中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：配電網(wǎng)連接電力主網(wǎng)和千家萬(wàn)戶(hù)，在保障電力供應(yīng)、支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、服務(wù)改善民生等方面發(fā)揮重要作用。為加快建設(shè)新型能源體系和新型電力系統(tǒng)，推進(jìn)配電網(wǎng)與源荷儲(chǔ)科學(xué)融合發(fā)展備受社會(huì)關(guān)注。
中國(guó)電力科學(xué)研究院配電網(wǎng)仿真和運(yùn)行分析科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)歷時(shí)十余年，積極發(fā)展配電網(wǎng)仿真技術(shù)，研發(fā)了國(guó)際首套大規(guī)模復(fù)雜有源配電網(wǎng)數(shù)?；旌戏抡嫫脚_(tái)，有效支撐了配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃、故障推演、分布式能源高效并網(wǎng)，為配電網(wǎng)發(fā)展建設(shè)貢獻(xiàn)了中國(guó)智慧和中國(guó)方案。
自主研發(fā) 精準(zhǔn)“刻畫(huà)”配網(wǎng)海量設(shè)備
在位于北京市海淀區(qū)的中國(guó)電力科學(xué)研究院復(fù)雜配電網(wǎng)數(shù)模混合仿真實(shí)驗(yàn)室，海量的配電網(wǎng)數(shù)據(jù)正在實(shí)時(shí)傳入仿真平臺(tái)，一排排機(jī)柜不眠不休地閃爍著燈光，百納秒級(jí)的超高精度實(shí)時(shí)仿真計(jì)算正在快速運(yùn)行著。
中國(guó)電科院配電技術(shù)中心配電網(wǎng)運(yùn)行分析研究室主任賈東梨一邊看著實(shí)時(shí)計(jì)算的結(jié)果，一邊和團(tuán)隊(duì)成員討論著接下來(lái)的研究安排。
配電網(wǎng)連接電力主網(wǎng)和千家萬(wàn)戶(hù)，具有體量巨大、分布廣泛、節(jié)點(diǎn)眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)。
“‘十二五’以前，我國(guó)電力主網(wǎng)還不夠完善，國(guó)家大力投資建設(shè)大電網(wǎng)，滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求。伴隨大電網(wǎng)的迅猛發(fā)展，直接面向各類(lèi)電力用戶(hù)的配電網(wǎng)也備受關(guān)注?！辟Z東梨介紹，“十二五”以來(lái)，我國(guó)城鄉(xiāng)配電網(wǎng)投資規(guī)模不斷擴(kuò)大，開(kāi)展配電網(wǎng)仿真研究變得更為迫切。
仿真是支撐大規(guī)模復(fù)雜配電網(wǎng)規(guī)劃、調(diào)度與運(yùn)維的有效技術(shù)手段。2010年，中國(guó)電科院成立復(fù)雜配電網(wǎng)數(shù)?；旌戏抡鎸?shí)驗(yàn)室，組建配電網(wǎng)仿真和運(yùn)行分析科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，從零開(kāi)始開(kāi)發(fā)配電網(wǎng)仿真平臺(tái)。研究團(tuán)隊(duì)最初只有5人，賈東梨就是其中的一員。賈東梨2008年碩士畢業(yè)后入職中國(guó)電科院，從事配電網(wǎng)相關(guān)研究。
實(shí)驗(yàn)室成立之初，國(guó)內(nèi)配電網(wǎng)仿真研究尚處于空白，實(shí)驗(yàn)室只能借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，購(gòu)買(mǎi)了技術(shù)領(lǐng)先國(guó)家的軟件開(kāi)始啃硬骨頭。
事實(shí)上，我國(guó)電力主網(wǎng)仿真研究起步較早。20世紀(jì)70年代，為滿(mǎn)足電網(wǎng)建設(shè)需求，我國(guó)便開(kāi)始研究電力主網(wǎng)相關(guān)的仿真計(jì)算分析模型，取得了一系列科研成果。那么，這些成果是否可以直接應(yīng)用于配電網(wǎng)仿真研究？
答案是否定的。對(duì)此，賈東梨解釋說(shuō)：“與電力主網(wǎng)相比，配電網(wǎng)規(guī)模更大、設(shè)備類(lèi)型更多、結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，且直接連接著各種用戶(hù)，具有三相不平衡的問(wèn)題。不能直接套用電力主網(wǎng)的仿真模型，必須自主研發(fā)新系統(tǒng)?！?
