风电机组数字化感知与运行状态评估方案 目 录 1 背景 2 数字化感知 3 运行状态评估 4 研究展望 背景 海上风电气候条件更为恶劣 ， 运行维护成本高 ， 占到海上风电总投资 40% 以上 可采集 多 源 传 感 与 监 测 云技术 6 设备数字孪生 对风电机组进行状态监测实现故障预警 ，是提升机组运行可靠性 的有效手段之一。 • 目前 ，塔筒、 叶根、机舱、传动链等状 态 监测为重点， 尚无法覆盖叶片整体 • 现有监测技术： 发 中 心 7 风电机组监测方案示例 机组关键部件 疲劳监测 机组基础冲刷 机组位移监测 机组振动监测 数字化感知与运行状态评估

面向新型电力系统的 数字孪生技术 电机工程与应用电子技术系 Department of Electrical Engineering Digital Twin Technology for a New Type of Power Systems 沈 沉 1 02 传统电力系统仿真与数字孪生 03 构建电力系统数字孪生的关键技术 01 目录 CONTENTS 04 04 电力系统数字孪生技术实践 电机工程与应用电子技术系 Department of Electrical Engineering 对数字孪生概念的解读 2 01 对数字孪生概念的进一步解读 3 • 数字孪生到底是什么 —— 模型、仿真、系统工程？ • 数字孪生最关键的特征是什么？ • 提出数字孪生概念的目的是什么？ 对数字孪生概念的进一步解读 Department of of Electrical Engineering 电机工程与应用电子技术系 4 • 数字孪生概念的起源 • 数字孪生（ Digital Twin ） DT 一词，业界一般认为，最早是密西根大学 Michael Grieves 教 授于 2002 年针对产品全生命周期管理（ PLM ）提出的一个概念，当初并不叫 Digital Twin ， 而是叫 镜像空间模型（ Mirrored

地理位置和容量位置 ) 和作用，本期 工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中 性点接地方式等。 主变压器和发电机中性点接地方式是一个综合性 问题。它与电压等级、单相接地短路电流、过电 压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘 水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器和 发电机的运行安全以及对通信线路的干扰等。 18 一、对原始资料分析 (2) 电力系统情况，包括电力系统近期及远景发展 及以下电压电力系统采用中性 点非直接接地系统 ( 中性点不接地或经消弧线圈 接地 ) ，又称小电流接地系统；对 110kV 及以上 高压电力系统，皆采用中性点直接接地系统，又 称大电流接地系统。发电机中性点都采用非直接 接地方式，目前，广泛采用的是经消弧线圈接地 方式或经中性点接地变压器接地。 19 一、对原始资料分析 (3) 负荷情况，包括负荷的性质及其地理位置、输 电电压等级、出线回路数及输送容量等。 负荷情况，包括负荷的性质及其地理位置、输 电电压等级、出线回路数及输送容量等。 发电厂承担的负荷应尽可能地使全部机组安全满 发，并按系统提出的运行方式，在机组间经济合 理地分配负荷，减少母线上电流流动，使发电机 运转稳定和满足电能质量要求。 21 一、对原始资料分析 (4) 环境条件，包括当地的气温、湿度、覆冰、污 秽、风向、水文、地质、海拔高度及地震等因素， 对主接线中电气设备的选择和配电装置的实施均

