今天，咱們聊聊電力系統仿真技術。
什麽是仿真？
先舉個例子。假如工(gōng)程師設計了一(yī)座橋，除了理論計算，怎麽知(zhī)道這座橋到底實不實用、承重性如何呢？這就得先做出一(yī)個模型來驗證一(yī)下(xià)。
大(dà)橋模型圖。（視覺中(zhōng)國）
同樣的道理，如果工(gōng)程師研發一(yī)種新的電力系統，怎麽知(zhī)道這個系統到底穩定不穩定、有沒有缺陷呢？也得弄個模型來看看。這種用模型來測試電力系統的技術有個專業名詞——電力系統仿真技術。
中(zhōng)國電科院電網仿真中(zhōng)心超算中(zhōng)心。
電力系統仿真技術
兩個階段
一(yī)、物(wù)理模型階段
初，人們是用物(wù)理模型做試驗來研究電力系統的。這些模型就像我(wǒ)們常見的汽車(chē)模型一(yī)樣，把實物(wù)等比例縮小(xiǎo)。小(xiǎo)了，就更好研究了。
電力線路路徑模型。
二、數字模拟階段
随着電力系統的發展，電網的規模越來越大(dà)、複雜(zá)程度越來越高，物(wù)理模型已經不能滿足大(dà)系統實驗研究的需求了。正好，計算機技術大(dà)發展，這就出現了數字模型代替物(wù)理模型的新型仿真系統。
中(zhōng)國電科院科研人員(yuán)在電網仿真中(zhōng)心開(kāi)展科研攻關。
電力系統是個動态系統。所以，電力系統仿真技術不僅要像橋梁模型那樣研究物(wù)理問題，而且要研究動态問題——沿着時間軸連續對電網狀态變化過程進行計算。
随着計算機技術的發展，電力系統仿真計算速度不斷加快，當仿真計算速度與同一(yī)時間段内電網沿時間軸變化的速度一(yī)緻時，即達到了實時仿真。隻有仿真工(gōng)具達到實時仿真時，才具備将實際電網中(zhōng)的設備接入到仿真數字電網進行同步仿真的能力，也就是電力系統數模混合仿真。
三個難題出現
在直流輸電和新能源發電大(dà)規模發展之前，國内外(wài)均采用機電暫态數字仿真工(gōng)具研究大(dà)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(dà)量直流電源和新能源電源接入電網後，人們開(kāi)始認識到，機電暫态仿真方法無法準确模拟這些含電力電子器件設備的響應和控制特性，必須使用電磁暫态仿真方法。
打個比方，研究電網運行機理時，機電暫态仿真就像放(fàng)大(dà)鏡，電磁暫态仿真就像顯微鏡，放(fàng)大(dà)鏡看得快但是不如顯微鏡看得仔細。然而，電磁暫态仿真步長小(xiǎo)，速度慢(màn) ，建模極其複雜(zá)，之前用于仿真局部電網和具體(tǐ)工(gōng)程，根本無法仿真較大(dà)規模的實際電網。于是，在準确地仿真大(dà)電網安全穩定性和控制特性方面，出現了仿不了、仿不準、仿不快的難題。
國外(wài)多家科研機構都針對本國電網開(kāi)展數字仿真相關技術研究，但其電網複雜(zá)程度、運行控制難度遠不及我(wǒ)國電網。國際相關技術及經驗難以滿足我(wǒ)國電網的實際需求。中(zhōng)國電科院的電網仿真中(zhōng)心依托 863 計劃和電網公司科技項目，深入開(kāi)展相關研究，取得了多項重大(dà)技術創新，研發了具有國際水平的大(dà)電網電磁暫态仿真項目。
該項目的研發，解決了三大(dà)難題。
01仿得了
本項目攻克了衆多技術難題、将大(dà)電網仿真時間尺度由毫秒級變爲微秒級，實現了含多回直流和高比例新能源的大(dà)規模電網的電磁暫态仿真，并實現了工(gōng)程化應用，仿真規模達到上萬節點，可以覆蓋兩個區域電網，突破了人們對電力系統特性認知(zhī)的技術瓶頸，徹底解決了現代大(dà)電網“仿不了”的世界難題。
02仿得準
本項目攻克了子網分(fēn)解随機優化、任務映射圖匹配算法等技術難題，研制了基于高速光纖通信及軟同步的大(dà)流量分(fēn)散式數模接口，解決了大(dà)規模電力電子控制保護裝置和複雜(zá)系統保護裝置接入萬節點級大(dà)區電網的數模混合仿真難題，實現了15回直流控制保護裝置（約300面屏櫃，上萬個交互信号）同時接入到大(dà)規模實時仿真電網的數模混合仿真，跨越式提升了大(dà)電網的仿真精度，解決了對大(dà)規模電力電子設備接入電網控制響應特性“仿不準”的世界難題。
03仿得快
本項目攻克了多項技術難題，将含大(dà)規模電力電子設備的大(dà)電網電磁模型啓動時長由上百秒減少至5秒以内，實現了多潮流方式與故障組合的大(dà)批量仿真作業動态資(zī)源配置，計算效率提升3000倍以上，徹底解決了大(dà)電網仿真“仿不快”的世界難題。
看到這，您可能會想：這個項目成果太牛了，那它有啥實際應用？
助力“雙碳”目标實現
加快構建新型電力系統
“張北(běi)的風點亮了北(běi)京的燈”，這句話(huà)，讓全世界人們形象地了解了北(běi)京冬奧會的綠電實踐。這是奧運會曆史上實現所有場館綠電供應。
鮮爲人知(zhī)的是，爲北(běi)京冬奧會場館提供綠電的創造了12項世界的柔性直流工(gōng)程——張北(běi)柔直工(gōng)程全過程都離(lí)不開(kāi)電網仿真技術的有力支撐。
我(wǒ)國研發的大(dà)電網電磁暫态仿真平台是怎樣支持張北(běi)柔直工(gōng)程的？
張北(běi)柔直工(gōng)程是集大(dà)規模可再生(shēng)能源友好接入、多種形态能源互補和靈活消納、直流電網構建等于一(yī)體(tǐ)的重大(dà)科技試驗示範工(gōng)程。
啥叫“試驗示範”？那就是全球個，沒有現成的經驗可以借鑒。
所以，工(gōng)程的研發、規劃、調試和并網等過程都要利用高精度的仿真技術先行研究、驗證、測試等，然後，才能正式建設、投入運行。
俯瞰500千伏張北(běi)換流站，宛如一(yī)塊精密的電腦主闆。
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