[00244194]适用于多源环境和输配电网的组态仿真关键技术研究与示范

1、课题来源与背景 本项目通过国家电网公司科技立项，由国网宁夏电力公司电力科学研究院牵头，中国电力科学研究院等单位协作，开展"适用于多源环境和输配电网的组态仿真关键技术研究与示范"项目工作，针对新能源和新型电力电子设备如风力发电、光伏发电、柔性直流输电等关键技术问题，运用数字仿真和物理仿真的技术手段，能够为装置测试、高难度试验和高置信度仿真提供一种全新的解决方案，为验证风电和光伏发电设备的性能及其在系统中的作用提供了新的研究手段。 2、技术原理和性能指标 2.1主要技术原理： （1）大规模电力系统与风电、光伏发电设备的联合实时仿真技术研究 提出不同步长电磁仿真子网的接口算法，建立具有代表性的混合步长计算系统。构建优化解耦数学模型，提出适用于混合步长仿真的电磁暂态自动解耦方法。提出超大规模电力系统与风光发电设备的联合实时仿真方法；研制出kW级数模混合仿真试验平台，完成风光发电设备接入超大规模电力系统的联合实时仿真。 （2）基于FPGA的新型电力电子设备实时仿真技术研究 基于并行化运算方面的新系统架构、硬件平台和实施方案，提出实现小步长仿真的FPGA系统。提出模块化多电平换流器的理论仿真模型和模块化多电平换流器的等效电路和解耦方法；提出模块化多电平换流器模型的硬件系统实现方案。提出小步长系统与大步长系统的解耦方法，证明该方法的稳定性和准确性；提出小步长系统基于FPGA平台的信号处理内核，实现ADPSS混合步长仿真接口。 （3）服务大运行体系的电网仿真分析应用新技术研究 提出数据质量综合评估方法，提出运行仿真数据质量问题快速定位辨识方法。制定运行限额和稳控装置动作策略的仿真描述规范。考虑运行限额和稳控装置策略动作特征，提出暂态稳定仿真改进升级方法，实现与安全稳定分析系统的一体化集成。 （4）输配电网联合仿真分析技术研究 设计出适应于输配模型参数管理的数据结构。提出的输配电联合仿真计算分析系统能适应于省网和地区电网的交互仿真计算。提出的输配电网联合仿真计算分析系统能实现配电网的潮流、短路电路、无功优化等相关计算功能。 （5）输配网组态仿真系统研究开发与示范 提出输配网组态仿真分析的典型应用场景，针对新能源接入等单因素或多因素变量，仿真研究输配电网的典型场景。实现输配网联合计算，支持配电网运行及可靠性仿真、省级电网新能源接入仿真等多种应用。提出组态仿真综合性应用场景功能检验案例及分析效果评价方法。开发输配网组态仿真系统并实现示范应用。 2.2主要性能指标： （1）支持2个风电场、3个光伏电站与30000节点级规模电力系统的联合实时仿真； （2）基于FPGA的多电平（49级及以上）级联式换流器与30000节点级规模电力系统的联合实时仿真； （3）研发的电网仿真数据质量评估软件针对3 万节点级大电网运行仿真数据质量评估时间≤10秒，运行仿真数据问题辨识时间≤3秒； （4）研发的适用于输配电网联合仿真计算分析软件能够实现对输电网、配电网多种模式的组合仿真； （5）研发的输配电网组态仿真系统能够实现输配电网数据管理、联合计算，支持配电网运行及可靠性仿真、省级电网新能源接入仿真等多种应用； （6）研发的仿真试验平台能够实现kW 级风光设备的联合数模实时仿真试验； （7）研发了基于FPGA的小步长仿真硬件系统。 3、成果的创造性、先进性 （1）提出一种基于等值TLI的电磁暂态混合步长仿真接口方法，解决了进行大规模电力系统仿真时多时间尺度过程并存、使用单一仿真算法在计算精度和计算速度方面存在矛盾的问题；（2）提出了一种基于FPGA的ADPSS电磁暂态小步长仿真平台架构，实现了小步长开关模型和模块化多电平换流器的小步长实时仿真；（3）提出一种基于E语言的电网运行控制和安控策略标准化描述方法，实现了安控策略电子化描述的在线仿真接口；（4）基于网络拓扑分析及潮流不收敛原因辨别，提出了PSD潮流算法适应输配电网联合计算的改进方法；（5）提出多类型事件映射与数据驱动电网组态仿真集成方法，结合数据驱动实现了输配电网不同仿真场景应用功能的快速定制。 4、技术的成熟程度，适用范围和安全性 该成果能实现电力系统多场景深度仿真模拟和试验研究，实现了电网仿真定制场景的组态式集成，深化了电网实验仿真技术手段，提高了电网安全稳定分析效率；能为骨干网架和交/直流输配电系统运行特性的试验验证、电力系统运行控制技术研究、以及电力系统新技术和新装备的应用研究等提供强有力的手段，在行业关键技术创新和推广应用方面将发挥辐射和带动作用。 研发的组态式仿真系统可在网省公司电网规划设计和运行部门广泛推广和使用，具有广阔的市场前景。 5、应用情况及存在的问题 研究成果在宁夏电网得到了示范应用，整体运行情况良好。建议基于该成果，进一步开展新能源和新型电力电子设备控制策略、试验验证以及仿真计算、分析等方面的研究。