我国电力系统随着新能源发电占比的逐渐提高，新能源发电的间歇性和随机性，高比例电力电子设备的应用，为电力系统的安全、稳定带来巨大的威胁。积成电子作为我国老牌的电力系统自动化综合解决方案供应商，以对电力发展趋势的研判，超前部署研发出“大规模电网电磁暂态仿真平台”，对“构建新能源占比逐渐提高的新型电力系统”提供了支撑，赋予“双碳”新动能。
双高电网，安全威胁
“双高”电网是指高比例新能源发电接入与高比例电力电子设备在电力系统中的应用。“双碳”目标下，未来10年我国年均新增风、光发电装机容量需不少于7500万千瓦，届时新能源发电将成为主力军。绝大多数新能源发电通过电力电子接口并网，推动了电子设备在电源侧的广泛应用。同时，配网侧分布式电源及储能装置经电力电子设备接入配电网，负荷侧轨道交通、电动汽车、变频/调频等负荷也采用电力电子设备，使得电力系统“源、网、荷、储”各部分电力电子化程度不断加深。随着传统电力系统向新型电力系统发展，“双高”特性将更为显著。在新型电力系统“双高”背景下，电力系统的不确定性、时变性、非线性及复杂性增强，对电力系统的安全稳定运行和调度带来很大的风险。
在新能源发电大规模并网的背景下，发电侧的随机性显著增加，使 “源、荷”双侧不确定性进一步增强，供需不匹配问题更为突出。相较于传统电力系统，新型电力系统中的分布式发电、储能装置等可控资源更多，在涉及电源和负荷两端不同分布式资源灵活互动时，系统运行调控难度增大、成本增加。
电力系统大规模的电力电子设备接入，设备之间及其与电网之间相互作用时，受电力电子装置拓扑结构及参数的影响，振荡频率会在较大范围内漂移，使宽频振荡表现出显著的时变特性。相比常规发电机组，新能源发电机组在抗扰性、过载能力、调频调压等方面表现不足。当系统发生故障，频率、电压波动较大时，容易导致新能源发电机组脱网，对电力系统的安全稳定运行产生不利影响。
电磁暂态，技术突破
在新型电力系统中，现有的典型运营场景已难以反映真实情况，大量的运行数据也使得基于经验的选择方案越来越难以满足电力系统经济、安全、低碳的要求。“双高”对电力系统带来威胁时，运用大数据理论与运行模拟仿真，以应对电网电压质量下降和频率波动风险。因此，需要建立适合大数据驱动新型电力系统的精细化运行模拟仿真，对大规模电网运行场景下规划方案的清洁能耗率、稳定边界等指标进行评估，以适应新型电力系统的不确定性。
电磁暂态仿真技术使用基于时域波形的表示方式，能够精确地考虑电磁暂态过程带来的影响，已经成为现代电力系统规划和运行中的一种基础工具。然而，传统的电磁暂态仿真技术计算步长小、元件模型精细、运算开销巨大，导致其仿真效率和规模不适应大规模复杂新型电力系统的应用需求。
积成电子基于服务电力系统40年积累的技术和经验，独辟蹊径研发出复杂大电网全电磁暂态仿真平台。该平台是首次实现了“时域变换大步长电磁暂态算法”的工业化系统，达到了微秒级到毫秒级的宽时间尺度电磁暂态仿真，解决了全电磁暂态仿真计算效率低、仿真规模受限和建模过程繁琐、仿真平台建设成本高昂等问题，大幅提高了大规模交直流系统全电磁暂态仿真速度，计算规模可达数万条母线及数千台发电机，满足实际复杂大电网的仿真规模需求。
大规模电网电磁暂态仿真平台支持机电模型到电磁模型的自动转换，具备大电网状态的自动快速初始化，提高了大电网全电磁暂态建模效率；便捷灵活的模型编辑方式，图形化界面与卡片式文本编辑器相结合；适应大电网仿真分析的人机界面设计，支持批量方式计算和数据挖掘分析功能，并具备强大灵活的可扩展能力。平台实现了对复杂大电网高效便捷的全电磁暂态仿真分析，在计算精度、模型规模和仿真效率等方面超过目前其它所有系统，一举打破了该领域国外厂家的技术垄断，对于提升我国复杂大电网的分析和调控能力具有重大意义。
