占比大型交直流電力系統(tǒng)仿真技術(shù)及工程化應(yīng)用”項目通過中國電機(jī)工程學(xué)會的鑒定。項目提出了大型電力系統(tǒng)微秒級電磁暫態(tài)高效仿真技術(shù),攻克了復(fù)雜電力電子設(shè)備高精度聚合建模技術(shù)和大型交直流電網(wǎng)高精度數(shù)模混合仿真技術(shù),研制了適應(yīng)強(qiáng)不確定性和海量工況的高效精準(zhǔn)仿真系統(tǒng)。經(jīng)專家鑒定,項目整體技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

  電力系統(tǒng)可謂最復(fù)雜的人造動態(tài)系統(tǒng),通過仿真計算,可以分析、掌握電網(wǎng)特性,為電力系統(tǒng)運行提供決策支持。“像機(jī)電-電磁混合仿真、電磁暫態(tài)仿真都是通過仿真手段來模擬電力系統(tǒng)運行特性,進(jìn)而開展各種系統(tǒng)控制和故障模擬的試驗和研究。”國家電網(wǎng)仿真中心數(shù)字混合仿真研究室副主任穆清介紹。

  中國電科院從20世紀(jì)70年代起自主研發(fā)仿真技術(shù),建立電力系統(tǒng)各元件的數(shù)學(xué)模型,并根據(jù)物理系統(tǒng)的連接關(guān)系組成全系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,準(zhǔn)確掌握電網(wǎng)動態(tài)特性,支撐電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

  隨著經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)發(fā)展,用電需求越來越大,電力系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜程度也不斷增大。大規(guī)模直流輸電和新能源發(fā)電機(jī)組接入電網(wǎng)后,傳統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)仿真方法無法準(zhǔn)確模擬這些含電力電子器件設(shè)備的響應(yīng)和控制特性。

  2015年,國家電網(wǎng)仿真中心成立。經(jīng)過不斷的探索和論證,該中心科研團(tuán)隊選定電磁暫態(tài)仿真技術(shù)方向開展攻關(guān)。兩年時間里,團(tuán)隊先后攻克模型算法、數(shù)值穩(wěn)定、計算技術(shù)及平臺架構(gòu)等技術(shù)難點,將大電網(wǎng)仿真時間尺度細(xì)化至微秒級,實現(xiàn)含多回直流和高比例新能源的大規(guī)模電網(wǎng)電磁暫態(tài)仿真,為新能源高占比大型交直流電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供了有力技術(shù)支撐。

  建成規(guī)模仿真平臺 保障重點輸電工程安全穩(wěn)定運行

  “直流短路接地試驗開始,仿真啟動20秒后單極直流線路接地短路故障觸發(fā)。”2023年12月22日,在國家電網(wǎng)仿真中心電網(wǎng)安全全國重點實驗室內(nèi),科研團(tuán)隊負(fù)責(zé)人下達(dá)操作指令,利用新能源高占比大型交直流電力系統(tǒng)仿真平臺開展±800千伏白鶴灘—江蘇特高壓直流輸電線路工程輸電能力分析試驗。“從2022年3月至今,我們針對該工程開展了上萬次交直流故障的混合仿真計算,來全面測試系統(tǒng)安全穩(wěn)定特性。”團(tuán)隊成員卓谷穎說。

  在落實國家重點研發(fā)計劃的過程中,國家電網(wǎng)仿真中心科研團(tuán)隊研發(fā)構(gòu)建了國產(chǎn)化大型電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真平臺,針對公司在建和擬建的重點輸電工程開展了大量詳細(xì)的仿真計算,完成控制策略驗證、輸電能力分析、振蕩抑制策略制訂等一系列技術(shù)攻關(guān),為重點工程的安全穩(wěn)定運行提供了可靠研究平臺。

  2021年,科研團(tuán)隊構(gòu)建了26回國家電網(wǎng)在運直流工程的廠家電磁暫態(tài)模型,支撐國調(diào)、分部調(diào)度和省級調(diào)度開展直流工程控制參數(shù)校核、輸電能力分析等工作,并配合國網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院、直流控保廠家開展了控保邏輯隱患排查。2022年,團(tuán)隊開展了張北柔直工程構(gòu)網(wǎng)型開環(huán)控制策略、低頻阻尼附加控制等振蕩抑制策略的系統(tǒng)校核和交流保護(hù)校核,推動了振蕩抑制策略的現(xiàn)場實施;完成了千萬千瓦級清潔能源發(fā)電經(jīng)特高壓柔直外送系統(tǒng)的建模及穿越故障仿真,支撐藏東南清潔能源外送技術(shù)方案研究。

  目前,國產(chǎn)化大型電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真平臺已實現(xiàn)國家電網(wǎng)全部骨干網(wǎng)架的微秒級電磁暫態(tài)仿真,覆蓋了國家電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)26個省(自治區(qū)、直轄市),輸電線路長度超過150萬千米,系統(tǒng)規(guī)模超過10萬個三相節(jié)點。

  深化應(yīng)用仿真平臺 加快構(gòu)建仿真技術(shù)體系

  “雙碳”目標(biāo)下,新能源電源和直流輸電工程的數(shù)量迅速增長,我國能源電力形態(tài)正發(fā)生深刻變化,統(tǒng)籌構(gòu)建精準(zhǔn)高效的仿真平臺具有重要現(xiàn)實意義。

  2023年11月召開的新形勢下全國電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定工作會議指出,要始終堅持統(tǒng)籌謀劃、底線思維,系統(tǒng)做好源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)和規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運行等各階段工作,守牢電力安全“生命線”。

  面對新形勢新挑戰(zhàn),國家電網(wǎng)仿真中心科研團(tuán)隊提高模型的仿真精度和計算效率,推動國產(chǎn)化大型電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真平臺在工程實踐中應(yīng)用,開展多時間尺度、多運行方式、多典型場景的生產(chǎn)運行模擬和仿真分析,應(yīng)對“雙高”特性帶來的系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行風(fēng)險。

  2023年11月以來,科研團(tuán)隊針對構(gòu)網(wǎng)型儲能接入西藏電網(wǎng)的穩(wěn)定特性開展了前期分析,出具了西藏電網(wǎng)枯大-儲能放電(晚高峰)和枯腰-光伏發(fā)電-儲能充電(白天)兩種運行方式下的構(gòu)網(wǎng)型儲能設(shè)備出力策略;開展了中廣核阿里“零碳”光儲熱電示范項目試驗反演工作,復(fù)現(xiàn)了儲能電站發(fā)生的寬頻振蕩現(xiàn)象,為電網(wǎng)運行方式輔助決策提供了依據(jù)。同時,團(tuán)隊根據(jù)葛南直流輸電工程改造情況,對比開展該工程接入強(qiáng)、弱系統(tǒng)下,分別采用不同換相技術(shù)模式時的受端交流短路故障仿真分析,助力消除工程運行隱患。

  “我們還將全面評估和審核仿真平臺的結(jié)果,確保其準(zhǔn)確性和可靠性,建立完善的仿真平臺評價體系,更加科學(xué)地拓展和應(yīng)用仿真技術(shù),為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行提供更安全、更全面的技術(shù)支撐。”國家電網(wǎng)仿真中心副主任李亞樓說。(楊亞迪 王祥旭)


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