互聯電網聯絡線功率控制與全過程仿真技術*

湯 涌

(中國電力科學研究院電網安全與節能國家重點實驗室 北京，100192)

引 言

我國80%以上的能源資源分布在西部和北部，70%以上的電力消費集中在東部和南部，供需相距800～3 000 km，需要遠距離、大容量能源電力輸送。為了滿足能源電力輸送需求，我國電網由省級電網和區域(東北、華北、西北、華中、華東、西南及南方)電網逐步發展形成為世界上裝機容量最大、電壓等級最高、電網結構最復雜的互聯電網。其中，接入發電廠1萬余座，建有3萬余座變電站、各類輸變電設備15億臺，輸電線路總長100多萬公里，共有9個電壓等級，緊密互聯成了一個特大型交直流電網。電網大規模互聯，使得大范圍配置能源資源的能力提升，經濟效益顯著。但是，由于互聯電網是一個動態系統，送電、受電需保持實時動態平衡，一旦發生網內設備故障或者遭受雷擊、山火、臺風、冰雪、地震和地磁暴等外力沖擊時，原有平衡被打破，故障沖擊能量瞬間傳至整個電網，系統狀態會發生惡化，防御不當容易在薄弱環節突破穩定極限，導致故障范圍迅速擴大，甚至發生大停電。21世紀以來，國際上先后發生了15次大停電事故。例如：2003年北美互聯電網大停電，受影響人口達5 000萬，紐約地區停電長達29h，直接經濟損失達300億美元。2012年互聯規模較小的印度電網也發生了大停電，受影響人口超過6億，經濟損失巨大。

根據國際大電網組織相關事故統計報告，故障后的動態過程中，聯絡線連鎖斷開和受端電網電壓崩潰是造成大停電的兩大直接原因。因此，為了防范大停電事故發生，需解決互聯電網安全防御問題，其關鍵技術包含：電網聯絡線功率波動理論與控制技術[1-8]、受端電網電壓穩定理論與控制技術[9-15]以及電網全過程動態仿真方法與軟件[16-33]。其中，前兩項解決互聯電網如何防御薄弱環節，后一項解決如何準確、快速定位互聯電網的薄弱環節。

為解決我國互聯電網安全防御面臨的難題，筆者揭示了聯絡線功率波動和振蕩機理，提出了電網主導失穩模式的辨識方法，研發了“毫秒級-秒級-分鐘級”多時間尺度電力系統全過程動態仿真軟件，建立了互聯電網動態過程安全防御技術體系，提升了對關鍵輸電斷面聯絡線連鎖開斷、電壓失穩的有效防御，實現數十分鐘乃至數小時動態過程的準確仿真。研究成果應用于我國34個省級及區域電網的規劃調度運行，大幅提升了互聯電網動態過程安全防御能力。這里主要論述了聯絡線功率波動與振蕩的原理和預測方法，以及電力系統全過程動態仿真軟件的模型和算法的技術進展和應用。

1 電網聯絡線功率波動和振蕩新原理

1.1 波動與振蕩類型分類

聯絡線是指兩個電網間功率交互傳輸的輸電線路，由于距離長、功率波動大，容易引起連鎖開斷，是互聯電網安全防御的薄弱環節。圖1為互聯電網及聯絡線示意圖。

圖1 我國互聯電網及聯絡線示意圖Fig.1 The schematic diagram of China's interconnected power grid and tie lines

聯絡線功率波動是互聯電網運行中始終存在的自然現象。如果控制不當，功率波動幅值會超過聯絡線的功率極限，導致聯絡線開斷，并引起多條聯絡線連鎖開斷，引發大停電事故。以2003年美加大停電為例，事故中俄亥俄、底特律、密歇根、安大略、紐約州、魁北克、新英格蘭和PJM(Pennsylvania-New Jersey-Maryland)等8個區域電網間的數十條聯絡線發生連鎖開斷，引發了世界矚目的大停電事故。但是，由于功率波動表現形式多樣，影響因素眾多，機理復雜，主要依靠故障計算結合工程經驗進行聯絡線功率波動分析，缺乏理論支撐，效率低，誤差大，建立理論體系難度很大。

