【南方电网】2024年新能源电力系统仿真技术及应用报告_34页_11mb

新能源电力系统仿真技术及应用总结

核心内容

新能源电力系统仿真技术是新型电力系统规划、建设与运行的重要支撑，其核心在于应对系统高维度、强非线性、多尺度动态耦合及强不确定性等特性所带来的挑战。南方电网公司通过技术创新和平台建设，推动新能源并网仿真技术发展，形成了一套完整的“平台+资质+团队+标准”技术支撑体系。

主要观点

• 新能源发展迅速：我国新能源装机容量持续增长，2023年底达到10.5亿千瓦，预计2030年将超过15.5亿千瓦，新能源占比将超40%。
• 系统特性变化显著：新能源电力系统呈现出高维度、强非线性、多时间尺度动态耦合、强不确定性的特征，对仿真技术提出了更高要求。
• 仿真技术需求提升：需解决“仿不了”、“仿不精”、“仿不准”问题，提升计算能力、多源算力、异构计算及实时仿真性能。
• 仿真方法创新：通过硬件在环、动态链接库、参数辨识等方法实现精准建模和仿真，支撑系统稳定性和控制策略研究。
• 技术支撑体系构建：南方电网通过建立RES仿真平台、统一参数数据中心、多业务协同等方式，构建新能源并网仿真支撑体系。

关键信息

高维度与多尺度耦合

• 海量电力电子设备接入导致系统维度指数级增长，仿真模型需支持数万节点。
• 多时间尺度耦合问题对仿真步长提出更高要求，需发展适用于多时间尺度的建模算法。
• 高维系统仿真需结合多类型硬件、云计算和超算，实现高性能计算。

强非线性与强不确定性

• 新能源系统中包含多类型非线性元件和控制环节，需提升仿真精度以反映系统高频特性。
• 新能源发电设备和多样化负荷具有强不确定性，需解决“黑箱化”问题，提高模型的准确性。

仿真技术挑战

• 挑战1：仿真模型的精细化程度对送电极限计算影响显著，需提升建模精度。
• 挑战2：宽频振荡问题频发，需精准复现并预防。
• 挑战3：新能源机组控制参数复杂且多样，需建立统一参数标准和动态链接库，实现等值建模与控制逻辑复现。

仿真技术应用与成果

• 案例1：海上风电送出实时仿真与建模，实现新能源送电能力提升20%以上，系统稳定运行边界提升400MW。
• 案例2：线路故障导致光伏脱网事件，通过仿真优化保护定值，有效防止脱网现象。
• 案例3：某海风场振荡分析，通过全拓扑建模、硬件在环和动态链接库结合，成功复现振荡现象并提出改进措施。
• 案例4：海上风电经柔直送出工程仿真，实现160台风机控制精确仿真，支撑控制策略研究与优化。

RES仿真平台与技术

• RES平台包含RES-LAB、RES-Cloud和RES-RT，支持多算力架构和实时仿真。
• 平台实现大规模电网模型高效自动转化，支持多种链接库格式，解决“黑箱化”问题。
• 采用CPU+FPGA异构架构，实现百纳秒级实时仿真。

未来展望

• 技术发展方向：推动智能化仿真，结合人工智能技术提高模型的自适应性和预测精度。
• 云端协同仿真：深化云仿真技术，实现大规模分布式协同仿真。
• 数字孪生技术：加强仿真与实际电网的融合，实现电网全生命周期的数字化管理。
• 跨学科融合：加强与数学、控制理论等领域的交叉研究，推动新能源仿真技术创新。

新能源并网仿真支撑体系

南方电网构建了涵盖建模、仿真、数据管理、计算平台和智能分析的新能源并网仿真支撑体系，支撑多业务协同和异地应用，提升系统安全、稳定与运行效率。

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