2024年大电网规划仿真技术发展趋势报告

2024年9月21日 大电网规划仿真技术的重要性 C目录ontents 二大电网规划仿真技术面临的挑战 三大电网规划仿真技术发展趋势 (一)“双碳”自标与新型电力系统 国家发改委、能源局、数据局发布《加快构建新型电力系统行动方案》提出开展9项专项行动，加快推进新型电力系统建设取得实效，支撑实现碳达峰目标。 中央深改委通过《关于深化电力体制改革加快构建新型电力系统的指导意见》。强调加快构建清洁低碳、安全充裕、经济高效供需协同、灵活智能的新型电力系统 气候雄心峰会：到2030年，非化石能源占一次能源消费比重达到25%左右，森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米，风、光总装机容量将达到12亿千瓦以上。 中央财经委第九次会议：构建清洁低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革构建新型电力系统 习近平总书记在七十五届联大讲话中宣布：中国将采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和 “双碳”目标和新型电力系统构建背景下，新能源、直流规模和占比将持续攀升，电力系统“双高”特征凸显。预计到2030年： 全国风光装机将从2024年7月底的12亿增加到24-28亿千瓦，可再生能源发电量增量在全社会用电量增量中的占比达到64%-67%，其中国网公司经营区风光装机将达到20-23亿干瓦。 全国特高压直流规模将从20回增加到40回左右，其中国网公司经营区从16回增加到35回以上 （三）大电网规划仿真计算的重要性 中国电力科学研究院有限公司 逐时精细化模拟系统平衡状态，可发掘传统方法易忽视的保供消纳问题，以指导电源、电网规划和风险应对措施部署。高比例新能源接入下，系统关键运行状态增多，传统方法主要关注少数典放的电力电量平衡分析流程，辅助逐时研判系统供需平衡风险，指导系统规划和风险应对措施部署 (三)大电网规划仿真计算的重要性 同送同受直流群规模进一步增大对大电网送、受端进行联合仿真，可更加准确地模拟送、受端系统的交互耦合特性，指导跨区直流合理布局。预计2030年，某区域电网同送同受直流群规模可达6回，若发生6回直流连续三次换相失败闭锁，将导致电网直流近区出现高频问题，存在高周切机风险。 （三）大电网规划仿真计算的重要性 中国电力科学研究院有限公司CHINAELECTRICPOWERRE 交流、直流系统与新能源之间特性耦合机理复杂，大电网规划仿真可提前研判第一级安全稳定故障引发的一系列连锁稳定问题"十五五”中期，某区域电网馈入直流达9回，若新增直流工程采用常直方案，特高压线路交流N-1故障，可能引发9回直流同时换相失败，叠加新能源低穿期间的功率暂降特性，加剧对薄弱联络线的功率冲击，引发功角失稳，导致系统解列。 （三）大电网规划仿真计算的重要性 集中式与分布式新能源将大规模接入电网，系统中多次出现频率范围覆盖从次同步-超同步高频带的宽频带振荡稳定问题。国内外已有多次报道，活源振荡事故引发送端大量新能源脱网哈密事故引发数百公里外火电机组轴系保护而脱网，均严重威胁电网安全稳定运行 大电网规划仿真技术的重要性 C目录ontents 二大电网规划仿真技术面临的挑战 三大电网规划仿真技术发展趋势 电力供需平衡计算面临的挑战 中国电力科学研究院有限公司 源网荷储全链条平衡特性精细化刻画困难。随看新型储能、电动汽车等新主体不断涌现，源网荷储全链条各环节资源种类显著增多且特性各异，在元件层级精确刻画其运行特性，在系统层级准确量化其协同互动能力难度大。 电力供需平衡计算面临的挑战 中国电力科学研究院有限公司 启发式算法、优化方法难以兼顾计算效率和准确性，无法满足精细化供需平衡计算需求。电力供需平衡精细化模拟计算一般是庞大的混合整数规划问题，算得快、算得准、算得细构成不可能三角，常规启发式算法和优化方法难以兼顾计算效率和准确性，无法满足规划工作开展精细化电力供需平衡计算的需求。 (二)安全稳定仿真计算面临的挑战 中国电力科学研究院有限公司 大电网规划仿真计算量巨大，计算能力无法满足规划工作高频次送代需求。一是新增工程多边界条件复杂多样，规划方案增多；二是高比例新能源接入导致系统状态复杂多变，为全面掌控系统安全边界，需校验的计算方式增多；三是系统多失稳形态复杂，需校验的故障类型多和总体数量多；四是电网规模扩大，单一方式下数据规模大，计算耗时长。 (二)安全稳定仿真计算面临的挑战 中国电力科学研究院有限公司CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUI 人工经验构建关键方式不完备，方式调整效率低。构建关键方式包含方式筛选、数据拼合、方式校核调整等环节，高比例新能源接入下依赖人工经验难以充分发掘关键方式，且涉及各层级规划人员频繁沟通和多次选代，环节几长，一般从方式敲定到数据调整妥当需要两月时间。 安全稳定仿真计算面临的挑战 中国电力科学研究院有限公司 规划电网直流技术路线及拓扑复杂多样。