国家科学技术进步奖二等奖“超大规模新能源大电网运行控制关键技术及应用”：创造性解决世界级难题

7月8日，中国电力科学研究院有限公司牵头完成的“超大规模新能源大电网运行控制关键技术及应用”获国家科学技术进步奖二等奖。

近年来，国家电网有限公司一体推进基础研究、科技攻关、成果转化，提升创新整体效能，保障电网安全稳定运行。中国电科院联合国网电科院（南瑞集团）等单位组成项目团队瞄准超大规模新能源电网运行控制开展跨学科联合攻关，重构“仿真认知—安全防御—平衡调控”的运行控制体系，为我国新能源大规模开发、安全高效运行控制提供了整套自主可控的技术方案，成功破解了高比例新能源电网稳定运行难题。

▲大电网全电磁暂态仿真实验室

攻克全电磁暂态仿真技术，

大电网“看得更清”

全电磁暂态仿真技术类似于电力系统的“显微镜”，能准确认知高比例新能源电网。

今年4月，项目团队开展某在建直流输电线路工程输电能力分析试验。“我们针对该工程开展了上万次大电网全电磁暂态仿真计算，全面测试交直流系统安全稳定特性。”团队成员张健说。

随着新能源大规模接入电网，风电、光伏、直流输电带来的电力电子设备相互作用，反应速度快，产生暂态过程，难以用传统的仿真技术模拟。2015年9月，项目团队开始对大电网全电磁暂态仿真技术进行攻关，目标是突破超大电网节点规模的高精度全电磁仿真能力，打造适配全网场景的仿真体系，满足国家电网全域安全稳定精细化分析的核心需求。

▲大电网全电磁暂态仿真系统

历经多轮测试迭代与技术攻坚，团队重新搭建了一套适配超大规模电网的全电磁暂态仿真计算体系，实现了对大电网拓扑结构的精准拆解与独立求解。随后，项目团队自主研发超大规模新能源电网全电磁暂态仿真软件，深度还原风光机组、直流工程与交流大电网之间复杂耦合交互过程，清晰呈现各类设备短时动态变化特征，帮助电力调度工作人员提前甄别潜在运行风险，科学校核不同工况下电网运行方式，精准划定电网安全运行边界。

立足工程实际，项目团队持续迭代优化技术，拓展仿真软件的应用场景与覆盖范围。目前，该软件仿真能力达到行业顶尖水平，实际工程实测最高可覆盖33万节点电网模型，覆盖国家电网全部骨干网架。

构建大面积协同防控体系，

大电网“防得更稳”

大电网“看”得更清晰的同时，防控体系的健全完善也为电网运行留出更多安全“提前量”。

6月23日，项目团队利用仿真手段开展大面积协同防控实验，总结分析新型电网故障特性，为电网安全稳定运行提供防御技术方案。

由于新能源分布范围广、接入规模大，其风险敞口在同步放大。项目团队围绕故障快速阻断、全域协同防护目标，深入分析故障失稳底层机理，通过海量仿真复现各类故障演化全过程，厘清跨时间尺度长程耦合关联，掌握扰动冲击传导路径与演化规律。

“我们采取多点防护方法，创新提出暂态冲击能量‘设备-局域-全域’逐级耗散全新防御思路，结合多轮硬件装置与系统平台联调测试，搭建覆盖全网的分层协同安全防御方式。”团队技术骨干张星说。

2023年12月16日，雁门关—淮安±800千伏特高压直流输电工程受雨雪冰冻影响发生故障，华东地区电力保供面临挑战。在关键时刻，安全防御装置快速启动，142毫秒内紧急提升复奉、宾金等7回直流功率支援华东电网，使得华东电网快速平抑故障冲击，保障了华东地区电网安全稳定运行。

▲大电网安全防御系统

理念的创新，带动方法、技术与管理的系统性更新。

在设备源头层面，设备有了故障主动防范的新手段。项目团队自主研制多类型适配性安全防御装置，从源头提升新能源场站抗扰动能力。

在协同防控层面，项目团队搭建了跨区域、跨电压等级的协同防控架构，打通区域电网、新能源场站、储能设备、负荷侧防御装置之间的数据交互通道，构建起系统级安全防控新模式。

在故障处置层面，项目团队搭建的分层协同防控体系可在故障发生的瞬间快速锁定系统状态、识别扰动类型、评估冲击规模，自动协调全网各类防御设备分层动作，保障电网安全稳定运行。

从设备管理“控”，到分层防控“联”，再到故障处置“快”，全电磁暂态仿真和安全防御技术的应用，让电网状态更加稳定。目前，公司已构建覆盖6大区域、全域协同的安全防御系统，提升跨区安全输电能力5454万千瓦。

优化高频率波动算法，

大电网“调得更准”

新能源发电波动幅度大，极端天气下出力骤升骤降，电力实时平衡面临挑战。在“看得清”“防得住”的基础上，面对快速增长的新能源发电，如何升级系统调节能力，最大限度消纳新能源电量？

2021年开始，项目团队开展跨电力、数学、计算机多学科协同攻坚，反复开展上万组场景算例试验，突破底层算法瓶颈，研发出全自主可控调度决策优化求解器，支撑多资源协同调控框架落地，实现新能源出力精准预判与全网毫秒级协同调度。

▲项目团队进行直流控制策略校核

有了求解器作为技术支持，项目团队还面向新能源强波动场景，搭建多资源协同平衡调控框架，精准预判风电、光伏发电出力变化趋势，统筹优化源网荷储调节资源。同时，项目团队开发出完全自主可控的调度决策优化软件，有效提升海量变量下调度计算速度，实现全国范围内风光功率大幅波动时的毫秒级快速响应、跨区域协同调控，提升新能源消纳水平。

更多的创新成果正从纸面落地。目前，超大规模新能源大电网运行控制关键技术及应用整套技术成果覆盖国家电网经营区6万多座变电站、数十万座新能源场站，应用于全国31个省份。近三年，系统调控消纳新能源3.7万亿千瓦时，支撑我国新能源规模化开发和高效利用。同时，项目成果输出至巴基斯坦、埃及等国家，支撑当地重大电力工程建设和电网安全稳定运行，服务高质量共建“一带一路”。

随着新能源装机占比不断提升，电力系统“双高”特征日益显著，国家电网公司以技术创新破解难点痛点，持续推进一系列探索实践，为保障电力安全可靠供应、构建新型电力系统、推动能源绿色转型提供坚强有力的支撑。

内容来源：国家电网有限公司官方网站