特高壓交直流混聯(lián)大電網(wǎng)運行關鍵技術系列標準解讀

2021 年10 月發(fā)布的特高壓交直流混聯(lián)大電網(wǎng)運行關鍵技術30 項國家標準，涵蓋仿真建模、安全分析、控制保護、網(wǎng)源協(xié)調(diào)、新能源調(diào)度等關鍵技術領域，作為首次大批量聚焦特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)運行控制的系列標準，構建了新形勢下電網(wǎng)運行技術標準體系，奠定了我國電力系統(tǒng)轉型升級的標準基石。

標準制定的背景和社會需求

電力系統(tǒng)是國家經(jīng)濟社會發(fā)展的關鍵基礎設施，電力安全事關國家安全。國內(nèi)外歷史經(jīng)驗表明，電力系統(tǒng)穩(wěn)定破壞風險始終存在，大面積停電事故將嚴重影響經(jīng)濟社會的正常運轉。從世界范圍內(nèi)來看，美國、歐洲、南美、印度、澳大利亞等電網(wǎng)都出現(xiàn)過大停電，這給我國電力安全防控敲響了警鐘。黨中央、國務院多次對電力安全作出重要指示批示，將電力安全上升到國家安全戰(zhàn)略高度，納入總體國家安全觀。

標準化是電力工業(yè)發(fā)展的基石。從1956 年發(fā)布獨立自主的電力標準開始，我國在電網(wǎng)運行與控制相關技術領域已頒布150 多項國家和行業(yè)標準，初步形成了電網(wǎng)運行技術標準框架體系，支撐了我國電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。在國家能源轉型戰(zhàn)略驅(qū)動下，我國特高壓跨區(qū)電網(wǎng)快速發(fā)展，新能源大規(guī)模并網(wǎng)，目前已建成19 回特高壓交流和20 回特高壓直流工程，特高壓交直流混聯(lián)大電網(wǎng)逐步形成。新能源裝機和直流輸電容量分別達到10.5 億和2.2 億千瓦，電力電子設備滲透到各個環(huán)節(jié)，電源結構和電網(wǎng)格局發(fā)生重大改變，電網(wǎng)特性也發(fā)生深刻變化，給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行帶來全新挑戰(zhàn)。主要表現(xiàn)在4 個方面：（1）新型故障影響全局化特征顯著；（2）電力電子化電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力下降；（3）交直流混聯(lián)電網(wǎng)抗擾動能力惡化；（4）多類型安全穩(wěn)定形態(tài)交織復雜。原有電網(wǎng)運行標準主要基于傳統(tǒng)純交流同步電網(wǎng)制定，難以全面支撐新形勢下電網(wǎng)的電力保供、新能源消納和系統(tǒng)安全運行需要，亟需重構我國電網(wǎng)運行技術標準體系。

緊扣我國在能源電力轉型中面臨的挑戰(zhàn)和主要矛盾，依托國家重點研發(fā)計劃NQI 專項“特高壓交直流混聯(lián)大電網(wǎng)運行關鍵技術標準研究”，攻克了特高壓交直流混聯(lián)大電網(wǎng)運行控制領域重大技術難題，一次性立項、編制并發(fā)布了30 項國家標準，涵蓋仿真建模、安全分析、控制保護、網(wǎng)源協(xié)調(diào)、新能源調(diào)度等關鍵技術領域。系列標準提出了設備元件建模、數(shù)據(jù)管理、數(shù)?；旌蠈崟r仿真技術的規(guī)范化要求；完善了電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定校核標準和評價方法，明確了電網(wǎng)在線安全分析技術要求；優(yōu)化和規(guī)范了安全穩(wěn)定控制措施配置原則和控制裝置技術要求；提出了電源涉網(wǎng)性能測試方法與評價指標，完善了新能源資源評估和調(diào)度運行管理規(guī)范。

電力系統(tǒng)元件建模及仿真關鍵技術標準

電力系統(tǒng)元件設備類型數(shù)量多，動態(tài)特性復雜、功能耦合緊密，逐一建模不可行，規(guī)范化等效建模和數(shù)據(jù)生成難度大；電網(wǎng)實時仿真對計算速度要求高，設備接口需滿足多種控制設備接入的技術要求。為提升仿真的準確度和效率，亟需解決電網(wǎng)重要元件建模、數(shù)據(jù)模型管理、仿真技術應用的規(guī)范化問題。

