TEAP：新型電力系統(tǒng)精細化時序模擬分析軟件，助力雙碳目標實現(xiàn)
一、背景
在“碳達峰碳中和”戰(zhàn)略下，新型電力系統(tǒng)面臨高比例新能源接入、儲能靈活性調(diào)節(jié)需求激增等挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)電力電量平衡工具因無法考慮網(wǎng)架潮流、設備物理特性及新能源分布，已難以滿足需求。國際上有PLEXOS等成熟軟件，但國內(nèi)相關領域仍處于發(fā)展階段。
TEAP（新型電力系統(tǒng)規(guī)劃運行計算推演軟件）由華中科技大學SGO實驗室與南京圖德科技聯(lián)合研發(fā)，是國內(nèi)首款支持8760小時精細化時序模擬的電力系統(tǒng)分析工具，通過融合高精度時序生產(chǎn)模擬、智能優(yōu)化求解與全要素建模能力，為新型電力系統(tǒng)的規(guī)劃、運行與決策提供了革命性的技術支撐。
二、平臺核心算法
（1）電力系統(tǒng)長時間尺度快速運行模擬
基于新型電力系統(tǒng)特點，考慮電網(wǎng)網(wǎng)架結構及斷面約束、全年負荷及區(qū)外來電、風光水等可再生能源出力、常規(guī)電源爬坡啟停靈活性等約束，考慮電源側煤、氣、風、光、水、核等多種能源協(xié)調(diào)運行、機組檢修、運行方式、動態(tài)限額等，電網(wǎng)側考慮儲能（含抽蓄）、交直流、斷面等復雜約束，用戶側考慮負荷響應等多種復雜設備和機制、電網(wǎng)側考慮主變、線路、斷面限額，設備檢修等影響，以系統(tǒng)綜合成本等為目標函數(shù)，模擬電力系統(tǒng)全年8760小時運行情況，分析新能源消納能力、棄風棄光率、網(wǎng)損、電源收益等各項指標。在此基礎上，TEAP框架提供了子網(wǎng)劃分、時序分解、自動回滾等求解功能，可確保省級電網(wǎng)全年模擬耗時不超過1小時（平均20分鐘），且不會因算法問題出現(xiàn)無解，在相同模擬精度下計算速度達同類軟件最優(yōu)。
（2）基于給定目標的源、網(wǎng)、荷優(yōu)化規(guī)劃
重構時序求解模塊，實現(xiàn)在給定新能源消納目標、新能源電量占比、碳排放配額等目標下的各類電源、關鍵輸電通道、儲能以及需求側響應能力優(yōu)化規(guī)劃。例如，某地區(qū)棄風率0或1%、2%、5%等對應的新能源、儲能等規(guī)劃方案計算。突破傳統(tǒng)時序運行模擬只能通過場景掃描開展規(guī)劃分析，速度慢且無法實現(xiàn)協(xié)調(diào)規(guī)劃的瓶頸。建立多維互通的電力系統(tǒng)運行及規(guī)劃評價指標體系，實現(xiàn)分析結果的多維評估及展示。
（3）電力現(xiàn)貨市場節(jié)點電價計算
基于給定了電力市場規(guī)則，考慮電網(wǎng)網(wǎng)架結構及斷面約束、全年負荷及區(qū)外來電、風光水等可再生能源出力、常規(guī)電源爬坡啟停靈活性等約束，考慮電源側煤、氣、風、光、水、核等多種能源參與電力市場情況，通過機組組合和經(jīng)濟調(diào)度出清計算，生成電網(wǎng)各個節(jié)點逐時刻節(jié)點電價數(shù)據(jù)，并統(tǒng)計生成各節(jié)點、各地區(qū)年度收益情況。
（4）電力系統(tǒng)碳排放追蹤及分析
包含“碳排放”與電力系統(tǒng)運行耦合分析算法模塊，在電網(wǎng)運行中耦合碳排放指標計算，考慮碳約束、新能源約束、調(diào)峰運行約束、燃料約束等，可詳細分析不同電源類別、不同電網(wǎng)分區(qū)的碳排放強度，支撐電力系統(tǒng)“雙碳”目標實現(xiàn)路徑研究?；诟弑壤履茉措娏ο到y(tǒng)仿真方法，實現(xiàn)考慮電網(wǎng)規(guī)劃、運行特性、調(diào)度優(yōu)化、安全校核、經(jīng)濟性分析計算，并可以與碳排放全面關聯(lián)，實現(xiàn)電力系統(tǒng)多目標運行模擬分析。
