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全电磁暂态仿真技术助力新能源电力消纳
“家定I线三永N-1第6次,3、2、1、故障触发。”“1000
千伏、500千伏、220千伏、110千伏、35千伏电压等级的全部母线
暂态过电压均未超标!”国网冀北电科院风光储并网运行技术试验室
内,工作人员杨艳晨正通报电磁暂态仿真结果。“通过这样一次次仿
真分析试验,我们核校了包括张雄特高压‘五变五线’送出系统等关
键工程的新能源送出力量,为新能源高效消纳供应有力支撑。”国网
冀北电科院副院长刘辉向记者表示,电磁暂态仿真技术已经成为构建
新型电力系统、打造高比例可再生能源电网的重要技术。
让资源优势转化为进展优势
据刘辉介绍,仿真是指用模型去测试电力系统是否稳定和平安的技
术。“新工程在正式投运前,都要在试验室里检测设计的合理性。主
要的检测方式是在仿真系统中搭建模型并模拟运行,通过制造故障,
测试掌握系统能否准时响应。”
国网冀北电科院智能电网与新能源讨论所所长吴林林表示,随着新
能源电力占比不断提升,为了保障电网平安稳定运行,需要运用仿真
技术讨论系统运行的简单特性,找到电网薄弱环节,最终达到提升可
再生能源电力送出力量的目的。
吴林林向记者透露了一组数据:通过对锡盟特高压交直流、张雄特
高压沟通等新能源电力外送通道涉及的93座新能源场站、20种光伏
逆变器、84种风机和93种SVG进行精确建模,并开展相关特性分析,
指导新能源设备厂商针对性地优化机组特性,分别将锡盟特高压、张
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雄特高压的新能源电力送出力量分别提升了133%、45%。
“3月底,我们还搭建了张北柔直流工程及送端新能源场站的电磁
暂态模型,并成为了关键故障的校验手段。估计张雄特高压和张北柔
性直流工程投后,每年可将140亿千瓦时的清洁电力送至京津冀地
区,推动资源优势转化为进展优势。”刘辉说。
将电网搬到计算机里
其实,仿真技术由来已久。从原来的机电暂态仿真,到如今的电磁
暂态仿真,我国仿真技术快速进展。随着电网高比例可再生能源和高
比例电力电子装备的特征日益明显,对仿真技术也提出了更高的要求。
吴林林指出,大量新能源接入使电力系统的动态特性更加简单,传
统分析手段的计算精度已无法满意需求,电磁暂态仿真是新型电力系
统需突破的关键技术。“打个比方,常规的机电仿真技术相当于一
个放大镜,颗粒感比较强,而电磁仿真技术可以刻画微秒级响应,和
新能源电力电子装置的开关频率全都,相当于显微镜,可以更加清楚
地观看电力系统。”
“电磁暂态仿真相当于把偌大的电网用数字孪生方式搬到计算机
里面,其中有数目以万计、型号以百计的风电、光伏、SVG机组,为
得到机组的真实特性,需要用电磁暂态模型对机组掌握器进行半实物
测试,在完成机组自身的验证和建模后,还需要将这些‘树叶’一片
一片地添加到电网的核心架构‘枝干’上面。”张雄特高压电磁暂态
仿真平台技术带头人王潇说。
刘辉指出,目前,数字化仿真技术已经成为主流技术。随着技术水
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平的不断提升,仿真规模越来越大,计算速度越来越快,所能模拟的
故障类型也越来越丰富。
降低系统运行风险
在刘辉看来,在可再生能源将成为主要电力来源的大趋势下,肯定
要解决电力系统电力平衡的问题。“电网平安稳定运行,要保证发电
和负荷的平衡。新能源电源的可控性差,电源与负荷的平衡难度大,
系统的平安稳定风险提高。”
早在2022年,国网冀北电科院就领先开展全电磁暂态仿真力量建
设,相继攻克了新能源单机精确建模、大规模新能源高效仿真等诸多
技术难题,实现了新能源送出力量校核、电网事故仿真复现、电网运
行特性分析等多种功能,成为国内首个具备大电网全电磁暂态仿真力
量的省级电科院。
此外,燃煤机组深度调峰、新能源主动支撑技术也是业内部攻关
的重点。“煤电要乐观转变角色,不仅要降低出力,为绿电消纳腾出
空间,还要在新能源出力不足时供应电力支撑,维持电力系统平安稳
定运行。”刘辉介绍,“去年,我们实现了国内首台燃煤机组纯凝工况
下15%额定负荷运行且具备全面涉网支撑力量,技术达到国际先进水
平。”
截至目前,国网冀北电科院已累计完成国内38台机组的深调峰相
关试验工作,机组总容量超过1700万千瓦,增加电网调峰力量超过
360万千瓦。近3年,累计促进华北省间场新能源消纳38.56亿千
瓦时,
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