電網運行“數字練兵場” 南網領先世界

2013-10-08 16:27:03 南方電網報記者：關飛　點擊量：評論 (0)

南網科研院研發交直流大電網全景實時仿真技術獲專家組鑒定

4月1日，由中國機電工程學會組織的9位國內電力專家來到南網科研院，對該院“交直流大電網高擬真跨平臺全景實時仿真技術（以下簡稱電網實時仿真技術）”的集成研究與開發應用進行科技成果鑒定。會上，鑒定專家委員會主任委員、中國科學院王錫凡院士對這套獨具南網特色的仿真系統大為贊嘆：“這種特色鮮明的平臺，自主創新性如此明顯，在世界上也屬鮮見。”

那么，王院士盛贊的“特色鮮明”究竟是怎樣的呢？

尋求南網特色的解決之法

記者在南網科研院的電網仿真實驗室看到，一排排的云廣/糯扎渡、STATCOM等工程項目的控制保護設備前，是正在顯示仿真運算結果的顯示屏，旁邊的RTDS（實時數字仿真儀）設備燈光頻閃，正在全速進行運算。

科研院仿真與控制技術研究所試驗平臺技術研究室主任張建設介紹說，隨著多年發展，南方電網“交直流、遠距離、大容量”的特殊電網結構決定了其運行的復雜性，加之近年來柔性直流輸電、STATCOM、儲能等技術紛紛加入電網，給電網運行又帶來了新的難度，也給運行部門增加了很大壓力，如何駕馭好世界上最復雜的大電網？“我們需要一個更好的仿真平臺。”

2004年，李立浧院士等專家組成員通過國內外調研，建議研發仿真平臺，于是，公司投入巨資建立了電網仿真實驗室。但電網仿真技術有很多種，俄羅斯、韓國、加拿大等國電網均根據自身情況采取了不同方式，專家組經過論證，認為南網的仿真技術研發起步稍晚，在傳統的模擬仿真上可能不具有優勢，建議研發數字仿真。這就是為什么在南網科研院的電網仿真實驗室里看不到任何網架或設備模型，只有運算設備和顯示屏，好像信息中心的原因。

不到10年的時間，南網科研院在電網實時仿真技術的研發上已經取得了14項專利，并將其發展為國內外規模最大、技術最先進的復雜電網仿真實驗平臺。國家能源局也于2009年將全國唯一一個“國家能源大電網技術研發中心”落戶南網科研院，而在其5項目標中，就包括仿真試驗技術研發。

鑒定專家組副主任委員、中國電科院印總華總工深有感觸地說：“南網仿真實驗平臺從2004年起步，到目前這么大的規模，我親歷了其發展歷程。該平臺已真正在交直流復雜大電網特性仿真分析及運行技術服務等發揮重要作用，實屬不易。”

仿真技術能解決什么？

那么，電網實時仿真技術能夠解決電網發展中的哪些問題呢？
科研院仿真與控制技術研究所所長韓偉強介紹說：“電網實時仿真技術，在高壓直流工程、交直流電網安穩控制、新型電力電子技術應用等方面發揮著重要作用。”
電網實時仿真技術，就是在實驗室中構建出一個數字化的虛擬電網環境，然后在這個“看不見、摸不著、只存在于處理器和顯示屏中”的虛擬電網環境上，運行需要試驗的調度指令，或是接入需要檢測的相關設備，以試驗它們對電網運行所產生的影響，經過這個數字模擬練兵場的檢驗過關之后再投入實際電網運行，可將安全風險將至最低。
張建設說，交直流大電網運行中會存在各種各樣的問題：電壓穩定、交直流相互影響、安全穩定、電壓無功等問題，都可以在仿真技術平臺上得以檢驗。

但一切的前提是，仿真平臺必須做到對電網環境的精確復制，才能保證試驗的準確性。所以，“仿真技術有六成左右的難度，都集中在模型的建立上，而且最具有我們南網的科技核心競爭力和作為我們無形資產的東西，也恰恰是我們構建數字電網模型的分析方法，我們申請了專利。”

比如孤島運行試驗中，常規的手段都無法進行預演，只能通過仿真技術進行測試，在實驗室中虛擬地構建了一個“孤島”的環境，而控制保護、勵磁調速等設備則是1:1的原物放在實驗室中，聯入虛擬電網，完成了最終的試驗。

仿真試驗已成必須的一環

目前按照南網在工程建設中的相關規定，像云廣/糯扎渡±800千伏直流輸電和STATCOM等大型工程中，在設計環節之后與施工環節之前，必須通過實時仿真技術平臺對控制保護等設備進行“數字化模擬練兵”，以觀察在電網運行的各種突發或復雜情況下，設備的反應是否過硬、設計是否存在缺陷等，如發現問題則可以及時修改，既節省了工期，也節省了現場調試又要返工的高昂成本。

盡管相關的設備廠商、科研院校也有類似的仿真實驗室，但由于他們缺乏對復雜大電網的了解和技術支撐，所以都無法完成聯網試驗，只能孤立地測試一個設備。”張建設介紹說。

工程之外，仿真平臺的作用還體現在調度中，比如去年八九月間，南方電網出現了多起多回直流同時換相失敗，仿真實驗室就根據獲得的運行方式數據，導入到各直流的仿真平臺中，然后開始導入故障，比如8月11日出現雷擊導致C相故障，試驗人員也在仿真平臺中模擬C相故障，然后努力做到讓仿真平臺中的電網波形與實際故障發生時換流站和變電站錄下的電網波形基本一致，這時，調度部門就可以在這個“人造的故障平臺”上進行安穩策略以及切機、切負荷等調度指令的預演，為以后處理相關情況提供重要的參考。

目前，南網科研院仿真實驗室平均每3天就要接待一次國內外電力行業與企業的參觀者，已成為南網名副其實的“高科技展示窗口”。