南網(wǎng)科研院：聚焦可再生能源領(lǐng)域提升電網(wǎng)技術(shù)競爭力

[導(dǎo)語]

在2020年廣東省科技創(chuàng)新大會上，由南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司（以下簡稱“南網(wǎng)科研院”）牽頭完成的“可再生能源靈活消納的數(shù)字物理智能決策平臺研發(fā)及應(yīng)用”項(xiàng)目（以下簡稱“項(xiàng)目”）榮獲廣東省科技進(jìn)步獎二等獎。項(xiàng)目立足于建立安全、高效、可靠、綠色的智能電網(wǎng)的實(shí)際需求，聚焦可再生能源規(guī)模化利用與常規(guī)能源的清潔低碳化，開展數(shù)字物理多層融合決策平臺研發(fā)，取得多項(xiàng)技術(shù)突破。目前項(xiàng)目成果已應(yīng)用于可再生能源并網(wǎng)控制、大規(guī)模可再生能源消納送出系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的精確辨識和穩(wěn)控措施的制定等多個(gè)領(lǐng)域，獲得了經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的雙豐收。

當(dāng)前，可再生能源規(guī)模化利用與常規(guī)能源的清潔低碳化是能源發(fā)展的基本趨勢，加快發(fā)展可再生能源已成為全球能源轉(zhuǎn)型的主流方向。南方電網(wǎng)覆蓋五省區(qū)，東西跨度近2000公里，網(wǎng)內(nèi)擁有水、煤、核、抽水蓄能、油、氣、風(fēng)力等多種能源。2018年年底，南方電網(wǎng)全網(wǎng)非化石能源裝機(jī)容量、發(fā)電量占比分別達(dá)到52.6%、51.5%。為落實(shí)國家能源轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略部署，南方電網(wǎng)公司未來將加快風(fēng)電、光伏等可再生能源的開發(fā)。

為保障可再生能源的可靠并網(wǎng)和輸送通道的安全穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)大規(guī)?？稍偕茉挫`活消納，南網(wǎng)科研院、廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司以及清華大學(xué)作為項(xiàng)目主要完成單位，依托國家科技支撐計(jì)劃以及南方電網(wǎng)公司重大專項(xiàng)，圍繞可再生能源靈活消納的目標(biāo)，開展了數(shù)字系統(tǒng)和物理裝置多層融合決策平臺的攻關(guān)研究。

項(xiàng)目多點(diǎn)發(fā)力 取得多項(xiàng)技術(shù)突破

項(xiàng)目由南網(wǎng)科研院電網(wǎng)仿真與控制技術(shù)研究所所長、南方電網(wǎng)公司級高級技術(shù)專家——郭琦博士作為負(fù)責(zé)人，立足于建立安全、高效、可靠、綠色的智能電網(wǎng)的實(shí)際需求，對數(shù)字物理多層融合決策平臺開展了研發(fā)，并取得了一系列創(chuàng)新成果：

一是開發(fā)了可再生能源靈活消納的數(shù)字物理智能決策平臺，及數(shù)字系統(tǒng)和物理裝置多層融合的決策平臺（SMART），實(shí)現(xiàn)了在同一進(jìn)程中同時(shí)精確模擬交直流大電網(wǎng)微秒級電磁暫態(tài)與毫秒級機(jī)電暫態(tài)過程。該平臺具有靈活開放的對外一體化接口，實(shí)現(xiàn)了 SMART特高壓直流 / 高壓直流 / 柔直輸電控制保護(hù)系統(tǒng)、機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、多類型新能源及儲能控制系統(tǒng)、安穩(wěn)控制系統(tǒng)、STATCOM 等電力電子裝置控制保護(hù)系統(tǒng)的多層融合，為可再生能源智能并網(wǎng)控制和可再生能源送出系統(tǒng)的穩(wěn)定靈活控制、安全風(fēng)險(xiǎn)分析、調(diào)度優(yōu)化等提供了有力的技術(shù)手段。

SMART平臺架構(gòu)

水電并網(wǎng)控制仿真裝置

風(fēng)、光、儲新能源智能并網(wǎng)測試系統(tǒng)

