電網仿真技術進入“微秒時代”

不久前，國家發展改革委發布通知，將依托中國電力科學研究院有限公司（下稱“中國電科院”）建設運行的“新型電力系統仿真國家工程研究中心”納入管理新序列，此舉意味著我國在保障國家能源電力安全和新能源科學消納能力建設上邁上了新臺階。

電力系統是復雜的人造動態系統，與交通、水利、油氣等系統相比，電能傳輸速度極快（光速傳輸），發電、輸電、用電實時動態平衡，沒有與停車場、水庫、油罐等對應的存儲環節。如何準確掌握電網動態特性，保持穩定運行，是重大難題。

“電網的運行是不能中斷的，電網規劃方案、設計建設方案、運行控制和安全防御策略都不可能在實際電網中進行破壞性試驗驗證，仿真分析是掌握電網特性的關鍵手段。”國家電力調度控制中心系統處處長賀靜波介紹，只有通過仿真計算，才能分析、掌握電網特性，驗證理論分析和安全防御策略的準確性，為電網提供定量決策支持。

近年來，隨著直流輸電和新能源的快速發展，我國電網已成為含大量電力電子設備、跨大區交直流混聯的現代電力系統，其規模和復雜程度前所未有，系統特性發生深刻變化。英國、澳大利亞等電網發生的事故表明，電力電子設備與電力系統交互作用，容易引發連鎖反應，造成大停電事故。

“面對電力電子設備在現代電力系統中廣泛應用、電網電源結構發生深刻變化的新形勢，支撐我國大電網安全運行的仿真分析也面臨‘仿不了’‘仿不準’‘仿不快’等世界級難題，電網安全運行和清潔發展面臨嚴峻挑戰。”國家電網仿真中心數模混合仿真研究室主任朱藝穎坦言。

此前，國內外均采用機電暫態仿真工具研究大電網安全穩定問題，支撐實際電網安全運行和協調控制。當大量直流和新能源融入電網后，人們開始認識到，舊有的仿真方法無法準確模擬這些含電力電子設備的響應和控制特性。對大電網安全穩定性和控制特性的準確仿真變成“仿不了”的世界難題。

朱藝穎表示，中國電科院通過多年技術攻關，研發的仿真平臺能夠將大電網仿真時間尺度由“毫秒級”細化至“微秒級”，實現了對含多回直流和高比例新能源的大規模電網的電磁暫態仿真，并推廣到工程化應用，仿真規模達到上萬節點，可以覆蓋任一區域電網，突破了電力系統特性認知的技術瓶頸，解決了現代大電網“仿不了”的世界難題。同時，“仿不快”“仿不準”的難題也一一得以解決。

電網規劃涉及電網安全性和經濟性的統籌：安全性高必然需要增加電網投資；經濟性高則需要降低電網投資，但可能導致安全性下降。我國早在1981年頒布的強制性標準《電力系統安全穩定導則》中就提出了電網規劃方案必須要通過仿真去校核這個原則。如今，依托仿真平臺，可實現系統性地考慮高比例新能源接入下的電網安全性和經濟性，使得提出的電網規劃方案經過計算分析和論證，確保方案更加科學和具有較強的適用性。

朱藝穎透露，該技術成果在西電東送、特高壓交直流輸電工程建設運行、大規模新能源基地外送等重大項目中都發揮了關鍵作用，有效保障了新能源和直流快速發展下的電網安全高效運行。

數據顯示，依托該技術，通過精準校核國家電網直流輸電及新能源送出能力，新增經濟效益超過120億元；提高國家電網新能源送出與消納能力，年增清潔能源消納電量超過300億千瓦時。賀靜波表示，該技術將在新型電力系統科學規劃、提升新能源接入電網占比、提高電網安全穩定性等方面繼續發揮重大作用，為實現“雙碳”戰略目標作出貢獻。

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