电磁暂态仿真技术提升大电网安全稳定控制水平

当前正值迎峰度冬电力保供关键期。2023年12月15日，在位于中国电力科学研究院有限公司的国家电网仿真中心，大电网电磁暂态仿真科研团队利用国家电网有限公司国产化大型电力系统电磁暂态仿真平台，模拟某区域电网电压临界稳定运行场景，为大电网安全稳定控制提供技术支撑。

随着多类型可再生能源的大规模、多电压层级接入电网和设备的高度电力电子化，电网运行方式变得越来越复杂，系统的安全稳定面临越来越多的挑战。近年来，国家电网仿真中心结合大电网发展实际，持续开展电力仿真技术原创性研究，推动仿真研究成果实现工程应用，全力支撑新型电力系统建设。近日，国产化大型电力系统电磁暂态仿真技术及平台入选国务院国资委评选的“2023年度央企十大国之重器”榜单。

结合电网发展实际

电力仿真技术与时俱进

2023年10月，中国电科院牵头承担的“新能源高占比大型交直流电力系统仿真技术及工程化应用”项目通过中国电机工程学会的鉴定。项目提出了大型电力系统微秒级电磁暂态高效仿真技术，攻克了复杂电力电子设备高精度聚合建模技术和大型交直流电网高精度数模混合仿真技术，研制了适应强不确定性和海量工况的高效精准仿真系统。经专家鉴定，项目整体技术达到国际领先水平。

电力系统可谓最复杂的人造动态系统，通过仿真计算，可以分析、掌握电网特性，为电力系统运行提供决策支持。“像机电-电磁混合仿真、电磁暂态仿真都是通过仿真手段来模拟电力系统运行特性，进而开展各种系统控制和故障模拟的试验和研究。”国家电网仿真中心数字混合仿真研究室副主任穆清介绍。

中国电科院从20世纪70年代起自主研发仿真技术，建立电力系统各元件的数学模型，并根据物理系统的连接关系组成全系统数学模型，准确掌握电网动态特性，支撑电力系统安全稳定运行。

随着经济社会持续发展，用电需求越来越大，电力系统的规模和复杂程度也不断增大。大规模直流输电和新能源发电机组接入电网后，传统的机电暂态仿真方法无法准确模拟这些含电力电子器件设备的响应和控制特性。

2015年，国家电网仿真中心成立。经过不断的探索和论证，该中心科研团队选定电磁暂态仿真技术方向开展攻关。两年时间里，团队先后攻克模型算法、数值稳定、计算技术及平台架构等技术难点，将大电网仿真时间尺度细化至微秒级，实现含多回直流和高比例新能源的大规模电网电磁暂态仿真，为新能源高占比大型交直流电力系统的安全稳定运行提供了有力技术支撑。

建成规模仿真平台

保障重点输电工程安全稳定运行

“直流短路接地试验开始，仿真启动20秒后单极直流线路接地短路故障触发。”2023年12月22日，在国家电网仿真中心电网安全全国重点实验室内，科研团队负责人下达操作指令，利用新能源高占比大型交直流电力系统仿真平台开展±800千伏白鹤滩—江苏特高压直流输电线路工程输电能力分析试验。“从2022年3月至今，我们针对该工程开展了上万次交直流故障的混合仿真计算，来全面测试系统安全稳定特性。”团队成员卓谷颖说。

在落实国家重点研发计划的过程中，国家电网仿真中心科研团队研发构建了国产化大型电力系统电磁暂态仿真平台，针对公司在建和拟建的重点输电工程开展了大量详细的仿真计算，完成控制策略验证、输电能力分析、振荡抑制策略制订等一系列技术攻关，为重点工程的安全稳定运行提供了可靠研究平台。

