配电网仿真助力电网高质量发展

配电网连接电力主网和千家万户，在保障电力供应、支撑经济社会发展、服务改善民生等方面发挥重要作用。为加快建设新型能源体系和新型电力系统，推进配电网与源荷储科学融合发展备受社会关注。

中国电力科学研究院配电网仿真和运行分析科技创新团队历时十余年，积极发展配电网仿真技术，研发了国际首套大规模复杂有源配电网数模混合仿真平台，有效支撑了配电网优化规划、故障推演、分布式能源高效并网，为配电网发展建设贡献了中国智慧和中国方案。

自主研发 精准“刻画”配网海量设备

在位于北京市海淀区的中国电力科学研究院复杂配电网数模混合仿真实验室，海量的配电网数据正在实时传入仿真平台，一排排机柜不眠不休地闪烁着灯光，百纳秒级的超高精度实时仿真计算正在快速运行着。

中国电科院配电技术中心配电网运行分析研究室主任贾东梨一边看着实时计算的结果，一边和团队成员讨论着接下来的研究安排。

配电网连接电力主网和千家万户，具有体量巨大、分布广泛、节点众多、结构复杂等特点。

“‘十二五’以前，我国电力主网还不够完善，国家大力投资建设大电网，满足经济社会发展需求。伴随大电网的迅猛发展，直接面向各类电力用户的配电网也备受关注。”贾东梨介绍，“十二五”以来，我国城乡配电网投资规模不断扩大，开展配电网仿真研究变得更为迫切。

仿真是支撑大规模复杂配电网规划、调度与运维的有效技术手段。2010年，中国电科院成立复杂配电网数模混合仿真实验室，组建配电网仿真和运行分析科技创新团队，从零开始开发配电网仿真平台。研究团队最初只有5人，贾东梨就是其中的一员。贾东梨2008年硕士毕业后入职中国电科院，从事配电网相关研究。

实验室成立之初，国内配电网仿真研究尚处于空白，实验室只能借鉴国外的经验，购买了技术领先国家的软件开始啃硬骨头。

事实上，我国电力主网仿真研究起步较早。20世纪70年代，为满足电网建设需求，我国便开始研究电力主网相关的仿真计算分析模型，取得了一系列科研成果。那么，这些成果是否可以直接应用于配电网仿真研究？

答案是否定的。对此，贾东梨解释说：“与电力主网相比，配电网规模更大、设备类型更多、结构更加复杂，且直接连接着各种用户，具有三相不平衡的问题。不能直接套用电力主网的仿真模型，必须自主研发新系统。”

研究是漫长而枯燥的，考验着每一位研究人员的信心和耐心。2013年加入实验室的叶学顺谈到，有时候一个看似很小的问题都需要花费很长时间。比如，当仿真步长越小时，仿真模型越准确。为攻克50微秒实时仿真步长的问题，他们用了两年的时间。

功夫不负有心人。2019年，实验室自主研发的配电网仿真平台经过验证，成功问世。

如今，实验室研究人员达到18人，拥有10大类300余台套仿真设备，具备从稳态到暂态、数字到数模混合仿真的全系列仿真能力，是目前国内外规模最大、功能最全的配电网专业仿真实验室。

“目前实验室支持上万条馈线、百万节点的超大规模配电网快速计算与百纳秒级自适应变步长超高实时仿真，实现了我国配电网仿真核心技术的自主可控与仿真工具的国产化替代。”贾东梨告诉记者，像我国的超大城市，其配电网一般有3000多条馈线。也就是说，实验室已具备同时仿真3个超大城市配电网的能力。

配电网作为重要的公共基础设施，在保障电力供应、支撑经济社会发展、服务改善民生等方面发挥重要作用。

今年发布的《关于新形势下配电网高质量发展的指导意见》（以下简称《指导意见》）提出，有序扩大配电网投资，提高投资效益，协同推进配电网建设改造，系统推进配电网与源荷储科学融合发展，全面提升城乡配电网供电保障能力和综合承载能力，以配电网高质量发展助力新型能源体系和新型电力系统建设，服务经济社会发展，推动实现“双碳”目标，加快中国式现代化进程。

贾东梨和她的团队完成了配电网建模、数模混合仿真等一系列基础理论与关键技术研究，为我国城乡配电网投资建设改造提供了分析与决策支持工具，已应用于天津、湖南、陕西等多个省市，有力提升了电网安全运行水平。

国际领先 创建复杂有源配电网仿真理论

打开配电网仿真平台，依托实际电网数据仿真的配电网模型清晰呈现。点击“配电网离线/在线一体化仿真平台分析计算”模块，3秒内便可以完成一次配电网在线计算，实现对配电网运行状态的多维度评估，形成最优决策方案。

“根据仿真平台计算的结果和提供的风险预警，电网企业可以提前作出决策，提高配电网规划建设、调度控制、运行检修的效率，避免‘小马拉大车’和‘大马拉小车’的情况，保障电网设备安全稳定运行。”团队成员王晨钟做系统开发多年，已生出些许银发。看着自己参与开发的平台在实践中得到检验和发展，他感觉格外有成就感。

随着新型电力系统建设的推进，配电网正逐步由单纯接受、分配电能给用户的电力网络转变为源网荷储融合互动、与上级电网灵活耦合的电力网络，在促进分布式电源就近消纳、承载新型负荷等方面的功能日益显著。

