中国电科院：为新能源发电提供高效精准仿真技术 构建电磁暂态云仿真平台
发布时间：2023-07-04 08:51:51
来源：国家电网报
6月30日，针对新能源高出力的电网运行方式，中国电力科学研究院有限公司国家电网仿真中心电力系统全数字实时仿真装置（ADPSS）仿真团队开展了高比例新能源电力系统安全稳定分析试验。仿真团队开展了全网不同运行方式下的故障扫描，并根据扫描结果找到影响新能源电量消纳的主要因素。
近年来，新能源发电装机规模不断增加，高比例新能源电力系统的精细化仿真需求凸显。仿真团队围绕大电网仿真技术开展攻关，逐步推动全电磁暂态仿真技术在新能源发电建模、直流工程输电能力校核、区域电网安全稳定特性分析等业务环节的应用。
(资料图片)
开展新能源设备精细化建模
6月8日，仿真团队在国家电网仿真中心开展金风直驱风机封装模型自动化测试评估，检验风机模型涉网性能。通过审核后，该风机模型将存入新能源封装模型库，供各级电力调控中心开展仿真分析。
实现新能源设备精细化建模是开展新能源仿真分析的基础。新能源发电的控制方式和控制策略十分复杂且具有多样性，仿真团队通过封装建模来精确模拟新能源的控制特性，进而开展新能源的仿真分析。
“封装建模是把新能源设备的实际控制逻辑封装成可供仿真软件直接调用的函数库，能贴合新能源控制器真实特性，准确反映新能源发电机组涉网性能。”仿真团队负责人穆清介绍。
2020年以来，仿真团队调研各个平台的模型接入规则，提出了新能源设备封装建模的统一接口方法，并针对统一接口函数库接入不同平台开展技术攻关，打通了统一接口函数库与主流仿真平台衔接的最后一道关卡。
基于统一接口方法，新能源厂家仅需完成单次建模便可实现多仿真平台复用，减少了建模工作量，提高了使用便捷性。仿真分析人员根据待研究电网的实际情况从新能源设备封装模型库中取用相应的模型，使用仿真团队研发的工具能快速适配和接入国内外多种主流仿真平台。
自2021年开始，仿真团队基于新能源设备封装建模的统一接口方法，组织开展了锡盟地区、青海—河南特高压直流工程近区新能源大基地封装建模工作，积累了包含风机、光伏发电设备、静止无功发生器（SVG）在内的数十个主流逆变器厂家的近200个封装模型，构建起较完备的新能源设备封装模型库。
评估高比例新能源外送能力
“直流校核试验开始，20秒单极直流线路永久接地短路故障触发。”“直流断路器重合失败1秒后，闭锁直流单极。送受端交流系统暂态波动约2秒后恢复稳定。”6月13日，在国家电网仿真中心超算实验室内，工作人员彭丽通报了全电磁仿真结果。“这样的直流校核试验我们要做上万次，来全面测试系统安全稳定特性。”她说。
直流外送输电工程是高比例新能源集聚地区电能送出的重要手段，校核其输电能力对提升新能源发电外送规模、保障大电网安全稳定运行至关重要。开展输送功率仿真校核分析，有助于发现直流输电能力制约因素。2021年起，仿真团队基于ADPSS仿真装置开展直流稳定特性分析及运行方式校核，提出了提升输送功率的措施。
“我们在仿真校核过程中，统筹考虑调控资源，综合使用优化电网运行方式、优化新能源运行控制方法、优化稳控系统策略等一系列措施，全面提升外送输电工程的输送功率。”仿真团队业务工程师卓谷颖介绍。
张北柔性直流电网试验示范工程是集合大规模可再生能源友好接入、多种形态能源互补和灵活消纳、直流电网构建等技术的重大科技试验示范项目。2022年，中国电科院与国网华北分部合作，攻关“大规模新能源+四端柔直电网+受端交流电网”电磁建模仿真难题，完成了张北柔性直流输电工程电磁建模，并开展工程并网特性、运行方式安排、控制保护策略、故障应对措施等全方位的仿真分析和试验验证，释放张北柔性直流输电工程送电潜能。
截至目前，仿真团队利用ADPSS仿真装置，先后仿真校核了青海—河南直流、锡泰直流、张北柔性直流输电工程的输电能力，保障了青海、锡盟、张北等地区高比例新能源电量的安全可靠外送。
构建电磁暂态云仿真平台
在能源电力行业打造高比例新能源电磁暂态云仿真平台，面向各类参与主体提供云端电磁暂态仿真技术服务，帮助各方提升对高比例新能源电力系统的认知及分析水平，对于促进新能源发展与新能源电量消纳具有重要现实意义。
为满足各类电力客户的需求，仿真团队研发构建了支持高比例新能源电力系统仿真的电磁暂态云仿真平台，开展快速暂态建模、复杂系统平衡启动、自动解耦分网、大规模并行计算和智能结果分析等多项关键技术攻关，实现算例快速构建，提升仿真精度和仿真效率，为高比例新能源电力系统仿真分析提供了可靠技术手段。
6月16日，山东电力科学研究院仿真团队将准备好的山东电网算例远程上传到电磁暂态云仿真平台，并完成故障集扫描设置。在云平台上开展高比例新能源大电网电磁暂态仿真，山东电科院对方式计算结果进行校核和比对，保证了山东电网新能源发电的接纳能力。
按照工作计划，仿真团队正开展仿真平台资源共享和协调互济功能开发与升级，进一步推广平台应用范围。“未来，我们还要优化平台运营模式，不仅提供新能源、柔性直流等的电磁暂态模型，还提供算力共享服务。平台还将纳入大数据、人工智能技术，构建更符合高比例新能源大电网认知需求的电磁暂态仿真体系。”穆清说。
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