2024年大电网规划仿真技术发展趋势报告

大电网规划仿真技术发展趋势

“双碳”目标与新型电力系统

• “双碳”目标：中国承诺在2030年实现碳达峰，2060年实现碳中和，提出构建清洁低碳、安全充裕、经济高效的新型电力系统。
• 新型电力系统特征：新能源（风光）规模和占比持续攀升，电力系统呈现“双高”（高比例新能源、高直流输电）特征。
• 数据预测：到2030年，全国风光装机容量将达24-28亿千瓦，可再生能源发电量增量占比达64%-67%；国网公司经营区风光装机达20-23亿千瓦，特高压直流规模达40回左右。

大电网发展场景

• 风电光伏装机容量：2018-2023年，我国风电光伏累计装机容量持续增长，2023年分别达6.1亿千瓦和4.66亿千瓦。
• 电源装机结构：2023年，我国电源装机结构中火电占比仍高，但风电、光伏占比显著提升；发电量中火电占比最高，但风电、光伏占比也快速增加。

大电网规划仿真计算的重要性

• 逐时精细化模拟：可发掘传统方法易忽视的保供消纳问题，指导电源、电网规划和风险应对措施部署。
• 同送同受直流群：同送同受直流群规模增大，连续换相失败闭锁可能导致电网高频问题和高周切机风险。
• 耦合机理复杂：交流、直流系统与新能源特性耦合复杂，大电网规划仿真可提前研判连锁稳定问题。
• 宽频带振荡：集中式与分布式新能源接入导致宽频带振荡稳定问题，威胁电网安全稳定运行。

大电网规划仿真技术面临的挑战

• 电力供需平衡计算：
  • 精细建模困难：源网荷储全链条平衡特性精细化刻画困难，新型主体（储能、电动汽车）特性各异。
  • 计算效率与准确性：启发式算法和优化方法难以兼顾计算效率和准确性，无法满足精细化需求。
• 安全稳定仿真计算：
  • 计算量巨大：新增工程多、边界条件复杂、系统状态复杂多变，计算能力无法满足高频次迭代需求。
  • 人工经验不完备：方式调整效率低，依赖人工经验难以充分发掘关键方式。
  • 直流技术路线复杂：规划直流工程可能采用LCC、VSC、CLCC、SLCC等多种技术路线和拓扑结构。
  • 新能源建模难度大：源测集中式新能源点多面广，荷侧建模难以兼顾仿真效率与精度。

大电网规划仿真技术发展趋势

• 数据管理技术：
  • 图模一体平台：基于电网设备全生命周期模型管理，自动生成电网方式数据，实现跨单位跨部门协作。
  • “1+N”平台架构：构建由1个数据管理平台和多个专用计算分析平台组成的架构，提升数据建模灵活性。
• 方式智能构建技术：
  • 关键方式自动筛选：基于知识和数据驱动方法实现方式筛选自动化，精准定位关键方式。
  • 方式数据自动生成：结合关键方式自动计算有功损耗、优化无功配置，实现方式构建全流程数智化。
• 新一代生产模拟技术：
  • 新能源出力预测：采用深度学习方法构建中长期新能源出力曲线，提升预测精度。
  • 储能拟实化模拟：基于等电量搜索算法快速定位储能最优工作位置，实现新能源出力精准预测。
  • 新型计算框架：构建启发式算法与优化方法相融合的新型计算框架，提高计算效率。
• 仿真建模：
  • 直流建模技术：面向新型核心器件和新型拓扑结构提升直流建模技术，支持多种技术路线和拓扑结构。
  • 集中式新能源多机等值模型：采用适用于大电网仿真分析的集中式新能源多机等值模型，平衡仿真精度和效率。
  • 广义综合负荷模型：采用考虑分布式新能源的广义综合负荷模型，提升负荷侧建模精度。
• 电磁暂态仿真技术：
  • 提升仿真精度：采用电磁暂态仿真技术提升深度电力电子化规划电网仿真精度，考虑谐波、直流分量和开关动作的过零点。
  • 数据自动生成技术：基于机电暂态数据实现不同新能源场景设备模型和高压直流输电系统的快速建模。
  • 数据自动初始化技术：通过一键式直流和新能源电磁暂态初始化，提升电磁暂态仿真易用性。