《指导意见》提出，到2025年，配电网网架结构更加坚强清晰，供配电能力合理充裕；配电网承载力和灵活性显著提升，具备5亿千瓦左右分布式新能源、1200万台左右充电桩接入能力。

在我国广袤的乡村，屋顶光伏正走进千家万户。阳光下，一块块蓝色的光伏板闪闪发光，成为美丽乡村中的一道亮丽风景线。

“近年来，我国配电网形态发生了很大变化，大量分布式新能源、新型储能、电动汽车充电设施等新主体接入配电网，使本来没有电源的配电网也有了很多直接电源，推动配电网在形态上从传统的‘无源’单向辐射网络向‘有源’双向交互系统转变。”叶学顺介绍，有源配电网呈现出潮流双向流动、稳态暂态交织等复杂特征，国内外针对有源配电网的仿真工具缺乏，亟须依靠自主创新，实现我国配电网仿真理论方法的重大突破。

实验室团队积极创新攻关，创建了复杂有源配电网仿真理论方法，研发了国际首套大规模复杂有源配电网数模混合仿真平台，提出了多尺度信息物理系统融合建模、离线/在线一体化高精度仿真、自适应变步长加速、多速率并行计算等高效算法，奠定了我国在有源配电网计算分析理论与方法领域的国际领先地位。

记者了解到，同主流商用仿真软件相比，大规模复杂有源配电网数模混合仿真平台的稳态仿真精度高出10个百分点，百万节点的仿真规模较主流商用仿真软件最大支持1.5万节点仿真超出60倍；与主流商用实时仿真机相比，其暂态仿真最小步长为200纳秒，奠定了我国在有源配电网仿真技术方面的国际领先地位。

2022年，中国电科院配电技术中心获批了国家电网科技攻关团队“大规模分布式电源并网技术科技攻关团队”和国家电网第一批公司实验室“分布式电源和微电网控制重点实验室”，进一步赋予了复杂配电网数模混合仿真实验室为分布式电源和微电网灵活组网接入、资源协同控制、现代智慧配电网数字孪生等提供仿真验证环境的新使命，支撑新型电力系统建设和能源电力绿色低碳转型。

持续攀峰 助力数智化坚强电网建设

经过团队成员的持续科研攻关，配电网仿真技术实现了“仿得准”“仿得快”“仿得规模大”，使配电网的运行分析更加数字化、智能化。

依托复杂配电网数模混合仿真实验室，团队成员研发了多套具有完全自主知识产权的软硬件产品，支撑了国家级、公司级等项目100余项，荣获2022年度中国仿真学会自然科学奖一等奖、IEEE SDM工业技术杰出贡献奖等各级奖励18项，授权发明专利100余项（其中国际发明专利5项）。

在34岁的团队成员周俊看来，他们的研究价值不仅体现在取得了丰硕的科研成果，还体现在切实解决了一系列电网问题。

“每个省份都有不同的特点，比如有的省份分布式光伏发展迅猛，有的省份山区电网智能化程度不高。为满足各省差异化的需求，我们会根据实际情况优化模型和算法，部署合适的配电网仿真系统，更好服务当地电网发展。”虽然已经工作了12年，但周俊依然对自己的工作充满热情。每个定制应用的项目通常需要花费她3至6个月时间，当仿真系统成功运行时，周俊都感受到了满满的幸福感。

如今，配电网仿真和运行分析科技创新团队平均年龄33岁，是一支以中青年员工为主体、技术实力业内领先、朝气蓬勃、富有开创意识的科技创新团队。该团队取得了一系列创新成果，广泛应用于我国城乡电网建设，实现了数十亿元产值，带来了巨大的经济社会效益，为我国配电领域科技进步与建设发展作出了贡献。

令他们自豪的是，团队研发的技术也引起了国际上的高度关注，并发起成立了世界首个信息物理配电系统仿真实验室，牵头编写了国际标准IEEE P2749“智能配电网风险辨识与评估推荐性实践”，为配电网发展建设贡献了中国智慧和中国方案。

毕业于华北电力大学计算机专业的杨晓雨刚来实验室不足两年，现在是支撑仿真系统建设的算法工程师。“虽然配电网好比电网的‘毛细血管’，看起来不如特高压、超高压等电压等级高的主网‘高大上’，但配电网是打通客户的‘最后一公里’，直接关系客户的用电体验，服务配电网建设，我觉得社会价值很大。”谈起自己的研究，杨晓雨信心十足。

今年，国家电网提出建设数智化坚强电网，推动主配协调发展，支撑源网荷储数碳互动、多能协同互补、新能源大规模高比例并网，满足电动汽车、微电网、新型储能、虚拟电厂等交互式多元主体友好接入。

配电网仿真技术作为新型电力系统相关研究中较为前沿核心的技术及测试手段，能够保证线路、风机、光伏、智能终端等物理/数字模型以与实际高度吻合的状态接入配电网仿真系统，精准模拟配电网的运行状态，有力支撑数智化坚强电网建设。

下一步，团队将继续加强配电网领域基础前瞻技术研究，深入培育复杂配电网方向和“卡脖子”技术攻关成果，持续突破制约配电网产业升级的技术瓶颈，着力实施重大成果培育，推动新形势下配电网高质量发展，助力构建清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的新型电力系统。