中國儲能網(wǎng)訊：配電網(wǎng)連接電力主網(wǎng)和千家萬戶，在保障電力供應(yīng)、支撐經(jīng)濟社會發(fā)展、服務(wù)改善民生等方面發(fā)揮重要作用。為加快建設(shè)新型能源體系和新型電力系統(tǒng)，推進配電網(wǎng)與源荷儲科學(xué)融合發(fā)展備受社會關(guān)注。
中國電力科學(xué)研究院配電網(wǎng)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(wǎng)仿真技術(shù)，研發(fā)了國際首套大規(guī)模復(fù)雜有源配電網(wǎng)數(shù)?；旌戏抡嫫脚_，有效支撐了配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃、故障推演、分布式能源高效并網(wǎng)，為配電網(wǎng)發(fā)展建設(shè)貢獻了中國智慧和中國方案。
自主研發(fā) 精準(zhǔn)“刻畫”配網(wǎng)海量設(shè)備
在位于北京市海淀區(qū)的中國電力科學(xué)研究院復(fù)雜配電網(wǎng)數(shù)?；旌戏抡鎸嶒炇?，海量的配電網(wǎng)數(shù)據(jù)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(shù)中心配電網(wǎng)運行分析研究室主任賈東梨一邊看著實時計算的結(jié)果，一邊和團隊成員討論著接下來的研究安排。
配電網(wǎng)連接電力主網(wǎng)和千家萬戶，具有體量巨大、分布廣泛、節(jié)點眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點。
“‘十二五’以前，我國電力主網(wǎng)還不夠完善，國家大力投資建設(shè)大電網(wǎng)，滿足經(jīng)濟社會發(fā)展需求。伴隨大電網(wǎng)的迅猛發(fā)展，直接面向各類電力用戶的配電網(wǎng)也備受關(guān)注?！辟Z東梨介紹，“十二五”以來，我國城鄉(xiāng)配電網(wǎng)投資規(guī)模不斷擴大，開展配電網(wǎng)仿真研究變得更為迫切。
仿真是支撐大規(guī)模復(fù)雜配電網(wǎng)規(guī)劃、調(diào)度與運維的有效技術(shù)手段。2010年，中國電科院成立復(fù)雜配電網(wǎng)數(shù)?；旌戏抡鎸嶒炇遥M建配電網(wǎng)仿真和運行分析科技創(chuàng)新團隊，從零開始開發(fā)配電網(wǎng)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(wǎng)相關(guān)研究。
實驗室成立之初，國內(nèi)配電網(wǎng)仿真研究尚處于空白，實驗室只能借鑒國外的經(jīng)驗，購買了技術(shù)領(lǐng)先國家的軟件開始啃硬骨頭。
事實上，我國電力主網(wǎng)仿真研究起步較早。20世紀(jì)70年代，為滿足電網(wǎng)建設(shè)需求，我國便開始研究電力主網(wǎng)相關(guān)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(yīng)用于配電網(wǎng)仿真研究？
答案是否定的。對此，賈東梨解釋說：“與電力主網(wǎng)相比，配電網(wǎng)規(guī)模更大、設(shè)備類型更多、結(jié)構(gòu)更加復(fù)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(wǎng)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(xué)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(dāng)仿真步長越小時，仿真模型越準(zhǔn)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(fù)有心人。2019年，實驗室自主研發(fā)的配電網(wǎng)仿真平臺經(jīng)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(shè)備，具備從穩(wěn)態(tài)到暫態(tài)、數(shù)字到數(shù)?；旌戏抡娴娜盗蟹抡婺芰Γ悄壳皣鴥?nèi)外規(guī)模最大、功能最全的配電網(wǎng)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(wǎng)快速計算與百納秒級自適應(yīng)變步長超高實時仿真，實現(xiàn)了我國配電網(wǎng)仿真核心技術(shù)的自主可控與仿真工具的國產(chǎn)化替代?！辟Z東梨告訴記者，像我國的超大城市，其配電網(wǎng)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(wǎng)的能力。
配電網(wǎng)作為重要的公共基礎(chǔ)設(shè)施，在保障電力供應(yīng)、支撐經(jīng)濟社會發(fā)展、服務(wù)改善民生等方面發(fā)揮重要作用。