聯絡線上的功率波動類型多樣，根據表現形式和物理本質，筆者將其分為4類：對于周期性波動，分為強迫功率振蕩、負阻尼功率振蕩；對于無規律波動，分為隨機功率波動、沖擊功率波動，如圖2～5所示。本節針對不同類型功率波動和振蕩開展研究。

圖2 強迫功率振蕩Fig.2 The diagram of forced power oscillation

圖3 負阻尼功率振蕩Fig.3 the diagram of negative damped power oscillation

圖4 沖擊功率波動Fig.4 The diagram of surge power fluctuation

圖5 隨機功率波動Fig.5 The diagram of random power fluctuation

1.2 強迫振蕩理論的新原理

我國電力系統發生了多次功率振蕩現象，如南方電網分別于2005年5月13日、8月18日、9月1日發生了功率振蕩，華北電網于2005年9月1日發生了蒙西電網對京津唐電網的功率振蕩，華中電網于2005年10月29日發生了全網性的功率振蕩，新疆南北疆于2014年12月29日發生功率振蕩。這些振蕩的特點是：振蕩頻率較低(類似于負阻尼或弱阻尼低頻振蕩)，振蕩范圍廣(表現為系統主振蕩模式)，振蕩持續時間較長(幾分鐘到十幾分鐘)。振蕩發生時系統均處于正常運行狀態，沒有明顯的故障或操作，系統主振蕩模式的阻尼特性較好。

上述振蕩發生時，有些電網局部地區小電網存在弱阻尼，有些電網個別機組發生了負阻尼低頻振蕩，有些電網某些電廠運行不正常，甚至有些電網振蕩時沒有發現異常狀況。采用常規的電力系統負阻尼低頻振蕩理論不能解釋這些振蕩現象，筆者提出的電力系統強迫功率振蕩理論解釋了這類非負阻尼功率振蕩。該理論指出，當系統持續的周期性功率擾動的頻率接近系統功率振蕩的固有頻率時，會引起大幅度的功率振蕩，擾動所引起的響應不僅與電力系統本身的特性有關，還與擾動的變化規律有關。

電力系統的運行方程經過線性化后可表達為

(1)

上述方程的解可以寫為

X(t)=UeΛtC+UeΛtV(t)

(2)

其中：X(t)為系統狀態向量；C為常數向量，由狀態變量初值決定；Λ為系數矩陣A的特征值組成的對角陣;V(t)為擾動函數；U為n×n階矩陣，U的n個列向量由A的n個線性無關的特征向量組成，順次對應的特征值就是Λ對角線上的元素。

式(2)中等號右側第1項為系統的自由振蕩，當系統的特征值λi=σi+jωi時，對應于具有一系列衰減系數為σi和振蕩頻率ωi的振蕩。當反映系統低頻振蕩模式的σi>0時，則為負阻尼低頻振蕩。第2項為取決于擾動函數V(t)的強迫振蕩。

電力系統持續的周期性小擾動可能不規則，但可用傅里葉變換將其分解為一系列周期性擾動，因此強迫振蕩項可寫為

d1φλ1(ωt)U1+d2φλ2(ωt)U2+…diφλi(ωt)Ui

(3)

其中

由上述分析可以看出，電力系統強迫振蕩功率是由持續的周期性小擾動激起的強迫振蕩，當擾動頻率接近系統固有頻率時就會引起系統諧振。強迫功率振蕩的振幅與擾動的幅值、系統阻尼的大小有關；當持續的周期性小擾動頻率接近于反映系統間振蕩的較低的固有頻率時，就會激起聯絡線較大幅值的振蕩，這種振蕩的表現形式類似于負阻尼低頻振蕩。

通過上述強迫振蕩理論，能夠明確系統的振蕩性質，迅速搜索和定位擾動源，并采取措施快速抑制振蕩。如圖6所示，2014年12月29日，在新疆電網振蕩事故分析中，事故當天明確了擾動性質為強迫振蕩，定位了擾動源為喀發三期5號機組的調速器，找到了振蕩原因并提出了解決措施。

