科技創新敢為人先 做新型電力系統科研排頭兵

于思奇 孫大衛 楊偉新

構建新型電力系統是推動能源轉型、助力“雙碳”目標實現的關鍵路徑。作為支撐國網冀北電力有限公司新型電力系統建設的“先行者”“排頭兵”，國網冀北電科院敢闖敢試、敢為人先，全力打造堅強科技支撐力量，積極服務清潔能源消納，為支撐建設“綠色、安全、智能、開放”的新型電力系統示范區展現責任擔當。

電磁仿真精準施策 風光送出有力提升

“家定I線三永N—1第6次，3、2、1、故障觸發。”“1000千伏、500千伏、220千伏、110千伏、35千伏電壓等級的全部母線暫態過電壓均未超標！”風光儲并網運行技術國網公司重點實驗室響起一片歡呼聲，基于電磁暫態仿真的張雄特高壓“五變五線”送出系統輸電能力校核收官工作圓滿完成，為張雄特高壓系統送出能力提升提供了有力的技術支撐。上面的場景是電科院新能源所電磁暫態仿真團隊諸多工作中的偶然一瞥，更是團隊在該領域多年技術積累下迸發出的堅定與喜悅。

大量新能源接入使電力系統的動態特性更加復雜，傳統分析手段的計算精度已無法滿足需求，電磁暫態仿真是新型電力系統亟需突破的關鍵技術。電磁暫態仿真相當于把偌大的電網用數字孿生方式搬到了計算機里面，其中有數目以萬計、型號以百計的風電、光伏、SVG機組，為得到機組的真實特性，需要用電磁暫態模型對機組控制器進行半實物測試，而在完成機組自身的驗證和建模后，還需要將這些“樹葉”一片一片地添加到電網的核心架構這一“枝干”上面。

電科院自2016年就超前啟動了這一難題的攻關工作，累計投入3000余萬元購置一流仿真設備，集中骨干，歷時5年持續攻關，突破了高計算密度仿真延遲、多仿真機計算負載失衡等關鍵技術難題，建立了千萬千瓦級新能源送出系統的電磁暫態實時仿真平臺，成為國內首個具備大電網全電磁暫態仿真能力的省級電科院。

依托該平臺開展的新能源送出系統輸電能力校核工作，增加張北和錫盟特高壓系統送出能力290萬千瓦，未來還有進一步提升的空間，有效改善了我國北方的棄風棄光問題，為新能源高效消納提供了積極助力。

突破主動支撐技術引領新能源技術革新升級

新型電力系統中新能源既是裝機主體、電力與電量供應主體，也是可靠供電的責任主體。與煤電等常規同步機組不同，此前新能源機組尚不具備主動支撐電力系統頻率和電壓的能力，導致高比例新能源電力系統調節能力不斷下降，極易發生類似2019年英國8·9大停電事故。因此，對新能源機組進行革命性的技術升級，使其具備主動支撐功能，是構建新型電力系統的基礎性課題。

自2015年起，電科院聚焦新能源主動支撐方向，不斷探究新能源主動支撐關鍵控制技術，深耕細作風光儲主動支撐設備拓撲結構，積極摸索主動支撐技術在不同地區的發展模式，建成了世界首座新能源虛擬同步機示范工程。

為了驗證新能源主動支撐技術在電力系統黑啟動過程中的應用效果，需要把風機作為啟動電源，在風機大功率時開展試驗。寒冬臘月，壩上草原，刺骨的寒風給試驗開展帶來極大的考驗。由于時間緊張，攻關團隊頂著寒風日夜駐守在風機邊，甚至在風機邊上搭個活動板房裹著棉大衣等待試驗時機成熟。艱苦的條件并沒有影響團隊的斗志，在試驗條件具備后，試驗一次成功，在冬夜的風光儲輸示范電站中，試驗人員忘記了疲憊，露出欣慰而自豪的笑容。

依托該項技術，電科院已累計取得授權專利10余項，發表SCI/EI論文20余篇，榮獲了2020年度中國電力科技進步一等獎和2021年度河北省科技進步一等獎。團隊在新能源主動支撐方向的研究成果，對于實現了新能源發電由“被動調節”到“主動支撐”的轉變具有重要意義，為新型電力系統高質量建設提供了“樣板間”。

搭建數據橋梁 為新能源賦能增值

“風電場014號風電機組3月份發電性能最優，085號風電機組發電性能最差，需要對劣化原因進一步分析，減少發電量損失。”電科院新能源所大數據分析與應用團隊對某風電場3月份的運行分析結果開展研討，這樣的研討已成為他們的日常工作。

大數據分析與應用是電科院在利用新技術優化新能源技術服務方面的新探索，為了應對新能源發電在并網消納及設備可靠高效運行方面面臨的諸多挑戰，充分挖掘新能源發電數據的應用價值，電科院于2019年啟動冀北新能源大數據分析與應用平臺的建設，打造前端交互窗口，促進新能源產業管理升級，助力新能源產業價值最大化。

目前平臺已接入了冀北調度側的全部新能源分鐘級運行數據、部分新能源場站側的全量秒級數據、氣象及預測數據，共計30萬個測點。開發了新能源消納分析、風電場精益化運維等四大類、38項業務功能，可為電網公司、新能源運營商等提供更加豐富、全面的數字化業務場景。借助海量運行數據定位問題，并組織專家團隊聯合攻關，打出“線上+線下”的組合拳，為場站提供風電機組發電缺陷、功率預測結果優化、涉網性能缺陷分析優化等技術監督、專項咨詢和技術服務，可以提升新能源管理水平，支撐新能源場站高效運維。

目前冀北新能源大數據分析與應用平臺已初見成效，相關成果先后入選國家電網有限公司電力人工智能應用白皮書、數據增值服務典型服務產品手冊。電科院將緊緊圍繞新型電力系統技術需求，繼續擴大平臺數據接入規模和類型，探索區域新能源大數據規模化應用的關鍵技術，為新型電力系統“源網荷儲”一體化建設貢獻力量。