今年發(fā)布的《關(guān)于新形勢下配電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》（以下簡稱《指導(dǎo)意見》）提出，有序擴大配電網(wǎng)投資，提高投資效益，協(xié)同推進配電網(wǎng)建設(shè)改造，系統(tǒng)推進配電網(wǎng)與源荷儲科學(xué)融合發(fā)展，全面提升城鄉(xiāng)配電網(wǎng)供電保障能力和綜合承載能力，以配電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展助力新型能源體系和新型電力系統(tǒng)建設(shè)，服務(wù)經(jīng)濟社會發(fā)展，推動實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，加快中國式現(xiàn)代化進程。
賈東梨和她的團隊完成了配電網(wǎng)建模、數(shù)模混合仿真等一系列基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究，為我國城鄉(xiāng)配電網(wǎng)投資建設(shè)改造提供了分析與決策支持工具，已應(yīng)用于天津、湖南、陜西等多個省市，有力提升了電網(wǎng)安全運行水平。
國際領(lǐng)先 創(chuàng)建復(fù)雜有源配電網(wǎng)仿真理論
打開配電網(wǎng)仿真平臺，依托實際電網(wǎng)數(shù)據(jù)仿真的配電網(wǎng)模型清晰呈現(xiàn)。點擊“配電網(wǎng)離線/在線一體化仿真平臺分析計算”模塊，3秒內(nèi)便可以完成一次配電網(wǎng)在線計算，實現(xiàn)對配電網(wǎng)運行狀態(tài)的多維度評估，形成最優(yōu)決策方案。
“根據(jù)仿真平臺計算的結(jié)果和提供的風(fēng)險預(yù)警，電網(wǎng)企業(yè)可以提前作出決策，提高配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)、調(diào)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(wǎng)設(shè)備安全穩(wěn)定運行。”團隊成員王晨鐘做系統(tǒng)開發(fā)多年，已生出些許銀發(fā)?？粗约簠⑴c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(shè)的推進，配電網(wǎng)正逐步由單純接受、分配電能給用戶的電力網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)樵淳W(wǎng)荷儲融合互動、與上級電網(wǎng)靈活耦合的電力網(wǎng)絡(luò)，在促進分布式電源就近消納、承載新型負(fù)荷等方面的功能日益顯著。
《指導(dǎo)意見》提出，到2025年，配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)更加堅強清晰，供配電能力合理充裕；配電網(wǎng)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(lán)色的光伏板閃閃發(fā)光，成為美麗鄉(xiāng)村中的一道亮麗風(fēng)景線。
“近年來，我國配電網(wǎng)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(shè)施等新主體接入配電網(wǎng)，使本來沒有電源的配電網(wǎng)也有了很多直接電源，推動配電網(wǎng)在形態(tài)上從傳統(tǒng)的‘無源’單向輻射網(wǎng)絡(luò)向‘有源’雙向交互系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。”葉學(xué)順介紹，有源配電網(wǎng)呈現(xiàn)出潮流雙向流動、穩(wěn)態(tài)暫態(tài)交織等復(fù)雜特征，國內(nèi)外針對有源配電網(wǎng)的仿真工具缺乏，亟須依靠自主創(chuàng)新，實現(xiàn)我國配電網(wǎng)仿真理論方法的重大突破。
實驗室團隊積極創(chuàng)新攻關(guān)，創(chuàng)建了復(fù)雜有源配電網(wǎng)仿真理論方法，研發(fā)了國際首套大規(guī)模復(fù)雜有源配電網(wǎng)數(shù)模混合仿真平臺，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(yīng)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(wǎng)計算分析理論與方法領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位。
記者了解到，同主流商用仿真軟件相比，大規(guī)模復(fù)雜有源配電網(wǎng)數(shù)?；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(wǎng)仿真技術(shù)方面的國際領(lǐng)先地位。
2022年，中國電科院配電技術(shù)中心獲批了國家電網(wǎng)科技攻關(guān)團隊“大規(guī)模分布式電源并網(wǎng)技術(shù)科技攻關(guān)團隊”和國家電網(wǎng)第一批公司實驗室“分布式電源和微電網(wǎng)控制重點實驗室”，進一步賦予了復(fù)雜配電網(wǎng)數(shù)模混合仿真實驗室為分布式電源和微電網(wǎng)靈活組網(wǎng)接入、資源協(xié)同控制、現(xiàn)代智慧配電網(wǎng)數(shù)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(shè)和能源電力綠色低碳轉(zhuǎn)型。