划和工业应用提供参考和指导。 1 风光储多能互补能源系统结构与能 量模型 1.1 系统结构 本文针对北方地区供暖供电需求提出了风光储 多能互补能源系统，如图1所示。该系统包含光伏 发电机组、风力发电机组、燃气轮机、储电单元、 槽式太阳能集热系统、蓄热单元、电加热器、余热 锅炉、燃气锅炉以及集成控制系统。系统运行时， 采用以热定电的运行模式，在全方位保障供电和热 量供应的前提下充分利用风光等可再生能源。 器、蓄热单元产生的热量供给不足时，由燃气锅炉 补充。 1.2 能量模型 为了开展能源系统容量配置优化研究，本文建 立了风光储多能互补能源系统的能量模型，主要包 括以下部分。 1.2.1 光伏发电模型 光伏发电机组输出功率通常取决于当地太阳辐 射强度，因此结合太阳辐射强度的数据进行精确计 算，其计算公式方法见式(1)~式(2) [23]。 3876 第 11 期 智筠贻等：风光储多能互补能源系统容量配置优化 fPVPPVcap It ISTC [1 + aPV(Tc - TSTC)] (2) 式中，Tc为光伏发电机组实际工作温度；TNOCT 为额定运行条件下光伏发电机组表面温度，一般取 45～48 ℃；tNOCT 为额定运行条件下光伏发电机组 环境温度，一般取 20 ℃；INOCT 为额定运行条件下 光伏发电机组的太阳辐射强度，一般取800 W/m 2； ηmpSTC为在标准测试条件下的最大功率位置的效率，

概念，与国际相关学术组织、科研机构交流愈加密切，业界亟需统一 思想，规范电力系统相关名词解释的使用，确保学术用词的规范性和 严谨性，推动新型电力系统背景下相关科研工作高质量开展。 2023 年 12 月，中国电机工程学会电力系统专业委员会（下简称 “专委会”）名誉主任委员周孝信院士在专委会换届会议上提到，针对 当前电力系统领域容易混淆使用的名词、定义含混不明确的名词，有 必要开展名词释义工作，对前者要正本清源给出倡议、对后者要梳理 免存在疏漏与不足，恳请各位专家和同仁批评指正。未来，我们将持 续推进该项工作，针对此前征集的其他名词以及新的热点名词，深入 开展释义编写和完善工作，不断提升内容的科学性与准确性，力求为 行业提供更具参考价值的成果。 中国电机工程学会电力系统专业委员会 2024 年 12 月 28 日 顾问组 组 长：周孝信 郭剑波 副组长：冯 凯 孙华东 刘映尚 吴 云 郭 强 鞠 平 成 员：丁 磊 马士聪 王成山 王 斌 技术的现状与发展趋势》一文中指出，构网型变流器采用与同步发电 机类似的功率同步控制策略，不需要借助锁相环即可实现并网同步。 在 2022 年，中国电力科学研究院秦世耀团队在《电压源型构网 风电机组研究现状及展望》一文中指出：类似于同步发电机，电压源 型构网控制多具备功率同步或惯性同步的特性，不仅可以自发地与电 网同步，无需额外的锁相环节，还可以主动地表现出对电网频率、电 压的响应和支撑。此外，顾名思义，电压源型构网控制通常也具备建

.......................................................................................7 3.4.2 风力发电机组选型................................................................................................ 功率阈值），根据风机、光伏系统常见规格和配置特点，系统配置如下： 表 1 项目总体配置 分系统名称 配套需求 备注 风电系统 装机规模：500kW（日平均输出功率约 130kW） 1 台额定功率 500kW 风力发电机组,单台额定电压 400V AC，切入风速 3m/s，额定风速 13m/s，切出风速 20m/s。 光伏系统 装机规模：604.8kWp（实际最大出力约 500kW） 光伏组件：装机容量 604 片，110kW 组串式光伏逆变器 5 台， 每 18 个组件 1 串共 60 串，每 12 串组件接入 1 台组串式光伏逆变器； 2、安装 500kW 风力发电系统 1 套，包含 1 套 500kW 风力发电机、变流器和控制系统，系统采用 380V 并网，接入储能并网柜风电支路； 光储充综合能源系统方案设计说明书 共 17页 第 3页 3、配套 1200kW/2236kWh 储能系统 1 套，储能系统包含

