內(nèi)蒙古風光資源富集，風能資源技術(shù)可開發(fā)量約占全國的57%，太陽能資源技術(shù)可開發(fā)量約占全國的21%。高比例新能源接入電網(wǎng)后，電力系統(tǒng)面臨系統(tǒng)慣量降低、調(diào)頻能力下降、無功支撐不足等挑戰(zhàn)。國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司電力科學研究院新型電力系統(tǒng)全過程仿真實驗室依托仿真分析技術(shù)，為當?shù)卮箅娋W(wǎng)安全穩(wěn)定運行提供技術(shù)支持。

實驗室建有大電網(wǎng)全電磁仿真平臺、半實物仿真測試平臺及電網(wǎng)穩(wěn)定動模試驗平臺等研究平臺，圍繞國家電網(wǎng)有限公司科技項目和內(nèi)蒙古自治區(qū)科技項目，開展含高比例新能源電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行、控制策略優(yōu)化及構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)等研究，助力加快建設(shè)新型電力系統(tǒng)。

有了“數(shù)字大腦”

運行風險提前算

“如果把電網(wǎng)比作交通網(wǎng)，那么大電網(wǎng)全電磁仿真平臺就是指揮這個交通網(wǎng)的‘數(shù)字大腦’?！睂嶒炇抑魅瓮跣掠罱榻B。實驗室配備了內(nèi)蒙古地區(qū)規(guī)模最大的大電網(wǎng)全電磁仿真平臺，能1∶1還原內(nèi)蒙古東部地區(qū)全域電網(wǎng)，精準呈現(xiàn)各個電壓等級網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，還能計算新能源電量外送能力與各類負荷變化，助力保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

赤峰市新能源發(fā)電裝機較多，但當?shù)仉娋W(wǎng)存在斷面限制，影響新能源電量消納。2023年，在國網(wǎng)蒙東電力調(diào)度控制中心的統(tǒng)籌下，實驗室牽頭組織赤峰供電公司、東北電力設(shè)計院等單位依托大電網(wǎng)全電磁仿真平臺，模擬不同風電出力水平、故障場景下的電網(wǎng)運行狀態(tài)，先后完成多種運行方式下的電網(wǎng)安全穩(wěn)定校核、策略驗證、穩(wěn)定控制系統(tǒng)試運行等工作，保障500千伏青山變電站B套穩(wěn)定控制系統(tǒng)投運，助力赤峰地區(qū)以220千伏電壓等級并網(wǎng)的風電總出力斷面限額提升30萬千瓦。

實驗室還針對通遼500千伏科爾沁變電站穩(wěn)定控制系統(tǒng)改造開展了專題分析，驗證新投運設(shè)備在復(fù)雜工況下的響應(yīng)特性，全過程參與裝置策略制定、定值計算等環(huán)節(jié)，把好穩(wěn)定控制系統(tǒng)改造技術(shù)關(guān)。改造實施后，通遼南部電網(wǎng)斷面新能源電量外送能力提升30萬千瓦。

虛實結(jié)合開展測試

新型設(shè)備過關(guān)再“上崗”

新型設(shè)備并網(wǎng)穩(wěn)定性如何？先接入半實物仿真測試平臺“考個試”。

半實物測試就是“虛實結(jié)合”，把新能源機組控制器等硬件設(shè)備接入半實物仿真測試平臺，讓設(shè)備在模擬的電網(wǎng)環(huán)境里運行，開展并網(wǎng)性能測試。這樣既避免了設(shè)備直接并網(wǎng)的風險，又能精準檢測設(shè)備的性能?！熬拖窠o新司機找個模擬駕駛艙，讓他熟悉了路況再上路。”王新宇說。

實驗室以半實物仿真測試平臺為核心，建立了“數(shù)字仿真+物理接口”的數(shù)模混合測試體系，針對“三道防線”裝置、新能源逆變器、儲能控制器等二次控制設(shè)備，模擬電壓跌落、負荷突變、短路故障等極端工況，把控設(shè)備入網(wǎng)技術(shù)標準，避免不合格設(shè)備影響電網(wǎng)安全。依托該平臺，實驗室在新能源結(jié)構(gòu)化建模技術(shù)領(lǐng)域走在行業(yè)前列，已經(jīng)開展了光伏設(shè)備、直驅(qū)風機、雙饋風機、構(gòu)網(wǎng)型儲能、跟網(wǎng)型儲能、靜止無功補償器等各類設(shè)備的半實物仿真測試及控制策略驗證，并與全數(shù)字封裝模型做對比，累計發(fā)現(xiàn)低短路比耐受能力不足、高低穿特性不一致等問題60余項。

在多種場景中模擬演練

電網(wǎng)更好應(yīng)對復(fù)雜工況

“大電網(wǎng)仿真看的是宏觀穩(wěn)定，半實物測試測的是設(shè)備性能，而動模仿真練的是動態(tài)應(yīng)對。”王新宇說，“動模仿真能還原電網(wǎng)運行中的各種動態(tài)場景，比如機組啟停、故障恢復(fù)、負荷突變，就像給電網(wǎng)搞體能訓練，使其能更好應(yīng)對復(fù)雜工況?！?/p>

新型電力系統(tǒng)特性認知、運行控制及故障防御正逐漸成為動模仿真領(lǐng)域的主要攻關(guān)方向。探索100%輸送新能源電力的系統(tǒng)穩(wěn)定特性、大電網(wǎng)故障防御及黑啟動技術(shù)、功率振蕩抑制技術(shù)等研究課題，動模仿真可提供模擬驗證方案，彌補傳統(tǒng)仿真手段結(jié)果抽象、與實際工況匹配度不足的短板。

實驗室打造了國內(nèi)先進、東北地區(qū)首個聚焦新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題的電網(wǎng)穩(wěn)定動模試驗平臺。該平臺可還原“雙高”電力系統(tǒng)在復(fù)雜工況下的動態(tài)響應(yīng)過程，面向未來電網(wǎng)形態(tài)開展新型穩(wěn)定問題專項研究與實證?；谠撈脚_，實驗室突破了實時在線次同步振蕩風險預(yù)警及抑制、分散布置低成本潮流控制設(shè)備拓撲及分散子模塊協(xié)調(diào)控制保護等關(guān)鍵技術(shù)，研制了低頻振蕩阻尼及分布式潮流控制器等成套裝備。相關(guān)成果獲2024年度內(nèi)蒙古自治區(qū)科技進步獎一等獎。（攝影：冷佳奇）

團隊研究方向

圍繞新型電力系統(tǒng)建設(shè)需求，聚焦新能源與大電網(wǎng)全電磁仿真技術(shù)、電力電子及網(wǎng)源協(xié)調(diào)設(shè)備硬件在環(huán)仿真、省地一體化仿真參數(shù)管理平臺構(gòu)建、構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)等領(lǐng)域開展研究，從基礎(chǔ)理論研究、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)到實證應(yīng)用落地，解決高比例新能源接入情況下電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行難題，為蒙東電網(wǎng)提供“仿真預(yù)判—技術(shù)驗證—風險防控”全鏈條技術(shù)支撐。

團隊成果展示

●承擔國家電網(wǎng)有限公司科技項目5項、

內(nèi)蒙古自治區(qū)科技項目3項

●獲得內(nèi)蒙古自治區(qū)科技進步獎一等獎、二等獎

●發(fā)表論文37篇，獲得國家發(fā)明專利授權(quán)39項、軟件著作權(quán)2項

●研發(fā)了具備自主知識產(chǎn)權(quán)的新能源寬頻振蕩風險評估及抑制裝置