2024新能源电力系统仿真技术及应用报告-中国南方电网_34页_1mb

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支撑新型电力系统规划、建设与运行的关键工具。随着我国新能源装机容量的持续增长，电网结构正在发生深刻变化，新型电力系统呈现出高维度、强非线性、多尺度动态耦合、强不确定性的特征。这些特性对仿真技术提出了更高要求，包括精准计算大规模系统的安全稳定边界、解决宽频振荡问题、提升仿真模型的准确性与全面性等。

主要观点

• 新能源发展迅速：我国新能源装机容量已占全国总装机的35.96%，预计2030年将超过40%。
• 仿真技术的重要性：仿真技术贯穿电力系统全生命周期，是保障系统安全、稳定、经济运行的核心要素。
• 挑战与需求：
  • 仿真精度与规模：随着新能源接入规模的扩大，仿真模型的精细化程度和规模对送电极限计算影响显著。
  • 宽频振荡问题：电力电子设备的高频控制与交流电网的耦合导致宽频振荡问题突出，需开发高精度、多时间尺度的仿真方法。
  • 黑箱化问题：由于控制器参数和逻辑不透明，导致仿真模型无法准确反映实际情况，需通过链接库、参数辨识等方法解决。
• 技术发展方向：
  • 智能化：结合人工智能技术提升模型自适应与预测能力。
  • 多源算力：发展基于CPU、FPGA、云计算和超算的异构计算体系。
  • 云协同仿真：推动大规模分布式协同仿真技术，提高计算效率与灵活性。
  • 数字孪生：深化仿真与实际电网融合，实现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，推动技术创新。

关键信息

• 仿真模型与精度：不同精度模型对送电极限计算影响显著，精细化模型可提升系统稳定边界。
• 硬件在环与链接库：通过硬件在环（HIL）和链接库技术，解决新能源设备建模与控制逻辑透明性问题。
• RES仿真平台：南方电网开发了RES（Renewable Energy System Simulator）平台，支持云仿真、本地仿真、实时仿真等多种方式。
• 应用案例：
  • 海上风电送出：通过HIL和链接库建模，有效提升送电能力与系统稳定性。
  • 光伏脱网事件：通过仿真复现故障场景，优化逆变器保护定值，避免脱网。
  • 海风场振荡分析：准确复现振荡现象，提出关键控制策略。
  • 柔直送出工程：采用风机变流器HIL与RTLink链接库结合的仿真方式，实现控制策略的优化与验证。

仿真技术支撑体系

南方电网构建了完整的新能源并网仿真支撑体系，包括：

• 仿真建模技术路线：从现场实测、HIL、动态链接库、参数识别等环节形成闭环。
• RES平台研发：具备高性能建模、高精度链接库、多算力支持等优势，适用于大电网、新能源、直流输电等场景。
• 仿真数据中心：实现电网仿真数据准备、计算执行、结果统计的全过程自动化，支持多业务智能化。

未来展望

• 推动能源革命与碳中和：通过构建更加精确、高效、智能的新能源仿真体系，支撑新型电力系统建设。
• 技术趋势：
  • 智能化仿真：提升模型自适应能力。
  • 云端协同：实现大规模分布式仿真。
  • 数字孪生：深化仿真与实际电网融合。
  • 跨学科融合：推动新能源仿真技术创新。

总结

新能源电力系统仿真技术正面临前所未有的挑战，包括模型精度、计算能力、控制逻辑透明性等问题。南方电网通过构建RES仿真平台、建立统一模型参数数据中心、推动HIL与链接库技术应用，已形成较为完善的新能源并网仿真支撑体系。未来，仿真技术将向智能化、云协同、数字孪生等方向发展，为新型电力系统的安全、稳定、高效运行提供坚实支撑。