一、指南响应情况 示范工程建设情况 ➢ 风电示范应用了国内最典型的6种型号风机，包括陆上最大5MW直驱风机，机型均系首台首套， 引领风电技术向大容量、高效率发展； ➢ 示范工程在国内首次提出包含直驱、双馈型风电机组高电压穿越、虚拟同步机等友好并网技术， 具备电压频率支撑、数据支撑等功能。 风电场基本情况 6 示范工程建设情况 单晶硅 多晶硅 背接触式 非晶薄膜 高倍聚光 双轴跟踪 平单轴跟 踪 荣； 《大容量风光储联合发电关键技术研究及示范应用》荣获中国电力行业科技进步一等奖。 示范工程取得的成果 国家标准13项（发布） ➢ 风电场接入电力系统技术规定 ➢ 风力发电机组功率特性试验 ➢ 风力发电机组电能质量测量和评估方法 ➢ 光伏发电站接入电力系统技术规定 ➢ 光伏发电系统接入配电网技术规定 ➢ 光伏发电站无功补偿技术规范、 ➢ 光伏发电系统接入配电网检测规程 ➢ 光伏发电站太阳能资源实时监测技术要求 ➢ 大型风电场并网设计技术规范 ➢ 风电场电能质量测试方法 ➢ 风电功率预测功能规范 ➢ 光伏发电站功率预测技术要求 ➢ 风力发电场调度运行规程 ➢ 风电机组电气仿真模型建模导则 ➢ 风电场低电压穿越能力测试规程 ➢ 风电机组电网适应性测试规程 ➢ 光伏发电站防孤岛效应检测规程 ➢ 光伏发电调度技术规范 ➢ 光伏发电站电压与频率检测响应检测规程 ➢ 光伏发电站功率控制能力检测技术规程

江苏国信靖江电厂熔盐储能项目 内蒙古大板电厂调峰供热项目 应用场景 - 火电机组灵活性改 造 电极式锅炉 + 热水蓄热调 峰 火电厂灵活性改造 电 / 蒸汽熔 盐蓄热 w w w . x i z i c e . c o m 切除低压缸技术 固体电蓄热锅炉 热水蓄热调峰 为 人 类 境 ！ 善 改 环 火电机组灵活性改造 利用煤电及燃机机组蒸汽作为能 量来源加热熔盐， 量来源加热熔盐， 通过熔盐的储热放热过程实现煤电、 燃机机组热电解耦， 突破供热对机组电负荷调节的限制， 提高煤电、燃机机组运行灵活性。 应用场景 - 火电机组灵活性改造 w w w . x i z i c e . c o m 为 人 类 境 ！ 善 改 环 储热调峰 ：将多余热量存储在熔盐中 。 占地面积： 70mX75m 应用场景 - 火电机组灵活性改造 火电厂灵活性改造：抽汽蓄能 国能河北龙山 600MW 亚临界火电机组 " 抽汽蓄能 " 储热项目 w w w . x i z i c e . c o m 为 人 类 境 ！ 善 改 环 应用场景 - 火电机组灵活性改造 火电厂灵活性改造：抽汽蓄能

模型规模和精细程度难以提升  建模本身耗时过长  大量约束导致求解耗时过长 某典型省级电网规模 全年8760h规划模型 1600+ 节点 3000+ 300+ 250+ 30000+ 新能源 线路 发电机组 决策变量 2122 万个 不等式约束 2088 万个 约束条件 943 万个 主变 （二）时序生产模拟计算迫切需要解决的问题 11 超大规模混合整数规划问题，往往求解耗时极长甚至无解，难以满足运行分析 13 TEAP1.X 版本 TEAP2.X 版本 2025年1月，新型电力系统融合推演引擎第三代产 品TEAP3由华中科技大学与南京图德科技有限公司 联合推出。 大电网 储热罐 汽轮发电机 集热镜面 MAX SOC 热能 MAX ~ P 0 发电热能 ~ PMAX 0 热损失 电加热 ~ PMAX 0 汽轮机 汽轮机 MAX MIN P P ~ MIN SOC ~ N-1、短路、稳定批量扫描 新型电力系统融合推演引擎TEAP介绍 系统目标函数 可变发电成本 规划投资成本 弃风、弃光惩罚 碳排放 分析因素 功率平衡 旋转备用 事故备用 发电机组上/下爬坡能力 发电机组最小启停时间 发电机组调峰深度 网架约束 断面约束 需求侧响应 输电网损 典型分析专题 新能源消纳及碳排放分析 电力系统运行成本及碳排放评估 新能源消纳瓶颈量化分析 储能规划及影响分析 新能源、储能协同规划