研究是漫長(zhǎng)而枯燥的，考驗(yàn)著每一位研究人員的信心和耐心。2013年加入實(shí)驗(yàn)室的葉學(xué)順談到，有時(shí)候一個(gè)看似很小的問(wèn)題都需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間。比如，當(dāng)仿真步長(zhǎng)越小時(shí)，仿真模型越準(zhǔn)確。為攻克50微秒實(shí)時(shí)仿真步長(zhǎng)的問(wèn)題，他們用了兩年的時(shí)間。
功夫不負(fù)有心人。2019年，實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的配電網(wǎng)仿真平臺(tái)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，成功問(wèn)世。
如今，實(shí)驗(yàn)室研究人員達(dá)到18人，擁有10大類(lèi)300余臺(tái)套仿真設(shè)備，具備從穩(wěn)態(tài)到暫態(tài)、數(shù)字到數(shù)?；旌戏抡娴娜盗蟹抡婺芰?，是目前國(guó)內(nèi)外規(guī)模最大、功能最全的配電網(wǎng)專(zhuān)業(yè)仿真實(shí)驗(yàn)室。
“目前實(shí)驗(yàn)室支持上萬(wàn)條饋線(xiàn)、百萬(wàn)節(jié)點(diǎn)的超大規(guī)模配電網(wǎng)快速計(jì)算與百納秒級(jí)自適應(yīng)變步長(zhǎng)超高實(shí)時(shí)仿真，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)配電網(wǎng)仿真核心技術(shù)的自主可控與仿真工具的國(guó)產(chǎn)化替代?！辟Z東梨告訴記者，像我國(guó)的超大城市，其配電網(wǎng)一般有3000多條饋線(xiàn)。也就是說(shuō)，實(shí)驗(yàn)室已具備同時(shí)仿真3個(gè)超大城市配電網(wǎng)的能力。
配電網(wǎng)作為重要的公共基礎(chǔ)設(shè)施，在保障電力供應(yīng)、支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、服務(wù)改善民生等方面發(fā)揮重要作用。
今年發(fā)布的《關(guān)于新形勢(shì)下配電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《指導(dǎo)意見(jiàn)》）提出，有序擴(kuò)大配電網(wǎng)投資，提高投資效益，協(xié)同推進(jìn)配電網(wǎng)建設(shè)改造，系統(tǒng)推進(jìn)配電網(wǎng)與源荷儲(chǔ)科學(xué)融合發(fā)展，全面提升城鄉(xiāng)配電網(wǎng)供電保障能力和綜合承載能力，以配電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展助力新型能源體系和新型電力系統(tǒng)建設(shè)，服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，加快中國(guó)式現(xiàn)代化進(jìn)程。
賈東梨和她的團(tuán)隊(duì)完成了配電網(wǎng)建模、數(shù)?；旌戏抡娴纫幌盗谢A(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究，為我國(guó)城鄉(xiāng)配電網(wǎng)投資建設(shè)改造提供了分析與決策支持工具，已應(yīng)用于天津、湖南、陜西等多個(gè)省市，有力提升了電網(wǎng)安全運(yùn)行水平。
國(guó)際領(lǐng)先 創(chuàng)建復(fù)雜有源配電網(wǎng)仿真理論
打開(kāi)配電網(wǎng)仿真平臺(tái)，依托實(shí)際電網(wǎng)數(shù)據(jù)仿真的配電網(wǎng)模型清晰呈現(xiàn)。點(diǎn)擊“配電網(wǎng)離線(xiàn)/在線(xiàn)一體化仿真平臺(tái)分析計(jì)算”模塊，3秒內(nèi)便可以完成一次配電網(wǎng)在線(xiàn)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的多維度評(píng)估，形成最優(yōu)決策方案。
“根據(jù)仿真平臺(tái)計(jì)算的結(jié)果和提供的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，電網(wǎng)企業(yè)可以提前作出決策，提高配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)、調(diào)度控制、運(yùn)行檢修的效率，避免‘小馬拉大車(chē)’和‘大馬拉小車(chē)’的情況，保障電網(wǎng)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。”團(tuán)隊(duì)成員王晨鐘做系統(tǒng)開(kāi)發(fā)多年，已生出些許銀發(fā)。看著自己參與開(kāi)發(fā)的平臺(tái)在實(shí)踐中得到檢驗(yàn)和發(fā)展，他感覺(jué)格外有成就感。
隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)的推進(jìn)，配電網(wǎng)正逐步由單純接受、分配電能給用戶(hù)的電力網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)樵淳W(wǎng)荷儲(chǔ)融合互動(dòng)、與上級(jí)電網(wǎng)靈活耦合的電力網(wǎng)絡(luò)，在促進(jìn)分布式電源就近消納、承載新型負(fù)荷等方面的功能日益顯著。
