國家科學技術進步獎二等獎“超大規模新能源大電網運行控制關鍵技術及應用”：創造性解決世界級難題

7月8日，中國電力科學研究院有限公司牽頭完成的“超大規模新能源大電網運行控制關鍵技術及應用”獲國家科學技術進步獎二等獎。

近年來，國家電網有限公司一體推進基礎研究、科技攻關、成果轉化，提升創新整體效能，保障電網安全穩定運行。中國電科院聯合國網電科院（南瑞集團）等單位組成項目團隊瞄準超大規模新能源電網運行控制開展跨學科聯合攻關，重構“仿真認知—安全防御—平衡調控”的運行控制體系，為我國新能源大規模開發、安全高效運行控制提供了整套自主可控的技術方案，成功破解了高比例新能源電網穩定運行難題。

▲大電網全電磁暫態仿真實驗室

攻克全電磁暫態仿真技術，

大電網“看得更清”

全電磁暫態仿真技術類似于電力系統的“顯微鏡”，能準確認知高比例新能源電網。

今年4月，項目團隊開展某在建直流輸電線路工程輸電能力分析試驗。“我們針對該工程開展了上萬次大電網全電磁暫態仿真計算，全面測試交直流系統安全穩定特性。”團隊成員張健說。

隨著新能源大規模接入電網，風電、光伏、直流輸電帶來的電力電子設備相互作用，反應速度快，產生暫態過程，難以用傳統的仿真技術模擬。2015年9月，項目團隊開始對大電網全電磁暫態仿真技術進行攻關，目標是突破超大電網節點規模的高精度全電磁仿真能力，打造適配全網場景的仿真體系，滿足國家電網全域安全穩定精細化分析的核心需求。

▲大電網全電磁暫態仿真系統

歷經多輪測試迭代與技術攻堅，團隊重新搭建了一套適配超大規模電網的全電磁暫態仿真計算體系，實現了對大電網拓撲結構的精準拆解與獨立求解。隨后，項目團隊自主研發超大規模新能源電網全電磁暫態仿真軟件，深度還原風光機組、直流工程與交流大電網之間復雜耦合交互過程，清晰呈現各類設備短時動態變化特征，幫助電力調度工作人員提前甄別潛在運行風險，科學校核不同工況下電網運行方式，精準劃定電網安全運行邊界。

立足工程實際，項目團隊持續迭代優化技術，拓展仿真軟件的應用場景與覆蓋范圍。目前，該軟件仿真能力達到行業頂尖水平，實際工程實測最高可覆蓋33萬節點電網模型，覆蓋國家電網全部骨干網架。

構建大面積協同防控體系，

大電網“防得更穩”

大電網“看”得更清晰的同時，防控體系的健全完善也為電網運行留出更多安全“提前量”。

6月23日，項目團隊利用仿真手段開展大面積協同防控實驗，總結分析新型電網故障特性，為電網安全穩定運行提供防御技術方案。

由于新能源分布范圍廣、接入規模大，其風險敞口在同步放大。項目團隊圍繞故障快速阻斷、全域協同防護目標，深入分析故障失穩底層機理，通過海量仿真復現各類故障演化全過程，厘清跨時間尺度長程耦合關聯，掌握擾動沖擊傳導路徑與演化規律。

“我們采取多點防護方法，創新提出暫態沖擊能量‘設備-局域-全域’逐級耗散全新防御思路，結合多輪硬件裝置與系統平臺聯調測試，搭建覆蓋全網的分層協同安全防御方式。”團隊技術骨干張星說。

2023年12月16日，雁門關—淮安±800千伏特高壓直流輸電工程受雨雪冰凍影響發生故障，華東地區電力保供面臨挑戰。在關鍵時刻，安全防御裝置快速啟動，142毫秒內緊急提升復奉、賓金等7回直流功率支援華東電網，使得華東電網快速平抑故障沖擊，保障了華東地區電網安全穩定運行。

▲大電網安全防御系統

理念的創新，帶動方法、技術與管理的系統性更新。

在設備源頭層面，設備有了故障主動防范的新手段。項目團隊自主研制多類型適配性安全防御裝置，從源頭提升新能源場站抗擾動能力。

在協同防控層面，項目團隊搭建了跨區域、跨電壓等級的協同防控架構，打通區域電網、新能源場站、儲能設備、負荷側防御裝置之間的數據交互通道，構建起系統級安全防控新模式。

在故障處置層面，項目團隊搭建的分層協同防控體系可在故障發生的瞬間快速鎖定系統狀態、識別擾動類型、評估沖擊規模，自動協調全網各類防御設備分層動作，保障電網安全穩定運行。

從設備管理“控”，到分層防控“聯”，再到故障處置“快”，全電磁暫態仿真和安全防御技術的應用，讓電網狀態更加穩定。目前，公司已構建覆蓋6大區域、全域協同的安全防御系統，提升跨區安全輸電能力5454萬千瓦。

優化高頻率波動算法，

大電網“調得更準”

新能源發電波動幅度大，極端天氣下出力驟升驟降，電力實時平衡面臨挑戰。在“看得清”“防得住”的基礎上，面對快速增長的新能源發電，如何升級系統調節能力，最大限度消納新能源電量？

2021年開始，項目團隊開展跨電力、數學、計算機多學科協同攻堅，反復開展上萬組場景算例試驗，突破底層算法瓶頸，研發出全自主可控調度決策優化求解器，支撐多資源協同調控框架落地，實現新能源出力精準預判與全網毫秒級協同調度。

▲項目團隊進行直流控制策略校核

有了求解器作為技術支持，項目團隊還面向新能源強波動場景，搭建多資源協同平衡調控框架，精準預判風電、光伏發電出力變化趨勢，統籌優化源網荷儲調節資源。同時，項目團隊開發出完全自主可控的調度決策優化軟件，有效提升海量變量下調度計算速度，實現全國范圍內風光功率大幅波動時的毫秒級快速響應、跨區域協同調控，提升新能源消納水平。

更多的創新成果正從紙面落地。目前，超大規模新能源大電網運行控制關鍵技術及應用整套技術成果覆蓋國家電網經營區6萬多座變電站、數十萬座新能源場站，應用于全國31個省份。近三年，系統調控消納新能源3.7萬億千瓦時，支撐我國新能源規模化開發和高效利用。同時，項目成果輸出至巴基斯坦、埃及等國家，支撐當地重大電力工程建設和電網安全穩定運行，服務高質量共建“一帶一路”。

隨著新能源裝機占比不斷提升，電力系統“雙高”特征日益顯著，國家電網公司以技術創新破解難點痛點，持續推進一系列探索實踐，為保障電力安全可靠供應、構建新型電力系統、推動能源綠色轉型提供堅強有力的支撐。

內容來源：國家電網有限公司官方網站