“家定I线三永N-1第6次，3、2、1、故障触发。”“1000千伏、500千伏、220千伏、110千伏、35千伏电压等级的全部母线暂态过电压均未超标！”国网冀北电科院风光储并网运行技术实验室内，工作人员杨艳晨正通报电磁暂态仿真结果。“通过这样一次次仿真分析实验，我们核校了包括张雄特高压‘五变五线’送出系统等关键工程的新能源送出能力，为新能源高效消纳提供有力支撑。”国网冀北电科院副院长刘辉向记者表示，电磁暂态仿真技术已经成为构建新型电力系统、打造高比例可再生能源电网的重要技术。
让资源优势转化为发展优势
据刘辉介绍，仿真是指用模型去测试电力系统是否稳定和安全的技术。“新工程在正式投运前，都要在实验室里检测设计的合理性。主要的检测方式是在仿真系统中搭建模型并模拟运行，通过制造故障，测试控制系统能否及时响应。”
国网冀北电科院智能电网与新能源研究所所长吴林林表示，随着新能源电力占比不断提升，为了保障电网安全稳定运行，需要运用仿真技术研究系统运行的复杂特性，找到电网薄弱环节，最终达到提升可再生能源电力送出能力的目的。
吴林林向记者透露了一组数据：通过对锡盟特高压交直流、张雄特高压交流等新能源电力外送通道涉及的93座新能源场站、20种光伏逆变器、84种风机和93种SVG进行精确建模，并开展相关特性分析，指导新能源设备厂商针对性地优化机组特性，分别将锡盟特高压、张雄特高压的新能源电力送出能力分别提升了133%、45%。
“3月底，我们还搭建了张北柔直流工程及送端新能源场站的电磁暂态模型，并成为了关键故障的校验手段。预计张雄特高压和张北柔性直流工程投产后，每年可将140亿千瓦时的清洁电力送至京津冀地区，推动资源优势转化为发展优势。”刘辉说。
将电网搬到计算机里
其实，仿真技术由来已久。从原来的机电暂态仿真，到如今的电磁暂态仿真，我国仿真技术快速发展。随着电网高比例可再生能源和高比例电力电子装备的特征日益明显，对仿真技术也提出了更高的要求。
吴林林指出，大量新能源接入使电力系统的动态特性更加复杂，传统分析手段的计算精度已无法满足需求，电磁暂态仿真是新型电力系统亟需突破的关键技术。“打个比方，常规的机电仿真技术相当于一个放大镜，颗粒感比较强，而电磁仿真技术可以刻画微秒级响应，和新能源电力电子装置的开关频率一致，相当于显微镜，可以更加清晰地观察电力系统。”
“电磁暂态仿真相当于把偌大的电网用数字孪生方式搬到计算机里面，其中有数目以万计、型号以百计的风电、光伏、SVG机组，为得到机组的真实特性，需要用电磁暂态模型对机组控制器进行半实物测试，在完成机组自身的验证和建模后，还需要将这些‘树叶’一片一片地添加到电网的核心架构‘枝干’上面。”张雄特高压电磁暂态仿真平台技术带头人王潇说。
刘辉指出，目前，数字化仿真技术已经成为主流技术。随着技术水平的不断提升，仿真规模越来越大，计算速度越来越快，所能模拟的故障类型也越来越丰富。
降低系统运行风险
在刘辉看来，在可再生能源将成为主要电力来源的大趋势下，一定要解决电力系统电力平衡的问题。“电网安全稳定运行，要保证发电和负荷的平衡。新能源电源的可控性差，电源与负荷的平衡难度大，系统的安全稳定风险提高。”
早在2016年，国网冀北电科院就率先开展全电磁暂态仿真能力建设，相继攻克了新能源单机精确建模、大规模新能源高效仿真等诸多技术难题，实现了新能源送出能力校核、电网事故仿真复现、电网运行特性分析等多种功能，成为国内首个具备大电网全电磁暂态仿真能力的省级电科院。
此外，燃煤机组深度调峰、新能源主动支撑技术也是产业内部攻关的重点。“煤电要积极转变角色，不仅要降低出力，为绿电消纳腾出空间，还要在新能源出力不足时提供电力支撑，维持电力系统安全稳定运行。”刘辉介绍，“去年，我们实现了国内首台燃煤机组纯凝工况下15%额定负荷运行且具备全面涉网支撑能力，技术达到国际先进水平。”
截至目前，国网冀北电科院已累计完成国内38台机组的深调峰相关试验工作，机组总容量超过1700万千瓦，增加电网调峰能力超过360万千瓦。近3年，累计促进华北省间市场新能源消纳38.56亿千瓦时，折合减少碳排放338万吨。