为适应多直流接入下送、受端系统在电源汇集、潮流疏散、短路电流控制以及稳定性等方面的需求，规划直流工程可能采用LCC、VSC、CLCC、SLCC等多种技术路线和并联多端、级联（分层）多端等多种拓扑结构及其组合形式， (二)安全稳定仿真计算面临的挑战 中国电力科学研究院有限公司CHINAELECTRICPOWERRESEARCHINSTITUT 新能源接入规模不断增加，建模难度大，难以兼顾仿真效率与精度。源测集中式新能源点多面广详细建模难度大；荷侧含分布式新能源的全电压等级建模缺之可行性，仿真效率低。源测单机倍乘与荷侧将新能源视为负负荷的粗略建模方法难以完全反映大规模新能源接入对电网稳定特性的影响 大电网规划仿真技术的重要性 C目录ontents 二大电网规划仿真技术面临的挑战 三大电网规划仿真技术发展趋势 ()数据管理技术 图模一体平台化开展规划数据建模和仿真计算，提升大电网多方案多层级跨部门数据建模工作效率。基于电网设备全生命周期模型管理，实现对大时间跨度电网方式数据的自动生成基于电网组织架构的数据管理和标准化任务流程，实现跨单位跨部门分工协作。 数据管理技术 采用1+N”平台架构和多分支规划方案管理技术，提升数据建模的灵活性。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“1+N数据平台架构，避免多单位协同工作的相互影响基于公共基础方案和个性化分支方案的规划方案构建模式，能够避免不同规划工作的相互影响。 (二）方式智能构建技术 采用知识和数据驱动方法实现方式筛选自动化，可在海量数据中精准定位关键方式。基于8760小时精细化时序生产模拟，通过知识驱动和数据驱动的关键方式提取方法，高效自动筛选可全面表征系统特性的运行方式，解决方式提取顾此失彼、费时耗力难题。 （二）方式智能构建技术 采用智能算法自动生成方式数据，突破人工依赖，显著提升效率。结合提取的关键方式，自动计算有功损耗，优化无功配置，生成基态潮流数据，结合基于知识图谱的人工智能算法优化不收敛潮流方式，实现方式构建全流程数智化，交效率可提高5倍以上 新一代生产模拟技术 采用深度学习方法构建中长期新能源出力曲线，通过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和储能拟实化模拟，提升生产模拟精度。基于深度学习模型，结合新能源历史出力和气象数据，总结新能源随机性波动规律，合理预测新能源出力曲线；研发基于近似动态规划的等电量搜索算法，在满足各类时序耦合约束下，优化决策储能最优工作位置， 三亲新一代生产模拟技术 构建启发式算法与优化方法相融合的新型计算框架。基于启发式快速算法流程，分支派生全局优化方法，通过传递中间计算结果减少优化模型整形变量，提高整体计算效率并优化启发式决策形成“一体双轨”的新型高效计算框架 传递机组开机状态 1）电力平衡约束6）最小/最大利用小时数约束2）旋转备用约束7）强制开机约束3）机组/线路爬坡约束8）抽蓄储能库容动态平衡约束4）火电机组连续启停约束9）抽蓄储能日循环约束5）线路运行约束10）需求侧响应约束... 面向新型核心器件和新型拓扑结构提升直流建模技术。在核心器件方面，建立健全CLCC、SLCC等LCC换流器模型和全桥/混合桥等VSC换流器模型，并考虑直流变压器、直流储能等新型器件。在直流拓扑方面，完善多端并联/分层级联等复杂通用结构的建模技术，支持跟/构网型并网控制策略。 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结构与建模方法，实现仿真精度和效率的平衡。仿真对比新能源场站等值模型和详细模型的误差，结果表明典型故障下5秒全过程仿真等值模型均方差低于10%；通过人工短路试验和多机等值仿真对比，同样可以验证等值模型的准确性 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。通过在考虑配电网络的综合负荷模型虚拟母线上增加等值光伏和风电机组，以反映分布式光伏和风电对配电网动态的影响。基于流过主变高压侧功率等值前后不变的原则，推导等值新能源机组的关键参数计算公式，解决负荷供电区域外特性的精准模拟问题。 (五)「电磁暂态仿真技术 采用电磁智态仿真技术提升深度电力电子化规划电网仿真精度。全部元件采用ABC三相模型线路采用动态模型，考虑谐波和直流分量以及开关动作的过零点，精细化程度高，仿真步长短，仿真结果准确性高。 (五)电磁暂态仿真技术 采用数据自动生成技术提升电磁暂态仿真数据建模效率。基于机电暂态数据中的网络架构、设备参数和潮流结果，可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。通过自动数据生成技术，一个工作人员在2～3小时可完成区域电网数据建模；通过方式迁移工具，可在10分钟内完成新方式建模。 (五)电磁暂态仿真技术 采用数据自动初始化技术提升电磁暂态仿真易用性。通过一键式直流和新能源电磁暂态初始化仿真3-4s左右，电磁暂态仿真系统内的所有设备即可进入指定稳态，并具备自动校核功能，对问题模型突出显示。 汇报完毕，谢谢！