高比例新能源接入下，电力系统运行状态虚拟仿真实验的教学价值

一、概念先行：什么是含新能源发电的电力系统

含新能源发电的电力系统，指的是在传统火电为主体的电力系统中，大规模接入风电、光伏等波动性电源后形成的电力系统形态。它与传统电力系统的本质区别在于电源侧的不确定性显著增加。

传统火电的出力可以按调度指令调节，因此电力系统的平衡主要靠「源随荷动」——用电负荷变化了，调整发电出力跟上即可。但风电与光伏的出力取决于风速和光照，具有间歇性、波动性、不可控性三个特点：风速不够就发不出电，云层遮挡出力就骤降。当这类电源占比升高到一定程度，系统平衡的逻辑就发生了改变——不仅要调火电，还要考虑新能源的出力预测误差、需要配置储能来平抑波动、需要更复杂的调度策略来维持频率与电压稳定。

这一变化对教学提出的要求是：学生不仅要理解传统电力系统的运行原理，还要理解高比例新能源接入后系统运行特性的改变。而这些内容在真实电网中无法让学生动手实验——电网是连续运行的关键基础设施，不允许为教学而调整运行方式。北京欧倍尔含新能源发电的电力系统运行状态虚拟仿真实验提供了可反复操作的虚拟环境。

二、政策对应：新型电力系统建设对人才能力的要求

近年来的政策方向为这类实验提供了明确的教学依据。构建新型电力系统已成为能源电力领域的核心任务，其内涵包括推动新能源成为装机主体、提升电力系统的灵活调节能力、加强电网的数字化智能化水平等。

政策导向落到人才培养上，对应的是三类能力的培养需求：

规划能力——新能源大规模接入后，电源选址与容量配置需要综合考虑资源分布、负荷特点与输电条件，不能按传统方式简单确定

认知能力——理解火电、风电、光伏等不同类型电源以及变电站的作用与运行特性，建立对新型电力系统结构的整体认识

调度处置能力——新能源高渗透率下，电网故障的表现形式与处置方式都发生了变化，需要专门训练

北京欧倍尔含新能源发电的电力系统运行状态虚拟仿真实验的内容设计，正是按这三类能力组织的。

三、实验内容一：电力系统规划

1、系统电源规划

电力系统电源规划是实验的起点。实验设定了一个假想地区，该地区正在进行大规模的电力设施投资建设。学员需要完成的任务是：查看各城市的环境及负荷特点，据此设置火电厂、风电厂、光伏电厂及降压变电站的位置与装机容量，选择接线结构和输电线路参数，把各个城市连接起来，并注意缩减建设成本。

这一环节的训练价值在于理解电源规划的依据。为什么某个城市适合建光伏电厂？因为当地光照资源丰富；为什么另一个城市要建火电厂？因为它承担基荷且需要稳定的电源支撑。资源条件、负荷需求与成本约束三者共同决定了规划方案，学员需要在实验中权衡这些因素。

▲ 电力系统电源规划实验界面

四、实验内容二：发电厂及变电站认知

规划完成后，实验进入发电厂及变电站认知部分，涵盖调度中心、火力发电厂、风力发电厂、光伏电站与220kV变电站五类场景。

1、调度中心

调度中心是电网运行的指挥中枢。学员可在此了解调度机构如何监控全网运行状态、如何下达调度指令，理解电力系统「统一调度、分级管理」的运行体制。

2、火电厂、风电厂与光伏电站

三类电源场景让学员对比理解不同电源的结构与运行特点。火力发电厂以锅炉、汽轮机、发电机为核心设备链条，出力可控；风力发电厂以风力发电机、风机变压器为关键设备，出力随风速变化；光伏电站以光伏阵列、逆变器为核心，出力随光照变化。

把三类电源放在一起对比，学员能直观理解为什么新能源占比提升会改变系统的运行方式——火电可以按指令调整出力，风电与光伏则要看天吃饭。

3、220kV变电站

220kV变电站是电能汇集与电压变换的关键环节。学员可了解变电站的接线方式与设备构成，理解电能在输电网与配电网之间的转换过程。

▲ 发电厂与变电站三维场景认知

▲ 新能源电站结构与设备认知

五、实验内容三：电网运行故障调度处置

这是实验的核心训练环节，也是最能体现「含新能源」特点的部分。故障处置实验包含三类内容：

1、频率故障

频率直接反映系统的功率平衡状态——发电大于用电，频率升高；用电大于发电，频率降低。学员需在实验中观察频率偏离的产生过程，并采取措施恢复平衡。新能源出力波动正是引发频率问题的常见原因之一。

2、电压故障

电压反映电能质量与无功功率平衡。新能源机组（尤其是风电机组）的无功支撑能力与传统火电不同，其接入会改变电网的电压分布特性，这也是新型电力系统面临的典型问题。

3、新能源高渗透率电网故障

这一类故障专门针对新能源占比高的场景设置。新能源高渗透率下，系统惯量下降、调节能力减弱，故障的表现形式与传统电网存在明显差异。学员在这一环节可理解高比例新能源接入对电网安全稳定运行带来的挑战，以及相应的应对措施。

▲ 电网故障调度处置实验

▲ 调度监控与运行状态观察

▲ 电力系统运行状态与参数监控

六、教学价值与适配课程

从能力培养角度看，实验覆盖三个层次：规划思维通过电源与线路规划训练资源配置与方案权衡能力；系统认知通过五类场景的认知训练建立对新型电力系统结构的整体认识；运行调度通过三类故障处置训练运行分析与决策能力。

实验的组织顺序为「规划—认知—故障处置」，与电力系统课程的讲授逻辑一致：先理解系统怎么建，再认识设备与结构，最后掌握运行与故障处置。

北京欧倍尔含新能源发电的电力系统运行状态虚拟仿真实验可应用于电气工程及其自动化、新能源科学与工程、智能电网信息工程等专业的电力系统分析、新能源发电技术、电力系统自动化等课程实训，也可用于电网企业运行人员的岗前培训。