《指導(dǎo)意見(jiàn)》提出，到2025年，配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)強(qiáng)清晰，供配電能力合理充裕；配電網(wǎng)承載力和靈活性顯著提升，具備5億千瓦左右分布式新能源、1200萬(wàn)臺(tái)左右充電樁接入能力。
在我國(guó)廣袤的鄉(xiāng)村，屋頂光伏正走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)。陽(yáng)光下，一塊塊藍(lán)色的光伏板閃閃發(fā)光，成為美麗鄉(xiāng)村中的一道亮麗風(fēng)景線(xiàn)。
“近年來(lái)，我國(guó)配電網(wǎng)形態(tài)發(fā)生了很大變化，大量分布式新能源、新型儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施等新主體接入配電網(wǎng)，使本來(lái)沒(méi)有電源的配電網(wǎng)也有了很多直接電源，推動(dòng)配電網(wǎng)在形態(tài)上從傳統(tǒng)的‘無(wú)源’單向輻射網(wǎng)絡(luò)向‘有源’雙向交互系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?！比~學(xué)順介紹，有源配電網(wǎng)呈現(xiàn)出潮流雙向流動(dòng)、穩(wěn)態(tài)暫態(tài)交織等復(fù)雜特征，國(guó)內(nèi)外針對(duì)有源配電網(wǎng)的仿真工具缺乏，亟須依靠自主創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)我國(guó)配電網(wǎng)仿真理論方法的重大突破。
實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)積極創(chuàng)新攻關(guān)，創(chuàng)建了復(fù)雜有源配電網(wǎng)仿真理論方法，研發(fā)了國(guó)際首套大規(guī)模復(fù)雜有源配電網(wǎng)數(shù)?；旌戏抡嫫脚_(tái)，提出了多尺度信息物理系統(tǒng)融合建模、離線(xiàn)/在線(xiàn)一體化高精度仿真、自適應(yīng)變步長(zhǎng)加速、多速率并行計(jì)算等高效算法，奠定了我國(guó)在有源配電網(wǎng)計(jì)算分析理論與方法領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先地位。
記者了解到，同主流商用仿真軟件相比，大規(guī)模復(fù)雜有源配電網(wǎng)數(shù)?；旌戏抡嫫脚_(tái)的穩(wěn)態(tài)仿真精度高出10個(gè)百分點(diǎn)，百萬(wàn)節(jié)點(diǎn)的仿真規(guī)模較主流商用仿真軟件最大支持1.5萬(wàn)節(jié)點(diǎn)仿真超出60倍；與主流商用實(shí)時(shí)仿真機(jī)相比，其暫態(tài)仿真最小步長(zhǎng)為200納秒，奠定了我國(guó)在有源配電網(wǎng)仿真技術(shù)方面的國(guó)際領(lǐng)先地位。
2022年，中國(guó)電科院配電技術(shù)中心獲批了國(guó)家電網(wǎng)科技攻關(guān)團(tuán)隊(duì)“大規(guī)模分布式電源并網(wǎng)技術(shù)科技攻關(guān)團(tuán)隊(duì)”和國(guó)家電網(wǎng)第一批公司實(shí)驗(yàn)室“分布式電源和微電網(wǎng)控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”，進(jìn)一步賦予了復(fù)雜配電網(wǎng)數(shù)模混合仿真實(shí)驗(yàn)室為分布式電源和微電網(wǎng)靈活組網(wǎng)接入、資源協(xié)同控制、現(xiàn)代智慧配電網(wǎng)數(shù)字孿生等提供仿真驗(yàn)證環(huán)境的新使命，支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)和能源電力綠色低碳轉(zhuǎn)型。
持續(xù)攀峰 助力數(shù)智化堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)
經(jīng)過(guò)團(tuán)隊(duì)成員的持續(xù)科研攻關(guān)，配電網(wǎng)仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“仿得準(zhǔn)”“仿得快”“仿得規(guī)模大”，使配電網(wǎng)的運(yùn)行分析更加數(shù)字化、智能化。
依托復(fù)雜配電網(wǎng)數(shù)?；旌戏抡鎸?shí)驗(yàn)室，團(tuán)隊(duì)成員研發(fā)了多套具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟硬件產(chǎn)品，支撐了國(guó)家級(jí)、公司級(jí)等項(xiàng)目100余項(xiàng)，榮獲2022年度中國(guó)仿真學(xué)會(huì)自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、IEEE SDM工業(yè)技術(shù)杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)等各級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)18項(xiàng)，授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利100余項(xiàng)（其中國(guó)際發(fā)明專(zhuān)利5項(xiàng)）。