圖6 新疆強迫振蕩事例Fig.6 The examples of forced oscillation in Xinjiang

1.3 沖擊功率波動機理及峰值預測的新原理和方法

在系統發生較大的擾動或故障后，如失去一臺發電機、一個大負荷、直流閉鎖、直流換相失敗等產生的沖擊功率，由于發電功率的重新分配，聯絡線將會產生大幅度的功率波動，第1擺功率波動幅值最大。此類功率波動的頭擺功率峰值與沖擊功率大小有關，最嚴重時沖擊功率可能100%由聯絡線承擔。中國長治—南陽—荊門特高壓試驗示范工程是目前華北和華中兩大區域電網之間唯一的聯絡線。該工程自2008年底投入運行以來，當華中或華北電網出現功率沖擊時，特高壓線路上將會產生大幅度的功率波動。若擾動點在華中電網，聯絡線功率波動峰值常達到功率沖擊的90%以上；若擾動點在華北電網，則聯絡線功率波動峰值為功率沖擊的70%左右。隨著中國更多大容量直流工程的相繼投運，直流單極或雙極閉鎖、換相失敗等故障導致的聯絡線功率波動幅度將越來越大，很可能造成特高壓線路功率逼近甚至超過其靜穩極限值，影響華北-華中互聯電網的安全穩定運行。

采用傳統仿真方法對故障后的聯絡線功率波動峰值進行計算，不但費時和模型參數精度要求高，且對機理及影響因素無法進行解釋和分析。筆者提出將兩大區電網等值為兩機系統，進而基于2階系統的動態響應，提出了在跳機故障、直流閉鎖以及換相失敗故障后的聯絡線功率波動峰值主導模式線性化快速預測解析算法，解決了仿真計算方法不能準確模擬故障后的聯絡線功率波動的問題。下式為聯絡線功率波動的解析表達式

(6)

其中：ΔP為系統失去發電機、大負荷、直流閉鎖產生的沖擊功率，當功率缺額時，ΔP為正，反之為負；ξ為互聯系統區域振蕩模式的阻尼比；子系統1與系統2的總慣性常數比為HΣ1/HΣ2。

(7)

圖7 沖擊功率波動峰值預測思路示意圖Fig.7 The schematic diagram of peak prediction of surge power fluctuation

其中：ΔPmax為直流換相失敗產生的沖擊功率；PDC0i為直流i的初始功率；M1和M2分別為送受端系統的總慣性常數，等于區域內各臺發電機慣性常數之和；ωn為自然振蕩頻率；ζ為阻尼比；τ為等效換相失敗持續時間。

該方法突破了由于機理不明必須窮舉計算的難題，耗時由單個故障10～20 s減少到0.1 s，誤差小于2.5%。

在理論研究成果的基礎上，成功研發聯絡線功率波動聯合控制系統，控制策略如圖8所示。主控裝置安裝在四川電網，一旦感知2 000 km以外華東電網發生故障，立即判斷1 000 km以外的華北-華中聯絡線功率波動情況，迅速決策并實施相應的控制措施，保證互聯電網的安全運行。動作過程示意圖如圖9所示。自2001年在華北-華中互聯電網中實施以來，該系統成功防御了全部大擾動沖擊事件，有效保障了互聯電網的安全穩定運行。

圖8 聯絡線功率波動聯合控制系統控制策略Fig.8 The control strategy of joint control system of power fluctuation of tie lines

圖9 聯絡線功率波動聯合控制系統動作示意圖Fig.9 The action diagram of joint control system with power fluctuation of tie lines

1.4 隨機功率波動峰值預測新原理和方法

特高壓試驗示范工程投入運行后，在正常運行過程中可以觀察到聯絡線上存在隨機功率波動的情況。通過分析聯絡線功率的相量測量單元(phase measurement unit，簡稱PMU)錄波曲線可知，這種功率波動具有明顯的無序性，波動周期一般為數十秒到數分鐘，且具有隨機性，波動幅值也同樣具有隨機性。