持續(xù)攀峰 助力數(shù)智化堅強電網(wǎng)建設(shè)
經(jīng)過團隊成員的持續(xù)科研攻關(guān)，配電網(wǎng)仿真技術(shù)實現(xiàn)了“仿得準(zhǔn)”“仿得快”“仿得規(guī)模大”，使配電網(wǎng)的運行分析更加數(shù)字化、智能化。
依托復(fù)雜配電網(wǎng)數(shù)模混合仿真實驗室，團隊成員研發(fā)了多套具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的軟硬件產(chǎn)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(xué)會自然科學(xué)獎一等獎、IEEE SDM工業(yè)技術(shù)杰出貢獻獎等各級獎勵18項，授權(quán)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(xiàn)在取得了豐碩的科研成果，還體現(xiàn)在切實解決了一系列電網(wǎng)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(wǎng)智能化程度不高。為滿足各省差異化的需求，我們會根據(jù)實際情況優(yōu)化模型和算法，部署合適的配電網(wǎng)仿真系統(tǒng)，更好服務(wù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)發(fā)展?！彪m然已經(jīng)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(yīng)用的項目通常需要花費她3至6個月時間，當(dāng)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(wǎng)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(shù)實力業(yè)內(nèi)領(lǐng)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(yīng)用于我國城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)，實現(xiàn)了數(shù)十億元產(chǎn)值，帶來了巨大的經(jīng)濟社會效益，為我國配電領(lǐng)域科技進步與建設(shè)發(fā)展作出了貢獻。
令他們自豪的是，團隊研發(fā)的技術(shù)也引起了國際上的高度關(guān)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(biāo)準(zhǔn)IEEE P2749“智能配電網(wǎng)風(fēng)險辨識與評估推薦性實踐”，為配電網(wǎng)發(fā)展建設(shè)貢獻了中國智慧和中國方案。
畢業(yè)于華北電力大學(xué)計算機專業(yè)的楊曉雨剛來實驗室不足兩年，現(xiàn)在是支撐仿真系統(tǒng)建設(shè)的算法工程師?！半m然配電網(wǎng)好比電網(wǎng)的‘毛細(xì)血管’，看起來不如特高壓、超高壓等電壓等級高的主網(wǎng)‘高大上’，但配電網(wǎng)是打通客戶的‘最后一公里’，直接關(guān)系客戶的用電體驗，服務(wù)配電網(wǎng)建設(shè)，我覺得社會價值很大?！闭勂鹱约旱难芯?，楊曉雨信心十足。
今年，國家電網(wǎng)提出建設(shè)數(shù)智化堅強電網(wǎng)，推動主配協(xié)調(diào)發(fā)展，支撐源網(wǎng)荷儲數(shù)碳互動、多能協(xié)同互補、新能源大規(guī)模高比例并網(wǎng)，滿足電動汽車、微電網(wǎng)、新型儲能、虛擬電廠等交互式多元主體友好接入。
配電網(wǎng)仿真技術(shù)作為新型電力系統(tǒng)相關(guān)研究中較為前沿核心的技術(shù)及測試手段，能夠保證線路、風(fēng)機、光伏、智能終端等物理/數(shù)字模型以與實際高度吻合的狀態(tài)接入配電網(wǎng)仿真系統(tǒng)，精準(zhǔn)模擬配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，有力支撐數(shù)智化堅強電網(wǎng)建設(shè)。
下一步，團隊將繼續(xù)加強配電網(wǎng)領(lǐng)域基礎(chǔ)前瞻技術(shù)研究，深入培育復(fù)雜配電網(wǎng)方向和“卡脖子”技術(shù)攻關(guān)成果，持續(xù)突破制約配電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)升級的技術(shù)瓶頸，著力實施重大成果培育，推動新形勢下配電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展，助力構(gòu)建清潔低碳、安全充裕、經(jīng)濟高效、供需協(xié)同、靈活智能的新型電力系統(tǒng)。