在34歲的團(tuán)隊(duì)成員周俊看來(lái)，他們的研究?jī)r(jià)值不僅體現(xiàn)在取得了豐碩的科研成果，還體現(xiàn)在切實(shí)解決了一系列電網(wǎng)問(wèn)題。
“每個(gè)省份都有不同的特點(diǎn)，比如有的省份分布式光伏發(fā)展迅猛，有的省份山區(qū)電網(wǎng)智能化程度不高。為滿(mǎn)足各省差異化的需求，我們會(huì)根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化模型和算法，部署合適的配電網(wǎng)仿真系統(tǒng)，更好服務(wù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)發(fā)展?！彪m然已經(jīng)工作了12年，但周俊依然對(duì)自己的工作充滿(mǎn)熱情。每個(gè)定制應(yīng)用的項(xiàng)目通常需要花費(fèi)她3至6個(gè)月時(shí)間，當(dāng)仿真系統(tǒng)成功運(yùn)行時(shí)，周俊都感受到了滿(mǎn)滿(mǎn)的幸福感。
如今，配電網(wǎng)仿真和運(yùn)行分析科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)平均年齡33歲，是一支以中青年員工為主體、技術(shù)實(shí)力業(yè)內(nèi)領(lǐng)先、朝氣蓬勃、富有開(kāi)創(chuàng)意識(shí)的科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。該團(tuán)隊(duì)取得了一系列創(chuàng)新成果，廣泛應(yīng)用于我國(guó)城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)十億元產(chǎn)值，帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，為我國(guó)配電領(lǐng)域科技進(jìn)步與建設(shè)發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。
令他們自豪的是，團(tuán)隊(duì)研發(fā)的技術(shù)也引起了國(guó)際上的高度關(guān)注，并發(fā)起成立了世界首個(gè)信息物理配電系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)室，牽頭編寫(xiě)了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEEE P2749“智能配電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)與評(píng)估推薦性實(shí)踐”，為配電網(wǎng)發(fā)展建設(shè)貢獻(xiàn)了中國(guó)智慧和中國(guó)方案。
畢業(yè)于華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的楊曉雨剛來(lái)實(shí)驗(yàn)室不足兩年，現(xiàn)在是支撐仿真系統(tǒng)建設(shè)的算法工程師。“雖然配電網(wǎng)好比電網(wǎng)的‘毛細(xì)血管’，看起來(lái)不如特高壓、超高壓等電壓等級(jí)高的主網(wǎng)‘高大上’，但配電網(wǎng)是打通客戶(hù)的‘最后一公里’，直接關(guān)系客戶(hù)的用電體驗(yàn)，服務(wù)配電網(wǎng)建設(shè)，我覺(jué)得社會(huì)價(jià)值很大。”談起自己的研究，楊曉雨信心十足。
今年，國(guó)家電網(wǎng)提出建設(shè)數(shù)智化堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)，推動(dòng)主配協(xié)調(diào)發(fā)展，支撐源網(wǎng)荷儲(chǔ)數(shù)碳互動(dòng)、多能協(xié)同互補(bǔ)、新能源大規(guī)模高比例并網(wǎng)，滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)、微電網(wǎng)、新型儲(chǔ)能、虛擬電廠等交互式多元主體友好接入。
配電網(wǎng)仿真技術(shù)作為新型電力系統(tǒng)相關(guān)研究中較為前沿核心的技術(shù)及測(cè)試手段，能夠保證線(xiàn)路、風(fēng)機(jī)、光伏、智能終端等物理/數(shù)字模型以與實(shí)際高度吻合的狀態(tài)接入配電網(wǎng)仿真系統(tǒng)，精準(zhǔn)模擬配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，有力支撐數(shù)智化堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)。
下一步，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)加強(qiáng)配電網(wǎng)領(lǐng)域基礎(chǔ)前瞻技術(shù)研究，深入培育復(fù)雜配電網(wǎng)方向和“卡脖子”技術(shù)攻關(guān)成果，持續(xù)突破制約配電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的技術(shù)瓶頸，著力實(shí)施重大成果培育，推動(dòng)新形勢(shì)下配電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展，助力構(gòu)建清潔低碳、安全充裕、經(jīng)濟(jì)高效、供需協(xié)同、靈活智能的新型電力系統(tǒng)。