隨機功率波動是負荷和風電、光伏發電功率的隨機變化在全互聯電網中再分配后在聯絡線上的反映，是一種穩態過程，不能用機電振蕩模型描述。理論上，若能夠測量并統計得到互聯電網各子網的功率波動量及常規發電機功率的調整量，則可估計出系統頻率和聯絡線功率波動的幅值。但在實際電網中，一方面由于系統中負荷站點數量巨大，在同步相量測量裝置尚未覆蓋到全網負荷點的情況下，要準確測得某一時間斷面上系統的總負荷和總發電情況是非常困難的；另一方面，由于要求測量的各變化量(ΔPGA，ΔPGB，ΔPDA和(ΔPDB)為系統2個平衡點之間的差值，而實際電力系統總是處于動態過程中，即使在獲得系統同一時間斷面的總負荷和總發電曲線的情況下，也很難確定其變化量。

筆者綜合考慮負荷、風電和光伏等隨機功率波動源，提出了隨機波動峰值概率估計方法，如圖10所示。具體計算如式(8)～(10)所示

其中：ΔPABi為樣本總數；Δfi為從實測的PMU曲線上得到的第i個頻率波動幅值樣本；KA*和KB*分別為系統A和系統B的靜態頻率特性系數的標幺值；CAi和CBi分別為系統A和系統B采樣時刻對應的系統容量；f0為系統額定頻率；E(|ΔPAB|)為聯絡線功率波動幅值的均值；D(|(ΔPAB|)為聯絡線功率波動幅值的標準差；n為樣本總數。

利用該公式首次發現了聯絡線隨機功率波動峰值、頻率與輸電能力之間的雙指數對應規律，提出了計及隨機功率波動的輸電斷面運行限額計算方法。

圖10 聯絡線隨機功率波動峰值預測方法Fig.10 The random power fluctuation of tie line

采用本研究方法對華中-華北特高壓聯絡線功率波動幅值的估計值與實際統計值進行對比，如表1所示。結果表明，功率波動幅值均值的估計值與統計值的偏差小于3%，標準差的偏差小于8%，估計結果在工程允許的誤差范圍內。國家電力調度控制中心應用該成果確定華中-華北特高壓聯絡線運行限額時，限額受限幅度下降33%，經濟效益顯著。

表1 華中-華北特高壓聯絡線隨機功率波動估算與實際對比

Tab.1 The comparison between estimation and practice of random power fluctuation of Central China-North China ultra-high voltage alternating current tie line

時間估計值實際統計值均值EP/MW標準差SP/MW均值EP/MW標準差SP/MW2011-05-2523686233932011-06-2021883224862011-07-1022783228852011-07-312248222988

2 電力系統全過程動態仿真原理與算法

2.1 電力系統仿真的作用及意義

仿真分析是掌握互聯電網特性的必要手段。電網的運行是不能中斷的，電網發展建設、運行控制和安全防御策略都不可能在實際電網中進行破壞性試驗驗證；互聯電網規模巨大，設備/元件數目達數百萬個以上，不能實現物理模擬，只有通過數字仿真或數模仿真，才能分析掌握互聯電網的特性，驗證理論分析和安全防御策略的準確性，為電網提供定量決策依據。

互聯電網是一個大規模非線性動態系統，含有不同時間尺度的動態過程。直流輸電、風電和光伏發電等電力電子裝備的響應為毫秒級，發電機和負荷等元件的響應為秒級，整個互聯電網的動態響應為分鐘級。不同時間尺度動態過程相互交織，毫秒級快速暫態過程對秒級、分鐘級動態過程的影響凸顯，需要研發3個時間尺度統一的全過程動態仿真方法和軟件。

