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能源安全新战略|大国重器①:超大型电力系统电磁暂态仿真技术及平台
来源: | 作者:中国电力工程技术协会秘书处 | 发布时间: 640天前 | 12853 次浏览 | 分享到:

  破解“仿不准”。建成电磁暂态仿真平台的模型库,解决了复杂控制保护设备“仿不准”难题。

  实现“仿得快”。打造基于超算的仿真云计算架构,充分挖掘数万个CPU核的计算潜力,成功搭建仿真平台专用超算平台,彻底解决了大电网仿真“仿不快”难题。

  目前,超大型电力系统电磁暂态仿真平台仿真规模达到上万节点,实现了对含多回直流和高比例新能源的大规模电网的电磁暂态仿真,覆盖了国家电网经营区26个省(自治区、直辖市),输电线路长度超过150万千米,系统规模超过10万个三相节点。

  无论在北京西单办公区,还是远在几千里之外的新疆乌鲁木齐,计算分析人员动动手指就可以提交计算任务,远程享受超算一流速度,开展机电暂态、机电-电磁混合、全电磁暂态仿真分析,大幅提升了电网调度运行专业的仿真计算能力。

  “超大型电力系统电磁暂态仿真平台相当于电力系统的‘作战沙盘’,过去扫描分析主网架2.6万条线路、1.8万台变压器的安全风险,需耗时10天以上,现在只要不到5分钟。”仿真平台技术负责人、中国电科院副院长郭强说。

团队协作攻克50微秒实时仿真步长

  5月28日,利用超大型电力系统电磁暂态仿真平台,国网西藏电科院系统室主管许江波模拟西藏电网晚高峰运行场景,通过接入构网型储能设备的全电磁暂态模型,分析该区域电网特定运行场景下的安全稳定特性。

超算仿真平台支撑国家电网海量并行计算

  全电磁暂态仿真建模需要将大电网仿真时间尺度细化至微秒级,其中至关重要的是攻克50微秒步长实时仿真技术。

  研究是漫长而枯燥的,考验着每一位研究人员的信心和耐心。当仿真步长越小时,仿真模型越准确。为攻克50微秒实时仿真步长的问题,他们用了2年的时间。

  “50微秒的实时仿真步长意味着系统要在1秒钟内对华东电网6000个节点进行20000次计算。”国家电网仿真中心副总工程师、数模混合仿真研究室主任朱艺颖解释,这好比让数字电网练就“凌波微步”,“每一个CPU内核既要完成自己的任务,又要与其他CPU内核交互数据,还要完成与外接物理装置上万路信号的交互,且计算速度必须跟实际物理过程同步。”

  经过不断探索和论证,科研团队在50微秒实时仿真步长技术方向开展攻关,先后攻克模型算法、数值稳定、计算技术及平台架构等技术难点。

  2017年,团队在华东区域电网开展了故障反演试验,现场几万路信号实时交互,故障仿真模型仿真结果与实际波形几乎重合,华东区域电网首次实现了精准的电磁暂态实时仿真,50微秒实时仿真步长在大电网仿真中实现。

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