中国电科院安宁：“双高”特征使电网运行控制难度指数级增长

国家电网公司2024年四季度工作会提到，确保电力系统安全稳定，是防范大面积停电事故、保障电力安全的重中之重。近日，电网头条记者就电力系统安全稳定运行相关内容采访了中国电科院电力系统研究所副所长安宁。

电网头条：中国电网是近20年世界上唯一没发生过大停电的大电网。从以往的经验看，我国电网的管理体制和技术进步在电力系统安全稳定方面发挥了怎样的作用？

安宁：我国电网长期保持安全稳定运行的关键在于坚持全网“一盘棋”。回顾我国电力系统各阶段的发展，每个电网发展的关键时期，都高度重视系统稳定工作，以“管电就要管网，管电网稳定”为指导思想，以电网稳定工作为抓手，有力支撑了我国电网快速发展和安全稳定运行。

我国电网安全稳定工作的重大意义和作用可以归纳为以下四点：一是电网稳定工作保证了我国电力系统科学发展，二是电网稳定工作促进了整个电力系统协调有序和统筹运转，三是电网稳定工作保障了我国电网安全稳定运行和可靠供电，四是电网稳定工作推动了我国大电网运行控制技术走向国际领先。

我国电网已成为全球并网装机规模最大、电压等级最高、资源配置能力最强的电网，是20多年来全球唯一没有发生大面积停电的特大型电网。

具体来说，我国电网的管理体制和技术进步在我国电力系统的发展历程和工作实践中主要发挥了以下作用：

一是以电网稳定工作为核心，秉持系统思维，树立全网“一盘棋”的思想，形成各级电网上下协调、各个部门通力合作、网源齐抓共管的局面，共同维护电网安全稳定运行。

二是坚持以网源协调为基础的管理模式，抓好以网源协调为重点的整个电力系统的运行协调，形成服从和服务于主网安全稳定的共识，从保证电网安全稳定运行的角度，确定涉及网源协调问题的技术原则，提出对电源的相关技术要求。

三是运用以系统认知为前提的控制方法，强化认知体系建设，以先进仿真技术为支撑，掌握系统运行机理和规律分析，把握大机组、大直流、大电网、大负荷特性，形成科学、高效的大电网认知技术体系。

四是发挥统一调度的体制优势。统一管理、统一调度是我国电网长期保持安全稳定运行、创造世界特大电网最长安全纪录的体制机制优势所在，并随着跨省区电网紧密互联和耦合程度的加深不断强化。

电网头条：随着新型电力系统建设的深入推进，电力系统安全稳定面临哪些新形势新情况新挑战？

安宁：“双高”特征导致电网运行控制难度呈现指数级增长。能源转型背景下，源网荷发生深刻变化。我国新能源装机规模已超11.8亿千瓦，西北、华北、东北地区的新能源装机占比超过40%。“三华”电网电力电子类电源出力占负荷比例已超过60%；在运特高压直流工程达到20回，“西电东送”规模超过3亿千瓦；第三产业和居民生活用电快速增长，夏季、冬季控温负荷占比不断提高。电力系统安全稳定面临以下新挑战：

一是传统稳定问题更加复杂，新型稳定现象不断涌现。新能源、直流等电力电子设备导致系统复杂性增强，电力电子设备高占比的局部地区涌现出次同步振荡、高频振荡等新现象。交直流之间、送受端之间、常规电源与新能源之间交互作用增强，叠加电力电子设备抗扰动能力低等因素，故障引发连锁反应成为新常态。

二是系统调节和支撑能力出现显著弱化，电网稳定问题更加突出。从以机械电磁装备为主的高转动惯量系统，演进为以电力电子装备为主的低转动惯量系统，系统一次调频能力及转动惯量持续下降，导致频率变化加快、波动幅度增大、稳态频率偏差增大，越限风险增加。

三是运行方式和故障演变不确定性陡增，故障防御难度大幅增加。系统状态不确定性增加，脆弱性元件增多，故障形态、路径、特征变得复杂化，第一道防线配合整定困难，传统事件触发型的第二道防线面临不确定性、故障连锁反应的考验，第三道防线措施部署需要应对配网有源化的挑战。