電力系統全過程動態仿真是將電力系統毫秒級(電磁暫態)、秒級(機電暫態)和分鐘級(中長期動態)過程有機地統一起來進行數字仿真，能夠描述電力系統受到擾動之后整個連續的動態過程。全過程動態仿真主要涉及發電機及其勵磁系統和動力系統、動態負荷、電力電子元件等動態元件和輸電網絡等組成的非線性動態系統。描述這一非線性動態系統的是一組高階的微分方程組和代數方程組。仿真中模型的時間常數差異很大，混合著快速和慢速動態過程，是典型的剛性非線性動態系統。由于描述電網動態特性的微分-代數方程組(DAE)剛性比大(1∶105)，對求解的數值穩定性、收斂性要求高，而電網動態過程有時可長達數小時，算法和模型微小誤差的積累會導致仿真結果的極大偏差。此外，電網的微分-代數方程組階數高(10萬階以上)，對計算速度要求也很高，同時電網設備種類多，全過程動態仿真對設備模型參數的精度要求高，建模難度很大。

2.2 電磁暫態-機電暫態混合仿真算法

機電暫態-電磁暫態混合仿真算法的基本思想是根據對電力系統各區域研究重點的不同，把電力系統分解為3個部分:電磁暫態子系統、機電暫態系統以及接口母線。含有電力電子裝置的詳細系統定義為電磁暫態子系統，使用電磁暫態程序進行詳細仿真；把傳統的外部交流電力網絡定義為機電暫態系統，使用機電暫態程序仿真；聯接兩個子系統的母線定義為混合仿真的接口母線，電磁暫態子系統和機電暫態子系統通過接口母線進行兩種仿真的同步和數據交換。由于機電暫態程序基于基頻、單相、相量模型，而電磁暫態基于詳細的三相瞬時值模型，所以兩個子系統的相互等值和接口變量選擇是機電暫態-電磁暫態混合仿真算法的研究重點。

機電暫態-電磁暫態混合仿真是在機電暫態仿真中采用電磁暫態模型對高壓直流輸電等電力電子裝備進行詳細電磁暫態仿真，使用狀態變量法對高壓直流輸電系統的換流器暫態行為進行仿真，而外部交流網絡使用機電暫態穩定仿真算法。接口母線選擇為換流器終端母線，如圖11所示。

圖11 電磁暫態與電磁暫態混合仿真接口示意圖Fig.11 The Interface diagram of electromagnetic transient and electromagnetic transient hybrid simulation

圖12 補償法的原理圖Fig.12 The schematic diagram of compensation method

由于網絡中含有多條高壓直流或靈活交流輸電元件，接口母線的數量不止一個，可以采用多端耦合諾頓等效電路(戴維南等值也是等效的)代替外部交流系統進行電磁暫態仿真。主要是利用補償法計算直流端口的等值導納陣和電流源。補償算法的等效電路如圖12所示。圖中:Z1，Z2，…，Zn為端口連接的附加阻抗。

根據替代定理，在已知阻抗中電流的情況下，端口阻抗的變化量可以用該電流代替，即可以等效為圖(b)。

電磁暫態-機電暫態混合仿真首次實現了機電/電磁暫態混合仿真，及多饋入高壓直流系統的混合仿真，提高了互聯電網的仿真精度。

2.3 多時間尺度數值積分算法

對于電力系統全過程動態仿真來說，電力系統全過程動態仿真中需要求解的微分-代數方程組可表示為

(11)

其中：微分方程表示電力系統元件的動態特性，為系統的狀態方程；代數方程表示電力系統元件的靜態特性，主要為系統的網絡方程；y1為n1個狀態向量(微分變量)；y2為n2個代數向量(代數變量)。

全過程動態仿真對象通常是大規模交直流電力系統，其規?？蛇_成千上萬個母線和支路、數千臺發電機及其控制系統、數十條直流輸電線路，方程階數常達10萬階以上。電力系統全過程動態仿真中往往有頻繁的自動裝置動作，產生很多的機電暫態過程，導致在較長的仿真時間內積分計算只能使用很小的步長。

全過程動態中微分代數方程組的秩為1，是一個隱式的非線性微分代數方程組，能夠使用剛性微分方程理論和算法進行數值積分求解?，F有數值積分方法大多采用Gear類變步長方法，例如：瑞典的SIMPOW程序、法國和比利時的EUROSTAG程序。這種方法的優點是暫態過程及中長期動態過程可以采用統一的模型和數值積分方法，在中長期動態過程中可以大步長進行仿真。在應用實踐中發現該方法的主要缺點為：a. 當代數方程不收斂時，Gear算法可能失效；b. 機電暫態過程中計算步長過小，導致仿真效率很低；c. 算法難以處理模型中的間斷環節。