大规模电网全电磁暂态仿真平台实现了配电网和分布式新能源电磁暂态模型开发，在超大规模电网自动化建模和精确初始化、超实时仿真计算性能、计算步长大范围可变的高稳定性及高精度方面实现技术突破，在相同精度下比国外同类产品的仿真效率提升2-3个数量级，为新型电力系统中配用电物联网的高比例分布式新能源接入运行提供了仿真技术保障。
持续研发，多态应用
积成电子在“双碳”目标提出之前已经提前预判，未来新能源发电将在电力系统大规模应用、机电暂态仿真将难以支撑大规模电网复杂的局面。2010年，公司开始进行电磁暂态仿真的基础理论研究，并同时进行技术路线的验证。功夫不负有心人，研发团队经过5年的艰苦奋斗，2015年技术取得突破，研发出大小步长仿真引擎、同步机模型和架空线及地下电缆模型，解决了电磁暂态仿真核心难题。
核心问题解决后，研发团队持续发力，不断攀登电磁暂态仿真技术的高峰，2018年研发出交流系统仿真模型和电力电子模型，2019年高性能电磁暂态仿真关键技术发布并开始实际应用，2021年高性能电磁暂态离线仿真产品发布，至此大规模电网全电磁暂态仿真平台已然成熟。
目前，积成电子推出面向工业领域和教育级领域的不同版本。为满足新型电力系统不同场景下的应用，公司在实时仿真技术方面不断发力，已取得重大成果。同时，基于平台强大的计算和模型能力，为不同电力部门、新能源发电公司面对的电力电子难题提供咨询服务。
大规模电网电磁暂态仿真平台应用于区域电网和省级电网；具备大步长仿真引擎，小步长引擎仿真效率高，支持多速率仿真；模型自动转换，高精度初始化；可接入电网调度系统；一台装置仿真规模最大达到7万个仿真接点，支线路超过10万条，超过5000台发电机组，超过30000个变电站；具备了开环的仿真能力，在3000个节点内仿真效率可以做到超实时。平台还可以接入国外主流仿真系统，同步联合仿真，解决国外系统仿真能力、规模不足，投资大的问题，同时避免重复投资、资源浪费。面向高校的教育版本根据高校不同需求，可以对学生进行教学培训，满足老师科研等应用。
多个案例，效果优异
大规模电网电磁暂态仿真平台应用于大规模电网交直流相互影响分析；低频震荡分析、谐波分析、过电压分析；构建“影子”电网，实现电网发展态势的超前预测和控制；输电网、配电网保护仿真测试；大规模光伏、陆上及海上风电等新能源接入对电网的影响分析；电动汽车等新型负荷规模化接入对电网的影响分析；智能微电网、含大规模新能源的孤岛电网分析等。截至目前，平台已成功应用于多家区域、省级电网公司及高校，多次创造国内外类似系统的接入纪录。
平台实际应用效果显示：通过开展大量的交直流相互影响分析，再现了线路等故障场景，通过与实际数据对比验证了平台仿真结果的一致性；交流系统故障的仿真波形与实际录波的对比，仿真效果达到优异水平；万节点级交直流混联系统，换流母线近区故障后，实际故障录波与仿真结果相对比，能够很好的吻合。
平台通过接入省级电网调控云，与云模型数据相融合，实现了基于在线数据的全电磁暂态自动建模和仿真，在风电接入影响分析、过电压计算、保护的适应性分析中得到广泛应用，为当地电网的安全稳定运行保驾护航。
积成电子秉持“将知识转化为生产力”和 “在实践中发展电力电子科学”的朴素想法，持续在技术创新方面攻坚克难。公司坚持用十余年的时间开展电磁暂态仿真的基础性研究，克服重重困难，最终破茧重生，取得累累硕果，在“构建以新能源占比逐渐提高的新型电力系统”的过程中提供了强有力的技术支撑，为我国“双碳”目标实现做出有力的贡献。
来源：积成电子
编辑：付海明
责编：朱金凤
审核：常海波
