仿真先锋智绘电网未来 匠心打造铸就行业标杆

在电力领域，面向大电网仿真的高压直流机电暂态精细化建模技术犹如一颗璀璨的明星，闪耀着创新与突破的光芒。面向大电网仿真的高压直流机电暂态精细化建模技术已成功在机电暂态仿真软件PSASP和PSD中开发实现，并广泛应用于国家电网和南方电网规划设计、调度运行、装备制造、科研教学等领域。它有力支撑了吉泉、昆柳龙、张北等重大直流工程的建设运行，大幅提升了电网安全稳定运行水平。据悉，通过提高仿真精度，该技术成功提升吉泉、雁淮等直流输送能力超过280万千瓦。近三年来，新增销售额达5.7亿元，经济社会效益显著。不仅如此，成果还应用于巴基斯坦、巴西等国家的直流工程中，大幅提升了我国在相关领域的国际影响力。

精细化建模

引领高压直流输电新时代

我国在运高压直流输电工程达44个，包括吉泉分层直流、张北柔直电网、建苏级联混合直流、昆柳龙并联混合直流等8种类型，以及真/伪双极、多端混合和直流电网等不同形式的复杂拓扑。全国超过80%的跨区输电容量需要通过直流工程从“三北”和西南跨越约2000—3000公里送到中部和东南沿海负荷中心。电网“强直弱交”特征突出，局部故障经直流系统传导，转变为对全网的冲击，严重影响电网安全稳定运行。

仿真是掌握电网动态特征和保障电网安全稳定的必备技术手段。项目立项前的直流机电暂态模型源于上世纪90年代，仅具备两端直流的基本仿真能力，模型结构单一、功能简单，不能满足大电网安全稳定仿真需求，亟需进行精细化建模。项目面临的挑战和难点在于：1.实际直流控制保护系统复杂，功能模块繁多、耦合紧密，参数众多，建模兼顾效率和精度非常困难；2.直流工程类型多、网络拓扑结构复杂，不对称故障仿真精度低，通用化建模难度大；3.缺乏直流故障、高/低压穿越、协调控制等模拟手段，故障后换流阀微秒级响应仿真难；4.直流系统精细化模型求解中，交直流侧不同频率、步长的变量协调计算困难、联合求解算法收敛性差。

针对上述难点，项目通过控制系统建模、一次系统建模、故障操作系统、算法软件研发四方面的关键技术研究，对面向大电网的机电暂态仿真中高压直流输电系统进行了精细化建模，制定了直流建模国家标准、团体标准和企业标准，在国内广泛应用的电力系统仿真软件PSASP和PSD中进行了开发实现，大幅提升了交直流混联大电网的仿真精度和可靠性，为吉泉特高压直流、建苏混合直流、张北柔性直流等多类型复杂拓扑高压直流输电系统提供了有力技术支撑，保障了我国电网的安全稳定运行。

智控革新驱动

电网仿真新突破

在直流控制系统模型方面，研究团队提出了依据控制功能逻辑进行分块聚合等值的建模方法，首次建立了覆盖限幅型、选择型技术路线的LCC直流和VSC直流控制系统机电暂态模型，可模拟的控制功能增加50%以上（含47种主要控制功能模块）；提出了控制系统参数标准化实测与误差分析方法，完成全部国网直流工程参数校核，与厂家电磁模型相比仿真误差小于10%，解决了大电网机电暂态仿真中直流控制系统复杂、简化降阶难的问题。

在直流一次系统模型方面，研究团队提出了考虑低频主导分量的换流器动态相量建模方法和基于伴随电流源的直流一次设备灵活建模方法，建立了涵盖多端直流、混合直流和直流电网等8种不同类型拓扑的一次系统通用模型，与厂家电磁模型相比，LCC和VSC换流器交流侧不对称故障仿真误差小于5%，应用于我国44个在运直流工程，显著提升交直流混联大电网机电暂态仿真能力。

在交流故障操作模拟方面，研究团队提出了基于拓扑等效、自适应变步长的直流故障和操作模拟方法，实现了多次重启动、连续换相失败、耗能装置投退等复杂动态行为的准确模拟，构建了35种符合我国电网实际的典型直流保护、协调控制和附加控制模型，破解了长期以来缺乏有效的机电暂态直流故障和操作模拟手段的难题，在解决多馈入直流系统电压稳定性、新能源基地直流外送电压、柔性直流电网故障穿越等工程问题中发挥了关键作用。

在仿真算法软件研发方面，研究团队提出了基于频率相关网络动态等值的交直流网络混合步长联合仿真方法，以及基于简化离散牛顿法的非线性交直流电网方程组迭代解法，解决了交直流侧不同频率和步长变量难以协调的问题，提高了求解算法的收敛性，计算效率比传统算法提升10%以上。

十载深耕铸就

直流输电仿真新标杆

中国电力科学研究院电力系统研究所软件室长期开发维护PSD以及PSASP两套大型电力系统仿真软件，拥有核心计算技术和代码，具有自主产权。软件应用时间长达40年，技术成熟，模型丰富，行业认可度高，支撑国网总部、南方电网、各省网公司、设计院及相关单位的电网规划设计、调度运行等单位。团队在直流输电工程仿真建模方面深耕十余年，结合新型多类型拓扑结构的实际直流输电工程的需求，对大电网超/特高压直流输电系统进行了精细化建模、软件研发，大幅提升了交直流混联大电网的仿真精度和可靠性，为雁淮特高压直流、建苏混合直流、张北柔直等多类型复杂拓扑高压直流输电系统提供了有力技术支撑。