支撑新型电力系统建设,推动数字孪生和全景仿真技术在配电系统的应用

发布日期:2021-07-20· 中国能源网 周柯

开展适应新型电力系统的配电系统全景仿真 配电网数字仿真能进行高效率、高速率求解仿真。全景仿真可针对仿真元件、仿真规模、仿真网架、模型精细度、仿真场景等在数字仿真、物理仿真、真型平台间合理调配仿真元素。开展适应新型电力系统的配电系统数字孪生示范应用 数字电网将成为承载新型电力系统的最佳形态。

未来新型电力系统中将以集中式和分布式新能源为主要电源。根据《南方电网公司建设新型电力系统行动方案》,到2025年,南方五省区新能源新增装机1亿千瓦左右,总装机达到1.5亿千瓦;配电网是新能源消纳的保障,需保障南方五省区新能源消纳利用率在95%以上。持续加强配电网数字化,是提升配电网对分布式电源承载力的关键。新型电力系统下配电系统将逐步采用交直流混合柔性供电、冷热气电多能耦合供能,成为结构复杂、设备繁多、技术庞杂的高维信息物理系统,具有时变非线性、部分可观测性和随机不确定性。现有仿真方法已无法适应新型电力系统下配电网快速精准的分析及高可靠运行需求,推动数字孪生和全景仿真技术的应用,通过元素建模、工具构建、全景仿真和示范应用四个步骤,可准确描述新型电力系统下配电系统的内部运行规律和外部运行特性,有助于实现新型电力系统下配电系统对新能源的无条件消纳和即插即用。

开展适应新型电力系统的配电系统建模

新型电力系统下配电系统中将包含大量电力电子装置,需逐步从器件级、变换器级、系统级开展不同尺度建模,实现新能源并网逆变器、能源路由器,配电网软开关的精细化建模。新型电力系统下配电中压部分模型拓扑变化周期长,低压部分相位模型和拓扑模型调整频次高,需实现中低压模型的拼接,构建完整的物理网络。新型电力系统下配电系统中将包括微电网、负荷聚集商等多元素组合体,需分析单元素运行特性以及协调控制下多元素的显现特征。新型电力系统下配电系统需与主网柔性互联,其动态特性由新能源系统、配电网网架、柔性设备、配网负荷共同主导,需对新型配电系统整体建模,提供面向主网的等值模型接口。

开发国产化适应新型电力系统的配电系统仿真工具

目前缺乏新型电力系统下配电系统仿真工具的理论支撑研究以及工程验证,主要采用国外仿真软件以及物理仿真。物理仿真因采用实际物理器件等比例缩小搭建动模系统,能够较为准确地反映配电系统多元素的工作过程,以及进行电磁仿真和继电保护系统测试,但难以实现对大区域新能源配电网全规模等效。国外商业软件如PSCAD、Simulink等软件存在贸易争端产生的禁用风险,且主要适用于大型主干电网系统的仿真研究,缺少配网设备模型及功能仿真模块。

开展适应新型电力系统的配电系统全景仿真

配电网数字仿真能进行高效率、高速率求解仿真,理论上可以不限规模进行建模,动模仿真的精确度和适用规模存在局限性,真型试验平台可以呈现真实的配电网运行特性,开展设备实际挂网运行。数字仿真、动模仿真、真型平台各有优缺点,无法实现大规模新型电力系统多元素、多尺度、多区域的仿真分析,因此构建数字仿真+动模仿真+真型平台一体的全景仿真平台具有重要意义。全景仿真可针对仿真元件、仿真规模、仿真网架、模型精细度、仿真场景等在数字仿真、物理仿真、真型平台间合理调配仿真元素,支撑新型电力系统下配电系统的仿真以及新设备、新技术的验证。

开展适应新型电力系统的配电系统数字孪生示范应用

数字电网将成为承载新型电力系统的最佳形态,数字孪生技术将对新型电力系统下配电系统的全流程、全要素、全业务进行数字化,构建由物理配电网和孪生配电网组成的数字配电网。在孪生配电网中通过数字仿真,可实现新能源规划方案评估、新能源集群调度方案验证、新能源保护策略校验、新能源并网设备检测、新型配电网设备适应性验证和检测以及源网荷储互动实验模拟等分析应用。仿真结果将反馈指导物理配电网的运行轨迹和资源配置,形成数据-模型-数据的闭环反馈。基于微电网、工业园区、智能台区等典型场景,开展新型电力系统下配电系统数字孪生示范应用,并逐步扩大应用规模。

(作者为南方电网广西电网公司电力科学研究院公司精准支持人才 )

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