电网仿真

分布式电源，新元件接入配电网，对配电网运行与控制造成广泛的影响。分布式电源高渗透率配电网的潮流控制解决方案尚不成熟，需要进行测试与验证。基于组态方式构建的配电网仿真试验系统，对配电网运行控制技术的理论、设备、方法进行验证具有重要意义。

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。

电力电子化的直流配电网存在低惯性问题，不利于系统稳定运行。混合储能设备可向电网提供虚拟惯性，但不同类型的储能之间存在功率协调问题，并且储能的荷电状态(state of charge, SOC)对虚拟惯性的调节也有约束作用。针对上述问题，提出了一种自适应时间常数的分频控制策略，时间常数根据混合储能系统(hybrid energy storage system, HESS)的SOC而动态调整以改变功率分配。首先，通过分析储能SOC与虚拟惯性的关系，并考虑储能充放电极限问题，研究兼顾SOC、电压变化率以及电压幅值的自适应虚拟惯性控制策略，提高系统惯性。然后，建立控制系统的小信号模型，分析虚拟惯性系数对系统的影响。最后，基于Matlab/Simulink搭建直流配电网仿真模型，验证了所提控制策略能合理分配HESS功率，提高超级电容器利用率，改善直流电压与功率稳定性。

由国网江苏省电力有限公司主持完成的“千万千瓦级特高压直流多落点电网安全稳定混合防御关键技术与应用”项目通过由中国电机工程学会组织的科技成果技术鉴定。鉴定委员会一致认为，项目在千万千瓦级特高压直流接入的大电网仿真建模、安全防御和运行控制技术方面达到国际领先水平。

项目成果已应用于涵盖电力生产、运行及装备制造等9家单位，在电网仿真分析、发电计划与备用安排、直流控保系统改造以及多元联动网源协同紧急控制系统研发等方面落地使用。至2017年底，新增122.27亿千瓦时的新能源发电量，促进了新能源消纳“双升双降”年度指标的完成，提高了天中、灵绍、祁韶特高压直流运行可靠性，推动了大规模新能源直流外送技术发展，具有广阔的应用前景。

本文介绍柔性直流、直流电网构网形态与故障保护技术，包括中型、大型直流电网的构网机制、可能的换流器类型、主要拓扑。重点介绍直流电网的故障电流演化规律及限流原则，以及充分考虑经济性和装备复用性的多种直流电网限流设备，如可关断直流故障电流的MMC换流器、可闭锁直流故障电流的DC-DC变压器、直流电网故障电流限制器、具有限流能力的潮流控制器等，阐明在严重直流故障下，多个VSC换流站对直流短路电流的贡献度和影响因素，最后介绍含多类型故障限流器的直流电网仿真系统及其试验。

本项目历时9年，从电网仿真建模、源网友好互动、连锁故障紧急防御及垮网风险快速阻断等方面开展技术攻关和工程应用，取得了一批创新性成果，获得授权发明专利8项，发表论文18篇。主要成果如下：1、提出了计及外部环境扰动的大型新能源场站动态等值技术，建立了计及详细控制系统的柔性设备仿真模型，应用于西北电网生产实际，提升了对复杂电网运行控制的精度。2、揭示了新能源与直流交互耦合及连锁脱网演化机理，计及新能源量化接纳能力和柔性装备优化配置的源网协同预防控制技术，提升了高占比新能源送端电网抗扰能力和交直流输电通道送电水平，降低了新能源大规模连锁脱网风险。3、提出了计及新能源暂态演化信息的连锁故障紧急阻断技术，研发了应对多类型连锁故障的全局资源协调紧急控制系统，填补了高占比新能源电网连锁故障紧急防控技术空白，提升了电网应对连锁故障风险的能力。4、提出计及新能源的高频切机控制技术，研发了西北电网高频切机监视与预警系统，构建了监视、控制及预警于一体的涵盖新能源的高频切机体系，提升电网抵御严重故障能力。 项目成果已应用于祁韶特高压直流工程、青海海西串补工程、甘肃河西加强工程等重大工程项目，显著提升了电网应对连锁故障的防控能力。截止2020年底，累计提高新能源消纳电量114.2亿千瓦，减少电煤消耗近365.44万吨，减少二氧化硫排放约65094吨，降低烟尘排放约18272吨，累计新增销售额98.44亿元，新增利润9.07亿元。成果为推动我国电力能源转型升级和全球能源互联网安全领域科技创新提供了技术、装备支撑。

