南网运行“数字练兵场” “世界上也属鲜见”

        4月1日，由中国机电工程学会组织的9位国内电力专家来到南网科研院，对该院“交直流大电网高拟真跨平台全景实时仿真技术(以下简称电网实时仿真技术)”的集成研究与开发应用进行科技成果鉴定。会上，鉴定专家委员会主任委员、中国科学院王锡凡院士对这套独具南网特色的仿真系统大为赞叹：“这种特色鲜明的平台，自主创新性如此明显，在世界上也属鲜见。”

        那么，王院士盛赞的“特色鲜明”究竟是怎样的呢?
        寻求南网特色的解决之法
        本报记者在南网科研院的电网仿真实验室看到，一排排的云广/糯扎渡、STATCOM等工程项目的控制保护设备前，是正在显示仿真运算结果的显示屏，旁边的RTDS(实时数字仿真仪)设备灯光频闪，正在全速进行运算。
        科研院仿真与控制技术研究所试验平台技术研究室主任张建设介绍说，随着多年发展，南方电网“交直流、远距离、大容量”的特殊电网结构决定了其运行的复杂性，加之近年来柔性直流输电、STATCOM、储能等技术纷纷加入电网，给电网运行又带来了新的难度，也给运行部门增加了很大压力，如何驾驭好世界上最复杂的大电网?“我们需要一个更好的仿真平台。”
        2004年，李立浧院士等专家组成员通过国内外调研，建议研发仿真平台，于是，公司投入巨资建立了电网仿真实验室。但电网仿真技术有很多种，俄罗斯、韩国、加拿大等国电网均根据自身情况采取了不同方式，专家组经过论证，认为南网的仿真技术研发起步稍晚，在传统的模拟仿真上可能不具有优势，建议研发数字仿真。这就是为什么在南网科研院的电网仿真实验室里看不到任何网架或设备模型，只有运算设备和显示屏，好像信息中心的原因。
不到10年的时间，南网科研院在电网实时仿真技术的研发上已经取得了14项专利，并将其发展为国内外规模最大、技术最先进的复杂电网仿真实验平台。国家能源局也于2009年将全国唯一一个“国家能源大电网技术研发中心”落户南网科研院，而在其5项目标中，就包括仿真试验技术研发。
        鉴定专家组副主任委员、中国电科院印总华总工深有感触地说：“南网仿真实验平台从2004年起步，到目前这么大的规模，我亲历了其发展历程。该平台已真正在交直流复杂大电网特性仿真分析及运行技术服务等发挥重要作用，实属不易。”
        仿真技术能解决什么?
        那么，电网实时仿真技术能够解决电网发展中的哪些问题呢?
        科研院仿真与控制技术研究所所长韩伟强介绍说：“电网实时仿真技术，在高压直流工程、交直流电网安稳控制、新型电力电子技术应用等方面发挥着重要作用。”
        电网实时仿真技术，就是在实验室中构建出一个数字化的虚拟电网环境，然后在这个“看不见、摸不着、只存在于处理器和显示屏中”的虚拟电网环境上，运行需要试验的调度     指令，或是接入需要检测的相关设备，以试验它们对电网运行所产生的影响，经过这个数字模拟练兵场的检验过关之后再投入实际电网运行，可将安全风险将至最低。
        张建设说，交直流大电网运行中会存在各种各样的问题：电压稳定、交直流相互影响、安全稳定、电压无功等问题，都可以在仿真技术平台上得以检验。
        但一切的前提是，仿真平台必须做到对电网环境的精确复制，才能保证试验的准确性。所以，“仿真技术有六成左右的难度，都集中在模型的建立上，而且最具有我们南网的科技核心竞争力和作为我们无形资产的东西，也恰恰是我们构建数字电网模型的分析方法，我们申请了专利。”
        比如孤岛运行试验中，常规的手段都无法进行预演，只能通过仿真技术进行测试，在实验室中虚拟地构建了一个“孤岛”的环境，而控制保护、励磁调速等设备则是1:1的原物放在实验室中，联入虚拟电网，完成了最终的试验。
仿真试验已成必须的一环
        目前按照南网在工程建设中的相关规定，像云广/糯扎渡±800千伏直流输电和STATCOM等大型工程中，在设计环节之后与施工环节之前，必须通过实时仿真技术平台对控制保护等设备进行“数字化模拟练兵”，以观察在电网运行的各种突发或复杂情况下，设备的反应是否过硬、设计是否存在缺陷等，如发现问题则可以及时修改，既节省了工期，也节省了现场调试又要返工的高昂成本。
        “尽管相关的设备厂商、科研院校也有类似的仿真实验室，但由于他们缺乏对复杂大电网的了解和技术支撑，所以都无法完成联网试验，只能孤立地测试一个设备。”张建设介绍说。
        工程之外，仿真平台的作用还体现在调度中，比如去年8、9月间，南方电网出现了多起多回直流同时换相失败，仿真实验室就根据获得的运行方式数据，导入到各直流的仿真平台中，然后开始导入故障，比如8月11日出现雷击导致C相故障，试验人员也在仿真平台中模拟C相故障，然后努力做到让仿真平台中的电网波形与实际故障发生时换流站和变电站录下的电网波形基本一致，这时，调度部门就可以在这个“人造的故障平台”上进行安稳策略以及切机、切负荷等调度指令的预演，为以后处理相关情况提供重要的参考。
        以实验室为家的团队
        每当构建一个模型，就需要四五个核心研究人员外加上百名外围协助者连续数月的加班加点，试验室的数据处理设备常常开足马力却依旧很紧张，每个星期包括周末都排满了需要做试验的人，张建设坦言：每次录入时的数据资料都有1米多高，在观察储能设备24小时内对电网的影响时，试验人员只能24小时寸步不离显示屏。
        从2004年建立仿真实验室至今，韩伟强一直是仿真与控制技术研发的负责人，他很有幸拥有如此敬业的团队：“仿真系统运行维护工作量大，尤其是数据建模工作繁重，我们的仿真与控制技术研发团队人员少而精干，年轻有活力。以实验室为家，以技术攻关和完成每一项艰巨任务为己任，加班加点，出色地运行维护好了庞大复杂的仿真系统，我以我的技术团队为骄傲和自豪!”
        目前，南网科研院仿真实验室平均每3天就要接待一次国内外电力行业与企业的参观者，已成为南网名副其实的“高科技展示窗口”。