南网科研院：聚焦可再生能源领域提升电网技术竞争力

[导语]

在2020年广东省科技创新大会上，由南方电网科学研究院有限责任公司（以下简称“南网科研院”）牵头完成的“可再生能源灵活消纳的数字物理智能决策平台研发及应用”项目（以下简称“项目”）荣获广东省科技进步奖二等奖。项目立足于建立安全、高效、可靠、绿色的智能电网的实际需求，聚焦可再生能源规模化利用与常规能源的清洁低碳化，开展数字物理多层融合决策平台研发，取得多项技术突破。目前项目成果已应用于可再生能源并网控制、大规模可再生能源消纳送出系统运行风险的精确辨识和稳控措施的制定等多个领域，获得了经济效益和社会效益的双丰收。

当前，可再生能源规模化利用与常规能源的清洁低碳化是能源发展的基本趋势，加快发展可再生能源已成为全球能源转型的主流方向。南方电网覆盖五省区，东西跨度近2000公里，网内拥有水、煤、核、抽水蓄能、油、气、风力等多种能源。2018年年底，南方电网全网非化石能源装机容量、发电量占比分别达到52.6%、51.5%。为落实国家能源转型的战略部署，南方电网公司未来将加快风电、光伏等可再生能源的开发。

为保障可再生能源的可靠并网和输送通道的安全稳定运行，实现大规模可再生能源灵活消纳，南网科研院、广东电网有限责任公司以及清华大学作为项目主要完成单位，依托国家科技支撑计划以及南方电网公司重大专项，围绕可再生能源灵活消纳的目标，开展了数字系统和物理装置多层融合决策平台的攻关研究。

项目多点发力 取得多项技术突破

项目由南网科研院电网仿真与控制技术研究所所长、南方电网公司级高级技术专家——郭琦博士作为负责人，立足于建立安全、高效、可靠、绿色的智能电网的实际需求，对数字物理多层融合决策平台开展了研发，并取得了一系列创新成果：

一是开发了可再生能源灵活消纳的数字物理智能决策平台，及数字系统和物理装置多层融合的决策平台（SMART），实现了在同一进程中同时精确模拟交直流大电网微秒级电磁暂态与毫秒级机电暂态过程。该平台具有灵活开放的对外一体化接口，实现了 SMART特高压直流 / 高压直流 / 柔直输电控制保护系统、机网协调控制系统、多类型新能源及储能控制系统、安稳控制系统、STATCOM 等电力电子装置控制保护系统的多层融合，为可再生能源智能并网控制和可再生能源送出系统的稳定灵活控制、安全风险分析、调度优化等提供了有力的技术手段。

SMART平台架构

水电并网控制仿真装置

风、光、储新能源智能并网测试系统

二是攻克了水电、风电、光伏等可再生能源智能并网控制技术。项目研发了反映水电站发电过程的引水系统、水轮机、调速器的高精度数字仿真模型和算法，开发了能同时模拟多个电站水轮机调节系统的仿真装置，研究成果广泛应用于水轮机运行控制参数与逻辑优化。此外，项目还研发了风电、光伏多类型等新能源数字系统、物理控制系统与能量系统的实时交互技术，从而有效模拟了新能源并网控制特性及动态过程。同时在此基础上，进一步提出了大规模风电经直流送出的协调控制策略及稳定控制策略，成果应用于风电、光伏及储能等相关控制器的开发与测试，大大提高了控制器的研发效率和并网可靠性。

三是攻克了大规模可再生能源消纳送出系统的柔性控制、安全稳定分析及协调优化技术。项目建立了多类型（特）高压直流工程控制保护试验测试体系，研发出交直流跨区域安全稳定控制技术、基于广域信息的多直流协调控制技术、交直流运行协调控制技术，使“西电送粤”的主通道平均直流综合能量可用率达到了96.5% 的国际领先水平，保障了大规模可再生能源的可靠送出，为广东地区交直流电网的安全运行及可靠供电提供了有力支撑。

创新成果显著 经济和社会效益双丰收

据统计，项目共获得发明专利授权 30 多件，发表论文 20 多篇，制定标准 3 项，主导了国际大电网委员会（CIGRE）B4.74 实时仿真标准导则，填补了国际相关领域空白，推动了国内外电力行业数字物理仿真技术发展，极大地提升了我国在该领域的国际竞争力。项目的创新成果也广泛应用于可再生能源并网控制、大规模可再生能源消纳送出系统运行风险的精确辨识和稳控措施制定、安全稳定分析及协调优化新技术研发等方面。

1.项目研发的多类型新能源消纳实时仿真平台，已经为广东智造能源科技研究有限公司、上海科梁信息工程股份有限公司等多家新能源公司产品提供了控制优化和产品检测，提高了其新能源并网检测技术水平。

2.项目研发建立了与实时仿真器（RTDS）闭环联接的 MMC 柔性直流输电实时仿真系统，相关成果和研究平台支撑了南澳多端柔直工程投运。

3.项目开发的决策平台（SMART）被应用于南方电网重要运行方式的决策当中，完成了南方电网数十个典型运行方式风险评估、百余次反事故措施的分析，实现了对电网运行风险范围的精确界定。

4.项目成果应用于高压直流输电工程控制保护接收试验中，发现并解决了大量控制保护系统潜在的软硬件缺陷、设计不足等问题。

5.项目成果还在国际大电网委员会直流输电与电力电子专委会（CIGRE SC B4）发起“Guide to Develop Real-Time Simulation Models (RTSM) for HVDC Operational Studies”工作组（有法国、加拿大等18个国家参与），填补了国际相关技术领域空白。

6.项目相关技术研究成果成功出口至韩国、巴西，为韩国电科院和巴西国家电力调度中心（ONS）提供电力电子设备、能源能接入大电网进行实时仿真技术咨询和技术培训。

项目有力保障了“西电东送”主通道的安全稳定运行，促进了可再生能源的开发和消纳，提高了送电端省份的能源产业效益，为广东省内用电的需求发展提供了有力支撑。