科创中国

本项目属于电气工程科学领域，涉及电力系统及其自动化、配电工程等多个专业。 我国近20 年负荷年均增速10%以上，配电容量达美国的1.4 倍，规模已居世界之首，重要用户数量显著增长。配电网紧邻用户侧，建设投资巨大，配电网停电导致重大政治与社会影响的风险激增，其安全可靠经济运行关乎国家安全与国计民生。作为配电技术研究与测试的基础手段与重要工具，配电网仿真展现了 配电网在不同配置、结构与工况下各节点及支路的电气特征，据此可进行规划设计、运行维护或调度决策，最终有效提高配电网建设投资的合理性与运维方案的可靠性。因此，配电网仿真的完善程度，直接制约了我国配电网技术的发展，成为目前提高配电网可靠经济运行水平过程中亟需突破的一大瓶颈。 随着大量分布式电源、微电网、电动汽车等新型元件或系统的引入，配电网的复杂性发生了跨越式增长，进而大大提高了仿真分析的难度，主要体现在：①配电网连续过程与离散状态共存、非线性、时变的特征逐渐突出，新型元件与多尺度动态过程建模困难；②配电网信息源丰富，数据量庞大，且存在大量数据缺失与非精确的问题，严重影响了在线仿真精度；③配电网规模大、结构复杂、设备杂、运行方式多、动态过程频繁，大大限制了仿真速度；④数字仿真经济灵活，但无法模拟内部机理或外部特性未知的元件，物理模拟准确快速，但成本高，占地面积大，如何综合二者优势，打通数模之间信号与功率接口，实现大规模复杂配电网多尺度数模混合仿真，国内外尚无成功先例。 针对上述难题，本项目将基础研究和技术研发相结合，①提出了大规模复杂配电网多时间尺度元件建模技术以及系统等值方法，全面构建了面向大规模复杂配电网多时间尺度仿真的数模混合模型库，能够满足大规模复杂配电网不同仿真粒度下的模型需求；②结合我国配电网特点，提出了基于协同过滤推荐算法的大数据修复方法，解决了大规模复杂配电网在线数据混杂与非精确的问题；提出了基于中性点偏移的三相不平衡潮流混合迭代计算方法，解决了三相不平衡潮流不易收敛或者不收敛问题，大规模复杂配电网在线仿真准确度达到95%以上；③提出了基于马尔科夫过程的大规模复杂配电网多状态迁移仿真方法，形成了基于投影积分算法的自适应变步长仿真技术，实现了配电网多时间尺度仿真；提出了基于模型分解、并行优化以及硬件在环技术的配电网快速仿真方法，有效提高了大规模复杂配电网的仿真求解速度，达到实时或准实时水平；④研发了基于异构多源数据融合技术的大规模复杂配电网在线数字仿真系统；提出了基于数模转换与步长同步的配电网数模混合仿真接口技术，数模转换电压/电流输出偏差不超过0.5%；研发了一套配电网数模混合仿真装置，实现了多场景、多层次的大规模复杂配电网实时仿真，最小步长达到10 微秒。综合上述研究成果，授权发明专利38 项，软件著作权5 项，专著5 部，发表论文21 篇，其中SCI 检索8 篇、EI检索11 篇。 本项目成果可为配电网实际规划、设计、运维等提供多层次、多维度的决策依据，避免了盲目建设投资带来的巨额损失，大幅度提高了在线决策可信度。通过成果应用，实现直接经济效益1.27 亿元，应用区域总体供电可靠率提高至99.96%，综合电压合格率提高至99.96%，综合线损率降低至3.45%，客户满意率提高至99%。本项目搭建了大规模复杂配电网多尺度数模混合仿真系统，填补了国内外空白，有力提升了我国在配电网领域的国际影响力，推动了配电网技术进步，对于提升配电网的安全经济运行水平、促进经济社会健康发展具有重要意义。