项目研究内容属于电气工程学科范畴，涉及变电站二次系统测试和缺陷智能诊断技术。 变电站二次系统现场测试是验证设计、产品和安装质量的重要环节。传统测试方法由于测试手段的局限，主要以单体调试、分系统整组传动为主要测试内容，难以全面、完整地检验二次设备间逻辑配合关系及系统整体性能，对测试对象存在的功能缺陷的认定，高度依赖于人工经验，缺少智能化、自动化的技术应用，未能体现智能变电站的智能化水平。围绕上述问题，项目课题组创新性地提出并实现了“以电网仿真、无线同步对时和实验信号无线传输与分散同步注入”为基础的二次系统全场景试验技术，并成功研制了全场景测试系统，该系统将二次系统视为一个完整功能体，实现对智能变电站二次系统整体功能和技术性能的完整检验；为进一步实现对测试对象缺陷智能、自动诊断，项目课题组又提出并实现了以“功能条件-关联信息”为基础的二次系统测试全过程智能诊断方法，实现了二次设备状态全景展示、行为评价及障碍点定位、功能受损度自动分析及评价、灵活选定检修对象自动生成二次检修安措，提高了智能变电站二次系统测试的智能化水平，推动了变电站二次系统现场测试技术的进步。 项目获得授权发明专利15项、软件著作权5项；发表学术论文20篇（SCI检索3篇、EI检索10篇、中文核心2篇）；Wiley IEEE专著1本。四川省科学技术厅组织的鉴定专家组认为：“项目提出的智能变电站二次系统试验方法属国际首创，研究成果达到国际先进水平”；中国电力企业联合会组织的鉴定委员会认为：“成果总体达到国际先进水平，其中功能关联库的建立及分析方法、二次设备（系统）功能受损度分析达到国际领先水平。项目成果分别在四川、安徽、广西等省30余座智能变电站的基建、年检、不停电改造调试以及出厂联调中应用；在高校本科生实践教学中推广。

项目研发了能精确反映水电机组引水系统和原动机水力特性的调速系统独立仿真装置，建立了独立的火电厂动力系统高精度物理仿真模型，实现了仿真装置与数字仿真平台的有效融合和数模混合并行仿真；提出了基于小步长（2us）的多物理装置并行实时仿真方法，实现了对不同步长和时间尺度的全过程高精度统一仿真，解决了风机、光伏等新能源设备及FACTS等高频开断的电力电子设备在大型互联电网中的数模混合闭环仿真难题：提出一种具备4万节点超大规模电网及多类型电源监控物理装置动态模拟方法，突破了电网仿真规模及多类型电源控制装备准确模拟的难题；项目研制出基于“优化电磁暂态模型及算法”及“适配多场景电气试验接口”的便携式仿真测试装置，解决了现场模拟机组并网和负载试验的问题。 依托项目成果建成“网源协调数模混合仿真试验室”，并成为“电网安全与节能国家重点实验室”的核心组成部分，取得发明专利授权14项，形成国际标准1项、行标2项、企标1项，发表论文32篇。

近日，河北张家口的风电、太阳能发电通过张北柔性直流电网工程送到北京冬奥会，在奥运历史上首次实现所有场馆100%绿电供应，引起了社会的广泛关注。但鲜为人知的是，作为世界上电压等级最高、输送容量最大的柔性直流工程，张北柔直工程的规划、建设、运行等全过程离不开电网仿真技术的有力支撑。