中國儲能網訊：配電網連接電力主網和千家萬戶，在保障電力供應、支撐經濟社會發(fā)展、服務改善民生等方面發(fā)揮重要作用。為加快建設新型能源體系和新型電力系統(tǒng)，推進配電網與源荷儲科學融合發(fā)展備受社會關注。
中國電力科學研究院配電網仿真和運行分析科技創(chuàng)新團隊歷時十余年，積極發(fā)展配電網仿真技術，研發(fā)了國際首套大規(guī)模復雜有源配電網數?；旌戏抡嫫脚_，有效支撐了配電網優(yōu)化規(guī)劃、故障推演、分布式能源高效并網，為配電網發(fā)展建設貢獻了中國智慧和中國方案。
自主研發(fā) 精準“刻畫”配網海量設備
在位于北京市海淀區(qū)的中國電力科學研究院復雜配電網數模混合仿真實驗室，海量的配電網數據正在實時傳入仿真平臺，一排排機柜不眠不休地閃爍著燈光，百納秒級的超高精度實時仿真計算正在快速運行著。
中國電科院配電技術中心配電網運行分析研究室主任賈東梨一邊看著實時計算的結果，一邊和團隊成員討論著接下來的研究安排。
配電網連接電力主網和千家萬戶，具有體量巨大、分布廣泛、節(jié)點眾多、結構復雜等特點。
“‘十二五’以前，我國電力主網還不夠完善，國家大力投資建設大電網，滿足經濟社會發(fā)展需求。伴隨大電網的迅猛發(fā)展，直接面向各類電力用戶的配電網也備受關注?！辟Z東梨介紹，“十二五”以來，我國城鄉(xiāng)配電網投資規(guī)模不斷擴大，開展配電網仿真研究變得更為迫切。
仿真是支撐大規(guī)模復雜配電網規(guī)劃、調度與運維的有效技術手段。2010年，中國電科院成立復雜配電網數?；旌戏抡鎸嶒炇遥M建配電網仿真和運行分析科技創(chuàng)新團隊，從零開始開發(fā)配電網仿真平臺。研究團隊最初只有5人，賈東梨就是其中的一員。賈東梨2008年碩士畢業(yè)后入職中國電科院，從事配電網相關研究。
實驗室成立之初，國內配電網仿真研究尚處于空白，實驗室只能借鑒國外的經驗，購買了技術領先國家的軟件開始啃硬骨頭。
事實上，我國電力主網仿真研究起步較早。20世紀70年代，為滿足電網建設需求，我國便開始研究電力主網相關的仿真計算分析模型，取得了一系列科研成果。那么，這些成果是否可以直接應用于配電網仿真研究？
答案是否定的。對此，賈東梨解釋說：“與電力主網相比，配電網規(guī)模更大、設備類型更多、結構更加復雜，且直接連接著各種用戶，具有三相不平衡的問題。不能直接套用電力主網的仿真模型，必須自主研發(fā)新系統(tǒng)?！?