电网头条：确保电力系统安全稳定运行，需要准确认知系统运行特性。中国电科院在此方面做了什么工作？攻克了哪些世界难题？研发了哪些核心技术？

安宁：我们搭建了国产化大型电力系统电磁暂态仿真技术及平台，准确刻画“双高”电力系统运行的动态特性。仿真是认知和分析电力系统运行特性、输电能力及安全边界的关键技术，支撑了电力系统的发展。随着电力电子设备并网比例加大，微秒级时间尺度快速响应的电力电子设备逐步主导电力系统动态过程，准稳态相量建模方法、毫秒级/秒级时间尺度的传统仿真技术无法完全准确仿真系统稳定特性。

中国电科院近年来一直致力于攻克新能源高占比大型交直流电力系统仿真技术及其工程化应用，支撑新型电力系统建设的关键技术需求，主要取得了如下突破：

一是突破大型电力系统电磁暂态建模及高效仿真技术。基于电力电子设备单体统一结构模型，提出新能源场站和配电网聚合等值建模方法，解决海量新能源设备的精确模拟。基于高性能数值求解算法、并行算法等技术，解决采用微秒级小时间尺度高效仿真十万节点级大型电力系统的算法挑战问题。

二是掌握大型交直流电网数模混合仿真技术，解决提升实时性能、小步长仿真和大规模数模接口等支持接入实际控保的数模混合仿真技术难题，实现对直流动态特性的高精度数模仿真。

三是攻克高效精准仿真体系及工程化应用技术，整合多种仿真手段，建设了国际上仿真规模最大、计算能力最强的国家电网仿真中心。超大型电力系统电磁暂态仿真技术及平台获评2023年度央企十大国之重器之首。

电网头条：下一步，中国电科院将如何发挥基础研究和技术优势，为电力系统安全稳定提供重要支撑？

安宁：以核心技术攻关、科研基础设施建设，全力支撑电网安全稳定运行。中国电科院针对新型电力系统建设过程中“双高”特征不断凸显、系统平衡和稳定问题日益严峻等情况，在系统运行技术方面将开展如下研究：

在系统认知理论和技术方面，将进一步深化超大规模电网全电磁暂态精准高效仿真建模理论与分析方法的研究。提高仿真模型的精度和求解效率，建成电力电子设备标准化模型库，构造高比例电力电子电力系统特征值分析用复频域仿真技术体系，基于大数据、人工智能等先进计算技术，提出智能高效特征提取及稳定分析判别方法。加快推进数模混合仿真平台国产化替代，以国外同类仿真产品的最新性能为目标，结合我国电网实际生产需求，扩大国产化数模混合仿真平台的规模和接口能力，让研发成果在仿真中心乃至国家电网公司系统内应用落地，形成“研发—应用—研发”良性循环的自主仿真技术应用生态，真正实现对国外仿真产品的替代。

在系统稳定性和控制方面，针对新型电力系统多时间尺度交织、控制策略主导、切换性和离散性显著等特征，研究建立新型电力系统过渡过程及稳定性认知、分析的新理论，厘清系统扰动后的过渡过程并建立完整的分析理论，明确新型稳定形态，建立科学的稳定分类体系，提出针对不同稳定分类的建模准则和分析方法。针对海量动态元件接入“双高”电力系统的新特性，构建广域的协调控制方法，构建多级协调的稳定控制体系，为开放包容的新型电力系统安全稳定运行提供支撑。

在系统防御方面，研究适用于高比例新能源场景的新原理继电保护，建设完善新型电力系统继电保护平台，研究响应驱动等不依赖事件驱动的稳定控制技术，解决原有事件驱动的稳定控制存在的失配问题。针对近年来极端天气、自然灾害等对于电网稳定的影响日益凸显，研究极端场景对于系统稳定及供电能力的影响，突破系统异常状态恢复技术。

在电力电子设备主动支撑方面，充分发挥新能源等电力电子设备控制灵活、可塑性强的优势，创新拓扑结构和控制模式，实现新能源、储能、柔性直流等电力电子设备具备主动支撑的技术和能力，发挥对系统稳定的支撑作用。