攻克了新型電力電子設備等關鍵元件機電暫態(tài)建模技術。本系列標準提出了多類型高壓直流輸電系統(tǒng)的建模技術原則，建立了包含直流輸電一次系統(tǒng)、基本控制系統(tǒng)和附加控制系統(tǒng)的數(shù)學模型。此外，還提出了同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)和調(diào)速器模型建模技術原則，明確了勵磁設備的基本要求、調(diào)節(jié)器環(huán)節(jié)特性的辨識方法和標幺值的確定方法，確定了調(diào)速器模型的基本結構，并建立了包含原動機、執(zhí)行機構和控制系統(tǒng)的數(shù)學模型。提出了模型參數(shù)規(guī)范化實測辨識與校核的方法，給出誤差評價方法及合理的評價標準，強力支撐了電網(wǎng)仿真計算分析。

提出了大電網(wǎng)仿真運行方式數(shù)據(jù)生成技術。本系列標準提出了電網(wǎng)設備模型參數(shù)和運行方式的數(shù)據(jù)范圍、數(shù)據(jù)模型，建立了面向交流節(jié)點、直流節(jié)點描述直流系統(tǒng)相關設備的拓撲模型，構建了描述設備-廠站-電網(wǎng)拓撲連接關系的關聯(lián)模型。提出了電網(wǎng)設備全生命周期的描述方法，通過電網(wǎng)設備的投產(chǎn)、退役日期描述電網(wǎng)的演變過程，為電網(wǎng)調(diào)度運行和電網(wǎng)規(guī)劃部門統(tǒng)一仿真計算數(shù)據(jù)奠定基礎。

提出了實時數(shù)字仿真與試驗技術要求。本系列標準攻克了基于高性能計算服務器（HPC）的大規(guī)模分網(wǎng)并行解耦技術、實時性及同步性控制技術；提出了直流輸電控制保護裝置的簡化原則以及實時仿真器性能要求；提出了實時仿真、系統(tǒng)試驗接口的標準化數(shù)據(jù)建模方法，制定了仿真試驗標準流程，實現(xiàn)了大規(guī)模電磁暫態(tài)網(wǎng)絡并行超實時計算和基于多種閉環(huán)試驗接口的數(shù)字-物理裝置硬件在環(huán)測試。

大電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析與在線應用技術標準

傳統(tǒng)電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析僅考慮交直流單一故障，對新能源脫網(wǎng)、直流換相失敗等新型故障擾動形態(tài)、次/超同步振蕩等新型安全穩(wěn)定問題的考慮不足，亟需規(guī)范大容量直流、大規(guī)模新能源接入背景下大電網(wǎng)安全分析技術要求；同時，為滿足大電網(wǎng)對不斷提升精益化調(diào)控水平的需求，需要填補在線安全分析技術方面的標準空白。

提出了適用多類新型問題的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定計算分析技術。本系列標準揭示了我國電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴大、電力電子元件占比持續(xù)增加過程中出現(xiàn)的新型故障擾動形態(tài)和安全穩(wěn)定問題，明確了電壓穩(wěn)定、次/超同步振蕩等穩(wěn)定判據(jù)和計算方法，建立了涵蓋微秒級電磁暫態(tài)至分鐘級中長期過程的安全穩(wěn)定計算分析體系，指導了世界首個100%清潔能源經(jīng)青海-河南特高壓直流外送工程、張北-雄安特高壓交流外送工程等40余項國家級聯(lián)網(wǎng)工程安全穩(wěn)定計算分析。

提出了電力系統(tǒng)在線安全分析多源異構數(shù)據(jù)處理和可視化技術。本系列標準提出了對離線制定的穩(wěn)控策略、安全穩(wěn)定規(guī)定等非結構化信息的在線快速建模及解析技術要求，打通了長期存在的數(shù)據(jù)應用壁壘，為在線安全分析奠定數(shù)據(jù)基礎。此外，還提出了故障預警信息的生成、傳輸和共享方法，規(guī)范了關聯(lián)設備、地理和氣象信息的電網(wǎng)運行風險可視化技術要求。從數(shù)據(jù)生成和結果分析兩方面同步提升了在線安全分析計算準確性、可信度和可觀性。

提出了適用電力系統(tǒng)運行風險全過程評估的在線安全分析技術。本系列標準構建了電網(wǎng)運行風險指標體系，提出了涵蓋事前風險評估（未來態(tài)趨勢分析）、事中協(xié)同處置（實時態(tài)在線預警）以及事后措施評價（研究態(tài)故障反演）的在線安全分析技術；規(guī)范了在線安全分析與運行控制輔助決策應用功能，明確了調(diào)度運行安全校核的功能組成、數(shù)據(jù)要求、計算要素和計算標準。以上要求進一步提升了電網(wǎng)運行風險的預想、預判和預處理能力。

“三道防線”控制保護及裝備技術標準

原有安全穩(wěn)定控制技術、穩(wěn)控裝置的原理判據(jù)難以滿足交直流混聯(lián)大電網(wǎng)的要求，斷路器失靈動作時間較長，控保裝置智能化運維程度低，整定計算數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，亟需提升裝備水平及運行分析、定值計算能力，夯實“三道防線”安全穩(wěn)定運行基礎。