固定步長的梯形積分法和變步長的數值積分法都具有穩定性，且都是自啟動的，計算中2種方法可以相互切換。因此，為解決大規模剛性微分-代數方程組求解的數值穩定性、收斂性和快速性問題，構造新算法的基本思路是在仿真中使2種積分方法得到有機結合，揚長避短。根據電力系統動態過程的特點自動選擇合適的積分方法：a.在電力系統全過程仿真的機電暫態過程中采用固定步長的梯形積分法，動態元件的微分方程和電力網絡的代數方程進行簡單迭代求解；b.在中長期動態過程中采用變步長的Gear法，微分方程和代數方程聯立求解；c.固定步長和變步長2種方法在仿真中依據一定的策略自動切換，從而在保證數值穩定性和仿真精度的前提下，大大縮短仿真時間，提高了程序的計算效率。

積分方法切換策略是算法的關鍵點，其依據機電暫態過程和中長期動態過程的不同特點。根據母線電壓、步長和固定步長積分法的迭代次數可以判斷系統處于機電暫態還是中長期動態過程。

圖13 多時間尺度統一仿真算法示意圖Fig.13 The schematic diagram of unified multi-time scale simulation algorithm

多時間尺度統一仿真算法如圖13所示。組合算法能有效解決現有的變步長Gear法在電力系統機電暫態階段存在的計算速度過慢和間斷環節處理復雜的問題，從而大大提高電力系統全過程動態仿真程序的仿真效率和實用性。

2.4 大型稀疏線性方程組的分塊求解算法

對于大規模電力系統來說，全過程動態仿真中大型稀疏線性方程組的求解是牛頓法求解其非線性方程組的核心和難點。其難度主要表現在：a. 求解規模大，且為不對稱矩陣。例如，我國目前華北-華中電力系統仿真計算，母線數目通常在15 000以上，發電機數目約為1 300余臺，方程組階數約為130 000階；b. 求解次數多，對單次求解速度要求高。對于仿真電力系統10 min的動態過程來說，求解次數常在1萬次以上。

全過程動態仿真中的稀疏矩陣結構圖如圖14所示。雖然屬于一般結構矩陣，結構不對稱，但也有其特點?？傮w上分為A,B,C和D四大塊。A，B塊對應動態元件方程，A塊為對角矩陣，B塊為因動態方程的輸入(即網絡方程的求解量電壓)而引入的元素。C，D塊對應于網絡方程，C為因計算網絡方程的注入電流而引入的元素，D由網絡導納陣組成。C和D塊元素數值在不發生故障/操作時，其元素值保持不變。A塊中又包含許多對角小分塊，基本上是每個節點生成一個對角塊，每個節點的塊中又可由幾個小塊組成， 如由發電機子塊、 勵磁調節系統子塊等組成。因此，該矩陣具有復雜的嵌套分塊結構。

圖14 稀疏矩陣的結構Fig.14 Structure of sparse matrix

方程組求解分為4個步驟進行：a.分塊的符號分析算法；b.分塊最小度排序算法；c.分塊的上下分解(lower-upper decomposition，簡稱LU分解)數值分解算法；d.前代和回代求解。

根據這一新算法，開發了適于全過程動態仿真的大型線性方程組求解器(electric sparse solver，簡稱ESS)，并與由美國Florida大學的Timothy A. Davis開發的稀疏矩陣直接求解器(Clark Kent LU，簡稱KLU求解器)進行了詳細對比。KLU代表了目前該領域大型稀疏線性方程組求解的最高水平，Matlab也把其作為線性方程組的求解器之一。

以全過程動態仿真中2個線性方程組為例進行了上下分解、前代和回代求解時間對比。2個方程組階數為54 603和126 869。表2為方程組求解一次耗費的計算時間對比。LU分解方面，KLU耗時為ESS求解器的2倍左右；前代和回代求解方面，ESS求解器比統一求解算法的速度略快。