二是攻克了水電、風(fēng)電、光伏等可再生能源智能并網(wǎng)控制技術(shù)。項(xiàng)目研發(fā)了反映水電站發(fā)電過程的引水系統(tǒng)、水輪機(jī)、調(diào)速器的高精度數(shù)字仿真模型和算法，開發(fā)了能同時(shí)模擬多個(gè)電站水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的仿真裝置，研究成果廣泛應(yīng)用于水輪機(jī)運(yùn)行控制參數(shù)與邏輯優(yōu)化。此外，項(xiàng)目還研發(fā)了風(fēng)電、光伏多類型等新能源數(shù)字系統(tǒng)、物理控制系統(tǒng)與能量系統(tǒng)的實(shí)時(shí)交互技術(shù)，從而有效模擬了新能源并網(wǎng)控制特性及動態(tài)過程。同時(shí)在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了大規(guī)模風(fēng)電經(jīng)直流送出的協(xié)調(diào)控制策略及穩(wěn)定控制策略，成果應(yīng)用于風(fēng)電、光伏及儲能等相關(guān)控制器的開發(fā)與測試，大大提高了控制器的研發(fā)效率和并網(wǎng)可靠性。

三是攻克了大規(guī)?？稍偕茉聪{送出系統(tǒng)的柔性控制、安全穩(wěn)定分析及協(xié)調(diào)優(yōu)化技術(shù)。項(xiàng)目建立了多類型（特）高壓直流工程控制保護(hù)試驗(yàn)測試體系，研發(fā)出交直流跨區(qū)域安全穩(wěn)定控制技術(shù)、基于廣域信息的多直流協(xié)調(diào)控制技術(shù)、交直流運(yùn)行協(xié)調(diào)控制技術(shù)，使“西電送粵”的主通道平均直流綜合能量可用率達(dá)到了96.5% 的國際領(lǐng)先水平，保障了大規(guī)模可再生能源的可靠送出，為廣東地區(qū)交直流電網(wǎng)的安全運(yùn)行及可靠供電提供了有力支撐。

創(chuàng)新成果顯著 經(jīng)濟(jì)和社會效益雙豐收

據(jù)統(tǒng)計(jì)，項(xiàng)目共獲得發(fā)明專利授權(quán) 30 多件，發(fā)表論文 20 多篇，制定標(biāo)準(zhǔn) 3 項(xiàng)，主導(dǎo)了國際大電網(wǎng)委員會（CIGRE）B4.74 實(shí)時(shí)仿真標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)則，填補(bǔ)了國際相關(guān)領(lǐng)域空白，推動了國內(nèi)外電力行業(yè)數(shù)字物理仿真技術(shù)發(fā)展，極大地提升了我國在該領(lǐng)域的國際競爭力。項(xiàng)目的創(chuàng)新成果也廣泛應(yīng)用于可再生能源并網(wǎng)控制、大規(guī)?？稍偕茉聪{送出系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的精確辨識和穩(wěn)控措施制定、安全穩(wěn)定分析及協(xié)調(diào)優(yōu)化新技術(shù)研發(fā)等方面。

1.項(xiàng)目研發(fā)的多類型新能源消納實(shí)時(shí)仿真平臺，已經(jīng)為廣東智造能源科技研究有限公司、上?？屏盒畔⒐こ坦煞萦邢薰镜榷嗉倚履茉垂井a(chǎn)品提供了控制優(yōu)化和產(chǎn)品檢測，提高了其新能源并網(wǎng)檢測技術(shù)水平。

2.項(xiàng)目研發(fā)建立了與實(shí)時(shí)仿真器（RTDS）閉環(huán)聯(lián)接的 MMC 柔性直流輸電實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，相關(guān)成果和研究平臺支撐了南澳多端柔直工程投運(yùn)。

3.項(xiàng)目開發(fā)的決策平臺（SMART）被應(yīng)用于南方電網(wǎng)重要運(yùn)行方式的決策當(dāng)中，完成了南方電網(wǎng)數(shù)十個(gè)典型運(yùn)行方式風(fēng)險(xiǎn)評估、百余次反事故措施的分析，實(shí)現(xiàn)了對電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)范圍的精確界定。

4.項(xiàng)目成果應(yīng)用于高壓直流輸電工程控制保護(hù)接收試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)并解決了大量控制保護(hù)系統(tǒng)潛在的軟硬件缺陷、設(shè)計(jì)不足等問題。

5.項(xiàng)目成果還在國際大電網(wǎng)委員會直流輸電與電力電子專委會（CIGRE SC B4）發(fā)起“Guide to Develop Real-Time Simulation Models (RTSM) for HVDC Operational Studies”工作組（有法國、加拿大等18個(gè)國家參與），填補(bǔ)了國際相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域空白。

6.項(xiàng)目相關(guān)技術(shù)研究成果成功出口至韓國、巴西，為韓國電科院和巴西國家電力調(diào)度中心（ONS）提供電力電子設(shè)備、能源能接入大電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真技術(shù)咨詢和技術(shù)培訓(xùn)。

項(xiàng)目有力保障了“西電東送”主通道的安全穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)了可再生能源的開發(fā)和消納，提高了送電端省份的能源產(chǎn)業(yè)效益，為廣東省內(nèi)用電的需求發(fā)展提供了有力支撐。