提出了提升電力系統(tǒng)承受大擾動能力的安全穩(wěn)定控制技術。本系列標準提出了應對新能源脫網(wǎng)、直流換相失敗等新型故障形態(tài)的協(xié)調(diào)控制技術，優(yōu)化了失步/快速解列、低頻/低壓減載、高頻切機等三道防線的控制策略，構建了大面積停電后網(wǎng)架重構實施方案，實現(xiàn)了國家電網(wǎng)500kV及以上站點穩(wěn)定控制系統(tǒng)覆蓋率達到40%，有力保障了我國特高壓交直流電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，有效防范了大容量特高壓直流和大規(guī)模新能源集群故障擾動引發(fā)大面積停電的風險。

提出了適應交直流混聯(lián)的保護和穩(wěn)控裝置功能配置及判據(jù)優(yōu)化方法。本系列標準提出了站域失靈（死區(qū)）保護原理及延時優(yōu)化算法，提出了應對CT拖尾的解決措施及故障選串措施，大幅縮減失靈保護動作時間，提升斷路器失靈、死區(qū)故障的快速切除能力。提出了穩(wěn)控系統(tǒng)元件投停、元件跳閘、元件過載、裝置啟動等功能判據(jù)，解決了現(xiàn)有穩(wěn)控裝置種類繁多、功能復雜，各環(huán)節(jié)差異較大，提高了穩(wěn)定控制裝置規(guī)范化水平。

提出了保護和穩(wěn)控裝置智能化診斷及標準化建模技術。本系列標準提出了在線監(jiān)視、故障預警、狀態(tài)評估、智能診斷、風險預估等規(guī)范化技術方案，攻克了基于CIM技術的整定計算規(guī)范化對象建模技術，明確了在線監(jiān)視與分析系統(tǒng)及整定計算軟件的功能要求、信息交互要求，支撐裝置的運行分析及整定計算，全面提升運行決策智能化水平。

適用于新型電力系統(tǒng)的網(wǎng)源協(xié)調(diào)技術標準

新能源的隨機性、波動性對電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力提出了新的要求，原有核電、新能源、儲能基本不參與系統(tǒng)調(diào)頻，火電深度調(diào)峰對一次調(diào)頻能力和PSS參數(shù)整定影響不確定；機組涉網(wǎng)保護配合不協(xié)調(diào)，擾動下可能存在誤動風險造成事故擴大。亟待規(guī)范電源一次調(diào)頻性能、PSS整定技術以及涉網(wǎng)保護協(xié)調(diào)原則。

提出了新型工況和新型電源的一次調(diào)頻性能指標及試驗要求。本系列標準提出了火電機組深度調(diào)峰、水電機組高占比等特定工況下的常規(guī)電源一次調(diào)頻性能要求；根據(jù)各類電源性能特點，提出了考慮設備本體約束條件的核電機組、新能源場站、儲能電站的一次調(diào)頻性能指標及試驗要求。指導并促進并網(wǎng)電源涉網(wǎng)性能改造及試驗驗證，提升了電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的抗擾動能力。

提出了適應火電深度調(diào)峰的PSS參數(shù)整定試驗技術。針對高比例新能源接入后火電機組長期低負荷運行工況，提出將PSS動態(tài)試驗工況由80%額定功率降低至不低于60%額定功率，以及適應火電機組深度調(diào)峰工況下的PSS自動投入要求；提出了基于無功電流補償環(huán)節(jié)（電壓調(diào)差環(huán)節(jié)）對勵磁系統(tǒng)無補償特性影響的PSS參數(shù)整定試驗方法。

提出了多類型電源涉網(wǎng)保護協(xié)調(diào)配合技術原則。提出了電源涉網(wǎng)保護協(xié)調(diào)配合與分輪次動作參數(shù)整定原則，規(guī)范了多類型并網(wǎng)電源的涉網(wǎng)保護啟動條件與動作邏輯，提出了新能源場站電壓穿越、頻率異常等涉網(wǎng)性能和保護技術要求，提升電源抗擾動能力的同時可有效避免保護誤動跳機，增強了電源對電網(wǎng)的支撐能力。

新能源資源評估和調(diào)度運行控制關鍵技術標準

新能源資源及發(fā)電功率預測、場站并網(wǎng)控制是新能源消納及穩(wěn)定支撐的重要基礎。目前新能源資源及功率預測存在預見期短、精度不足等問題，場站控制拓撲冗余、時序匹配差、響應延遲長，亟需從功能要求、方法策略、技術指標等方面加以規(guī)范。