表2 數值分解與求解時間對比

Tab.2 Comparison of numerical decomposition and solution time

階數LU分解時間/ms前代回代求解時間/msESSKLUESSKLU54 6030.5141.0720.2030.233126 8691.3412.4100.5030.605

2.5 電力系統多時間尺度全過程動態仿真軟件

研發出世界首套“毫秒級-秒級-分鐘級”統一仿真的電力系統全過程動態仿真軟件(PSD Power Tools)，軟件界面如圖15所示。實現了數十分鐘乃至數小時動態過程的準確仿真，為分析確定關鍵輸電斷面和電壓失穩風險區域提供了必要手段。

圖15 電力系統全過程動態仿真軟件(PSD Power Tools)Fig.15 The whole-process dynamic simulation software of power system (PSD Power Tools)

全過程動態仿真軟件得到廣泛應用，已成為我國電力規劃設計單位、調度運行部門、科研院校的基礎仿真工具，市場占有率超過80%。

全過程動態仿真軟件與美國PSS/E、歐洲EUROSTAG等國際先進仿真軟件相比，在仿真時間尺度、算法收斂性和求解效率等方面全面超越，如表3所示。

表3 全過程動態仿真軟件國內外對比表

Tab.3 The comparison of whole process dynamic simulation software at home and abroad

比較內容技術指標國際先進技術指標比較結果仿真時間尺度3種時間尺度美國PSS/E、歐洲EUROSTAG等軟件具備1～2種時間尺度仿真準算法收斂性仿真不會中斷歐洲EUROSTAG,SIM-POW等存在仿真中斷問題適應性強 求解效率(10萬階方程組)1.86 ms美國KLU求解器:3.0 ms效率高

全過程動態仿真軟件采用面向對象的思想設計了程序的架構，在靈活性、可維護性、開放性和模塊化等方面較傳統的仿真軟件都有明顯的提高。通過實際電網事故反演，驗證了筆者提出的全過程動態仿真算法和模型以及仿真軟件的可靠性、有效性和準確性。

3 結束語

本研究成果取得了電網安全領域的重大技術突破和突出創新，并廣泛應用，具有重大的經濟和社會效益，為我國電網安全穩定運行提供了技術保障，國家電網大停電事故發生率由20世紀70年代末的年均19次降到近20年的0次，電網安全達到了世界最高水平。

隨著我國電網的蓬勃發展，大電網的復雜性正不斷提升，尤其是近年來風電、光伏和直流輸電技術的大規模運用，讓電網運行控制的復雜性和難度不斷增加，新一代電力系統安全運行面臨更大挑戰。團隊將繼續圍繞我國能源電力發展面臨的基礎性、共性和前瞻性問題開展研究。

由筆者主持的國家重點研發計劃項目“大型交直流混聯電網運行控制和保護”，將提出安全穩定協調控制理論、故障分析方法及直流線路超高速保護方法、主動保護原理，研發大規模交直流電網全電磁暫態仿真軟件，研制穩定控制樣機、快速保護樣機。該成果將引領大型交直流混聯電網運行控制保護技術發展，有力保障大型交直流混聯電網安全。

由筆者作為項目負責人的國家自然科學基金集成項目“基于數字仿真的大電網人工智能分析方法研究”將針對大電網仿真分析與決策的人工智能這一科學問題，開展大電網仿真分析知識經驗的人工智能建模和應用方法、大電網仿真分析知識發現、大電網潮流方式智能分析與調整、大電網穩定性智能分析與控制4個方面的研究。構建大電網仿真人工智能分析原型系統，將先進的人工智能技術與大電網仿真分析結合，通過仿真計算產生海量樣本并驗證研究成果，實現對人工分析的有效替代，顯著提高大電網海量潮流和暫穩數據分析的工作效率和準確性，推動電網仿真分析和人工智能技術的共同進步。未來，團隊將繼續支撐我國電網低碳清潔、安全高效發展和運行，持續為電網發展提供強有力的技術保障。