2021年，科研团队构建了26回国家电网在运直流工程的厂家电磁暂态模型，支撑国调、分部调度和省级调度开展直流工程控制参数校核、输电能力分析等工作，并配合国网经济技术研究院、直流控保厂家开展了控保逻辑隐患排查。2022年，团队开展了张北柔直工程构网型开环控制策略、低频阻尼附加控制等振荡抑制策略的系统校核和交流保护校核，推动了振荡抑制策略的现场实施；完成了千万千瓦级清洁能源发电经特高压柔直外送系统的建模及穿越故障仿真，支撑藏东南清洁能源外送技术方案研究。

目前，国产化大型电力系统电磁暂态仿真平台已实现国家电网全部骨干网架的微秒级电磁暂态仿真，覆盖了国家电网经营区26个省（自治区、直辖市），输电线路长度超过150万千米，系统规模超过10万个三相节点。

深化应用仿真平台

加快构建仿真技术体系

“双碳”目标下，新能源电源和直流输电工程的数量迅速增长，我国能源电力形态正发生深刻变化，统筹构建精准高效的仿真平台具有重要现实意义。

2023年11月召开的新形势下全国电力系统安全稳定工作会议指出，要始终坚持统筹谋划、底线思维，系统做好源网荷储各环节和规划、设计、建设、运行等各阶段工作，守牢电力安全“生命线”。

面对新形势新挑战，国家电网仿真中心科研团队提高模型的仿真精度和计算效率，推动国产化大型电力系统电磁暂态仿真平台在工程实践中应用，开展多时间尺度、多运行方式、多典型场景的生产运行模拟和仿真分析，应对“双高”特性带来的系统安全稳定运行风险。

2023年11月以来，科研团队针对构网型储能接入西藏电网的稳定特性开展了前期分析，出具了西藏电网枯大-储能放电（晚高峰）和枯腰-光伏发电-储能充电（白天）两种运行方式下的构网型储能设备出力策略；开展了中广核阿里“零碳”光储热电示范项目试验反演工作，复现了储能电站发生的宽频振荡现象，为电网运行方式辅助决策提供了依据。同时，团队根据葛南直流输电工程改造情况，对比开展该工程接入强、弱系统下，分别采用不同换相技术模式时的受端交流短路故障仿真分析，助力消除工程运行隐患。

“我们还将全面评估和审核仿真平台的结果，确保其准确性和可靠性，建立完善的仿真平台评价体系，更加科学地拓展和应用仿真技术，为电力系统安全稳定运行提供更安全、更全面的技术支撑。”国家电网仿真中心副主任李亚楼说。

【链接】

电力仿真技术发展关键节点

仿真是利用计算机认知和模拟某类系统的技术手段。电力仿真技术对电力系统的安全稳定运行和持续发展起着重要支撑作用。

电力仿真技术经历了物理动模仿真、数模混合仿真、全数字仿真等阶段。全电磁仿真是全数字仿真的一种展现形式。通过这种形式，电力科研人员可以准确模拟电力电子设备的动态性能，帮助电网调度人员更加深入科学地认识大电网运行特性，进而有效提升电网安全保障水平和输电效益。

●2011年

中国电科院承担国家863计划课题“高渗透率间歇性能源的区域电网关键技术研究和示范”，研究开发高比例新能源接入电网的仿真技术和平台。

●2015年

国家电网公司党组会通过决议，创新仿真分析工具，构建新一代仿真平台，全面提升电网安全稳定分析技术支撑能力。

●2016年

国家电网仿真中心承担国家自然科学基金项目“基于超大规模集成电路（VLSI）的电磁暂态多时间尺度实时仿真计算研究”，开发含大规模电力电子装备的电力系统电磁暂态实时仿真技术及装置。

●2017年

国家电网仿真中心承担国家重点研发计划“特高压交直流混联大电网运行关键技术标准研究”，牵头编写30项国家标准，满足大容量直流和大规模新能源接入后提高电网仿真精度和效率、提升电网安全稳定分析水平的需求。

（中国电科院提供）

北极星智能电网在线官方微信