研究是漫長而枯燥的，考驗著每一位研究人員的信心和耐心。2013年加入實驗室的葉學順談到，有時候一個看似很小的問題都需要花費很長時間。比如，當仿真步長越小時，仿真模型越準確。為攻克50微秒實時仿真步長的問題，他們用了兩年的時間。
功夫不負有心人。2019年，實驗室自主研發(fā)的配電網仿真平臺經過驗證，成功問世。
如今，實驗室研究人員達到18人，擁有10大類300余臺套仿真設備，具備從穩(wěn)態(tài)到暫態(tài)、數字到數?；旌戏抡娴娜盗蟹抡婺芰?，是目前國內外規(guī)模最大、功能最全的配電網專業(yè)仿真實驗室。
“目前實驗室支持上萬條饋線、百萬節(jié)點的超大規(guī)模配電網快速計算與百納秒級自適應變步長超高實時仿真，實現了我國配電網仿真核心技術的自主可控與仿真工具的國產化替代?！辟Z東梨告訴記者，像我國的超大城市，其配電網一般有3000多條饋線。也就是說，實驗室已具備同時仿真3個超大城市配電網的能力。
配電網作為重要的公共基礎設施，在保障電力供應、支撐經濟社會發(fā)展、服務改善民生等方面發(fā)揮重要作用。
今年發(fā)布的《關于新形勢下配電網高質量發(fā)展的指導意見》（以下簡稱《指導意見》）提出，有序擴大配電網投資，提高投資效益，協同推進配電網建設改造，系統(tǒng)推進配電網與源荷儲科學融合發(fā)展，全面提升城鄉(xiāng)配電網供電保障能力和綜合承載能力，以配電網高質量發(fā)展助力新型能源體系和新型電力系統(tǒng)建設，服務經濟社會發(fā)展，推動實現“雙碳”目標，加快中國式現代化進程。
賈東梨和她的團隊完成了配電網建模、數?；旌戏抡娴纫幌盗谢A理論與關鍵技術研究，為我國城鄉(xiāng)配電網投資建設改造提供了分析與決策支持工具，已應用于天津、湖南、陜西等多個省市，有力提升了電網安全運行水平。
國際領先 創(chuàng)建復雜有源配電網仿真理論
打開配電網仿真平臺，依托實際電網數據仿真的配電網模型清晰呈現。點擊“配電網離線/在線一體化仿真平臺分析計算”模塊，3秒內便可以完成一次配電網在線計算，實現對配電網運行狀態(tài)的多維度評估，形成最優(yōu)決策方案。
“根據仿真平臺計算的結果和提供的風險預警，電網企業(yè)可以提前作出決策，提高配電網規(guī)劃建設、調度控制、運行檢修的效率，避免‘小馬拉大車’和‘大馬拉小車’的情況，保障電網設備安全穩(wěn)定運行?！眻F隊成員王晨鐘做系統(tǒng)開發(fā)多年，已生出些許銀發(fā)。看著自己參與開發(fā)的平臺在實踐中得到檢驗和發(fā)展，他感覺格外有成就感。
隨著新型電力系統(tǒng)建設的推進，配電網正逐步由單純接受、分配電能給用戶的電力網絡轉變?yōu)樵淳W荷儲融合互動、與上級電網靈活耦合的電力網絡，在促進分布式電源就近消納、承載新型負荷等方面的功能日益顯著。
《指導意見》提出，到2025年，配電網網架結構更加堅強清晰，供配電能力合理充裕；配電網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、1200萬臺左右充電樁接入能力。
在我國廣袤的鄉(xiāng)村，屋頂光伏正走進千家萬戶。陽光下，一塊塊藍色的光伏板閃閃發(fā)光，成為美麗鄉(xiāng)村中的一道亮麗風景線。
“近年來，我國配電網形態(tài)發(fā)生了很大變化，大量分布式新能源、新型儲能、電動汽車充電設施等新主體接入配電網，使本來沒有電源的配電網也有了很多直接電源，推動配電網在形態(tài)上從傳統(tǒng)的‘無源’單向輻射網絡向‘有源’雙向交互系統(tǒng)轉變。”葉學順介紹，有源配電網呈現出潮流雙向流動、穩(wěn)態(tài)暫態(tài)交織等復雜特征，國內外針對有源配電網的仿真工具缺乏，亟須依靠自主創(chuàng)新，實現我國配電網仿真理論方法的重大突破。
實驗室團隊積極創(chuàng)新攻關，創(chuàng)建了復雜有源配電網仿真理論方法，研發(fā)了國際首套大規(guī)模復雜有源配電網數?；旌戏抡嫫脚_，提出了多尺度信息物理系統(tǒng)融合建模、離線/在線一體化高精度仿真、自適應變步長加速、多速率并行計算等高效算法，奠定了我國在有源配電網計算分析理論與方法領域的國際領先地位。
