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          新型電力系統仿真技術挑戰初探與思考

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          新型電力系統核心特征在于新能源占據主導地位,成為主要能源形式。隨著我國碳達峰、碳中和目標的提出,新能源在一次能源消費中的比重不斷增加,加速替代化石能源。未來我國電源裝機規模將保持平穩較快增長,呈現出“風光領跑、多源協調”的態勢。

          電力系統并不是簡單的能源系統,其造價高昂,試驗的危害性大,且一般需要很長時間才能了解系統變化帶來的后果,因此仿真技術在電力系統的規劃設計、調試試驗、運行維護等全生命周期中應用廣泛,有著不可替代的重要作用。

          傳統電力系統在電源側以火電、水電機組為主,在電網側以基于架空線的交流輸電為主,在負荷側以感應電機為主,僅存在極少量的電力電子設備,整個電網系統轉動慣量大,可控性高。隨著以風電、光伏為代表的新能源的大量接入,以火電為代表的傳統電源快速退出,電源系統將越來越受新能源電源穩定性影響。此外,隨著新能源電源增加而急劇增多的電力電子設備,也將極大影響電力系統電源側控制穩定性,同時還會帶來諧波等電能質量問題;電網側隨著交流輸電較多采用電纜和柔性直流輸電規模的急劇增加,電網的運行方式將更加復雜;在負荷側以電動汽車充電站、儲能站為代表的電力電子負荷占比快速攀升,負荷變化規律難以掌握。因此,電力系統不確定性、多變化性都將大幅增加,傳統的電網分析理論、運行經驗、仿真手段可能不再完全適用于新型電力系統,新型電力系統仿真面臨新的挑戰和新的問題,仿真技術的作用和定位也將作出相應調整。

          新型電力系統帶來仿真模式變革

          基于基波的仿真模式已無法滿足新型電力系統仿真精度的要求,需要在更寬的頻帶范圍開展仿真,由此為數字仿真帶來極大的計算量,而這已大大超出傳統依托單機系統進行非實時計算的仿真軟件能力。而新型電力系統實時仿真資源需求龐大,價格高昂,無法在電力系統各專業大規模普及推廣應用。

          高性能計算機加電力電子專用仿真硬件的準實時仿真模式將能有效解決新型電力系統仿真問題,用電力電子專用仿真硬件來提升電力電子設備的仿真規模、效率和精度,用超級計算機來模擬傳統電力元件,匯集多電力電子仿真硬件數據,實現新型電力系統的高效、高精度仿真。

          新型電力系統仿真的技術門檻、維護成本均較高,傳統的單機仿真模式已不能完全適應新型電力系統仿真的需求,云端仿真模式易多用戶共享的特點將得到越來越多的應用。

          新型電力系統帶來仿真技術變革

          新型電力系統中新能源受自然條件影響的特點,電力系統仿真不僅要考慮電力設備影響,還需要考慮風、光、溫度等自然環境因素影響,這將使電力系統仿真從單一的電學領域向空氣動力學、結構力學等多個專業領域發展,大規模多專業領域聯合仿真將極大地提升仿真的復雜度和難度,這是前所未有的挑戰,仿真技術需要在此基礎上,推進多專業領域模型和聯合仿真機制的突破和變革。

          新型電力系統設備更加多元,不同類型設備仿真時間尺度差別較大,多時間尺度設備聯合仿真需要配置大量數據交換接口,而多端口、高帶寬、低延時、高精度的數據交換技術亟待突破,以滿足新型電力系統仿真需求。

          新型電力系統帶來仿真應用場景變革

          新型電力系統仿真需求更加多樣化,不再局限于規劃設計、生產支持、教育培訓等方面,網絡信息安全的測試、智能技術的培育也同樣需要應用到仿真系統。新型電力系統必然是數字化、信息化、智能化高度集中的系統,仿真技術能夠推動數字化信息安全堡壘的構建,能夠實現智能技術的快速迭代和成熟落地。

          仿真技術傳統應用場景也將得到較大的擴展,不再局限于傳統電廠仿真、電網運行工況仿真和變電所仿真,也將在風電場、光伏電站、海上風電柔直并網、低頻交流輸電、儲能系統等新的場景中得到廣泛應用?! ≌雇磥淼男滦碗娏ο到y仿真技術,專業領域將更為廣泛,信息技術應用將更加深入,智能開放程度將進一步提高,技術密集度將不斷提升。仿真技術將是建設和運維好新型電力系統的不可或缺的技術支柱。

          2021年9月3日 19:50

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