提出了基于單機信息法的新能源理論發(fā)電功率評估方法。本系列標準提出了基于圖像識別技術的異常數(shù)據(jù)識別方法，構建了新能源機組實際功率曲線的自動擬合模型，提出了基于單機信息法的新能源機組理論發(fā)電功率計算方法。提出了考慮新能源機組運行狀態(tài)的受限電量評估方法，構建了考慮狀態(tài)異常和電量平衡的棄電量統(tǒng)計模型，首次實現(xiàn)了新能源場站場內(nèi)棄電和場外棄電的準確評估，將評估偏差由3% 以上降至1% 左右。

提出了多時間尺度新能源功率預測技術。本系列標準提出了新能源功率預測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集類型及方式，攻克了數(shù)值天氣預報的長時間尺度預測技術，建立了滿足預測時長要求的數(shù)值天氣預報模式；提出了基于深度學習算法的長時間尺度預測，建立了不同天氣類型的適應性優(yōu)化模型，在保障預測精度的前提下可獲得未來10 天的預測結果，形成了覆蓋中期、短期，超短期的新能源功率預測技術體系。

構建了新能源場站功率控制系統(tǒng)技術體系。本系列標準提出了有功功率控制、一次調(diào)頻控制及無功電壓控制等新能源場站功率控制的功能要求，提出了多種功率控制功能協(xié)調(diào)運行的技術要求、系統(tǒng)架構和功率控制策略，規(guī)范了新能源場站功率控制技術要求和性能指標的綜合驗證及評價方法，指導35kV 及以上電壓等級并網(wǎng)的新能源場站設計選型和控制運行。

標準實施對特高壓交直流混聯(lián)大電網(wǎng)運行具有重要意義

本系列標準圍繞我國特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行需要，針對電網(wǎng)仿真、計算分析、控制保護、網(wǎng)源協(xié)調(diào)、新能源調(diào)度等關鍵技術領域，開展了深入調(diào)研、分析與研究，研究成果主要包括以下幾項。

（1）提出了重要元件建模和數(shù)據(jù)描述方法，攻克了大規(guī)模分網(wǎng)并行解耦仿真技術，規(guī)范了特高壓交直流電網(wǎng)仿真技術要求，提升了仿真的科學性和準確性。

（2）提出了電力電子設備新型故障和穩(wěn)定形態(tài)計算分析方法，建立了安全穩(wěn)定離線/ 在線計算分析技術規(guī)范，提高了對電網(wǎng)運行風險的認知和防控能力。

（3）提出了嚴重故障下繼電保護和安全穩(wěn)定控制優(yōu)化技術，構建了安全自動裝置功能要求、策略判據(jù)和定值整定技術標準體系，指導了電網(wǎng)安全防御系統(tǒng)構建。

（4）提出了并網(wǎng)電源調(diào)節(jié)性能指標及涉網(wǎng)保護協(xié)調(diào)技術，規(guī)范了網(wǎng)源協(xié)調(diào)技術要求，指導了電源涉網(wǎng)性能改造和試驗驗證，提高了電源對電網(wǎng)的支撐和調(diào)節(jié)能力。

（5）首次提出并明確了新能源發(fā)電能力及棄電量評估方法和新能源功率預測及調(diào)度運行控制技術要求，提高了新能源功率預測和理論功率評估水平。

基于上述研究成果，編制了GB/T 40580-2021《高壓直流輸電系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真建模技術導則》、GB/T 40587-2021《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)技術規(guī)范》、GB/T 40615-2021《電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定評價導則》、GB/T 40585-2021《電網(wǎng)運行風險監(jiān)測、評估及可視化技術規(guī)范》、GB/T 40591-2021《電力系統(tǒng)穩(wěn)定器整定試驗導則》、GB/T 40607-2021《調(diào)度側風電或光伏功率預測系統(tǒng)技術要求》等30 項國家標準。成果促進了我國電網(wǎng)運行技術進步，完善了我國特高壓電網(wǎng)和大規(guī)模新能源運行標準體系，強力支撐我國大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，促進我國新能源的規(guī)?；咝Ю?，進一步提升我國在相關技術領域的國際影響力和話語權。

系列標準的發(fā)布實施，有效彌補現(xiàn)有標準存在的不適應或缺失等問題，進一步完善了我國大電網(wǎng)運行與控制技術標準體系，滿足大容量直流和大規(guī)模新能源接入后提高電網(wǎng)仿真精度和效率、強化電網(wǎng)安全穩(wěn)定防御能力、提升電網(wǎng)狀態(tài)的快速感知能力、促進新能源精細化控制和充分消納的需求，可指導未來特高壓電網(wǎng)的規(guī)劃、設計和運行控制，為我國電力系統(tǒng)向以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的安全過渡保駕護航、促進其可持續(xù)發(fā)展，為落實“一帶一路”倡議和“碳中和、碳達峰”能源發(fā)展目標提供技術支撐。（ 作者單位系中國電力科學研究院有限公司）