記者了解到，同主流商用仿真軟件相比，大規(guī)模復雜有源配電網數?；旌戏抡嫫脚_的穩(wěn)態(tài)仿真精度高出10個百分點，百萬節(jié)點的仿真規(guī)模較主流商用仿真軟件最大支持1.5萬節(jié)點仿真超出60倍；與主流商用實時仿真機相比，其暫態(tài)仿真最小步長為200納秒，奠定了我國在有源配電網仿真技術方面的國際領先地位。
2022年，中國電科院配電技術中心獲批了國家電網科技攻關團隊“大規(guī)模分布式電源并網技術科技攻關團隊”和國家電網第一批公司實驗室“分布式電源和微電網控制重點實驗室”，進一步賦予了復雜配電網數?；旌戏抡鎸嶒炇覟榉植际诫娫春臀㈦娋W靈活組網接入、資源協同控制、現代智慧配電網數字孿生等提供仿真驗證環(huán)境的新使命，支撐新型電力系統(tǒng)建設和能源電力綠色低碳轉型。
持續(xù)攀峰 助力數智化堅強電網建設
經過團隊成員的持續(xù)科研攻關，配電網仿真技術實現了“仿得準”“仿得快”“仿得規(guī)模大”，使配電網的運行分析更加數字化、智能化。
依托復雜配電網數?；旌戏抡鎸嶒炇遥瑘F隊成員研發(fā)了多套具有完全自主知識產權的軟硬件產品，支撐了國家級、公司級等項目100余項，榮獲2022年度中國仿真學會自然科學獎一等獎、IEEE SDM工業(yè)技術杰出貢獻獎等各級獎勵18項，授權發(fā)明專利100余項（其中國際發(fā)明專利5項）。
在34歲的團隊成員周俊看來，他們的研究價值不僅體現在取得了豐碩的科研成果，還體現在切實解決了一系列電網問題。
“每個省份都有不同的特點，比如有的省份分布式光伏發(fā)展迅猛，有的省份山區(qū)電網智能化程度不高。為滿足各省差異化的需求，我們會根據實際情況優(yōu)化模型和算法，部署合適的配電網仿真系統(tǒng)，更好服務當地電網發(fā)展?！彪m然已經工作了12年，但周俊依然對自己的工作充滿熱情。每個定制應用的項目通常需要花費她3至6個月時間，當仿真系統(tǒng)成功運行時，周俊都感受到了滿滿的幸福感。
如今，配電網仿真和運行分析科技創(chuàng)新團隊平均年齡33歲，是一支以中青年員工為主體、技術實力業(yè)內領先、朝氣蓬勃、富有開創(chuàng)意識的科技創(chuàng)新團隊。該團隊取得了一系列創(chuàng)新成果，廣泛應用于我國城鄉(xiāng)電網建設，實現了數十億元產值，帶來了巨大的經濟社會效益，為我國配電領域科技進步與建設發(fā)展作出了貢獻。
令他們自豪的是，團隊研發(fā)的技術也引起了國際上的高度關注，并發(fā)起成立了世界首個信息物理配電系統(tǒng)仿真實驗室，牽頭編寫了國際標準IEEE P2749“智能配電網風險辨識與評估推薦性實踐”，為配電網發(fā)展建設貢獻了中國智慧和中國方案。
畢業(yè)于華北電力大學計算機專業(yè)的楊曉雨剛來實驗室不足兩年，現在是支撐仿真系統(tǒng)建設的算法工程師。“雖然配電網好比電網的‘毛細血管’，看起來不如特高壓、超高壓等電壓等級高的主網‘高大上’，但配電網是打通客戶的‘最后一公里’，直接關系客戶的用電體驗，服務配電網建設，我覺得社會價值很大。”談起自己的研究，楊曉雨信心十足。
今年，國家電網提出建設數智化堅強電網，推動主配協調發(fā)展，支撐源網荷儲數碳互動、多能協同互補、新能源大規(guī)模高比例并網，滿足電動汽車、微電網、新型儲能、虛擬電廠等交互式多元主體友好接入。
配電網仿真技術作為新型電力系統(tǒng)相關研究中較為前沿核心的技術及測試手段，能夠保證線路、風機、光伏、智能終端等物理/數字模型以與實際高度吻合的狀態(tài)接入配電網仿真系統(tǒng)，精準模擬配電網的運行狀態(tài)，有力支撐數智化堅強電網建設。
下一步，團隊將繼續(xù)加強配電網領域基礎前瞻技術研究，深入培育復雜配電網方向和“卡脖子”技術攻關成果，持續(xù)突破制約配電網產業(yè)升級的技術瓶頸，著力實施重大成果培育，推動新形勢下配電網高質量發(fā)展，助力構建清潔低碳、安全充裕、經濟高效、供需協同、靈活智能的新型電力系統(tǒng)。