（5）新能源棄電成因分析
針對新能源大規(guī)模接入背景下的棄風棄光現(xiàn)象，定位影響新能源消納的瓶頸元件或方式，量化導致新能源棄電的系統(tǒng)調(diào)節(jié)原因和網(wǎng)架制約原因，并基于消納制約原因，提出優(yōu)化機組運行、加強儲能配置響應、合理方式調(diào)整等控制決策對新能源承載能力提升的影響。
三、應用案例：如何實現(xiàn)直流送電曲線優(yōu)化
隨著新能源并網(wǎng)規(guī)模逐步擴大，新型電力系統(tǒng)運行特性發(fā)生改變，傳統(tǒng)的典型方式分析局限性明顯。為提高電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性和靈活性，更好地協(xié)調(diào)區(qū)域間的電力資源，減少因負荷峰谷差導致的發(fā)電設備閑置或過度運行，提升輸電斷面的輸送能力，針對這些問題，研究團隊運用TEAP新型電力系統(tǒng)精細化時序模擬分析軟件，基于新型電力系統(tǒng)下源荷波動響應的新特性研究了跨區(qū)直流送電曲線的制定方案，相關成果被成功用于跨區(qū)直流工程中，研究路徑同樣也適用于省內(nèi)嵌入式直流的相應計劃制定。
研究方案深度考慮電網(wǎng)負荷特性、電源剛性和直流特性，基于受入省負荷特性以及新能源、核電、交直流外來電等電源裝機特點，送出端電源組成結構，同時將直流電力電量輸送需求、運行檔位等充分納入優(yōu)化過程中，最終模擬并聚類形成分季節(jié)的外電入省直流日運行特性曲線。
①午間調(diào)峰，受入省電力負荷的早峰和午峰間存在低谷，若抵扣光伏出力，低谷特征尤為突出，可適度讓送出省直流參與午間調(diào)峰，減輕省內(nèi)機組調(diào)峰壓力。②晚間頂峰，受晚上光伏出力減少影響，扣除剛性電源后，晚峰供需矛盾較為突出，需要出電省往入電省直流頂峰，保障電力供應。③春秋限出力，春秋季入電省電力負荷較輕，省內(nèi)呈小開機方式，多直流耦合問題突出，多饋入短路比低，需要出電省往入電省直流限制出力，保障大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。
最終按照季節(jié)進行劃分，省間直流最優(yōu)傳輸詳細功率為：
（1）冬季（12月、1月、2月）
冬季中，入電省負荷處于次高水平，且峰谷差較大。新能源出力次低。系統(tǒng)調(diào)峰需求較高，因此省內(nèi)火電機組開機較多。在負荷低谷時段擠壓了兩省直流對側火電機組出力。為此，兩省直流承擔了較多調(diào)峰需求。典型日中，0-9時兩省直流輸送功率水平較低，平均在2500MW左右。到上午10時，隨著負荷攀升，兩省直流輸送功率大幅增加，對側火電出力增加?？傮w輸送功率達到7500MW左右，隨后下降。到18時左右，線路輸送功率趨于平穩(wěn)，穩(wěn)定于4000MW。
（2）春季（3月、4月、5月）
春季，對側新能源出力及入電省內(nèi)新能源出力增加，負荷水平降低。為了保障對側新能源基地的消納率，兩省直流在負荷低谷時刻總體輸送功率達到3500MW以上。此外，由于負荷水平較低，全省系統(tǒng)調(diào)峰需求較低，省內(nèi)火電機組呈現(xiàn)小開機運行狀態(tài)，但依然滿足穩(wěn)定需求。因此，負荷高峰時刻，兩省直流承擔了部分頂峰作用，特別是對側新能源光伏大發(fā)，火電高水平出力，保障送端系統(tǒng)穩(wěn)定。
（3）夏季（6月、7月、8月）
夏季高峰階段，系統(tǒng)峰谷差較大，調(diào)峰需求較高，同時負荷水平較高，省內(nèi)火電機組呈現(xiàn)大開機狀態(tài)。同時，對側能源基地的光伏出力不及春秋季節(jié)，頂峰能力較弱。在早晚負荷低谷時段，對側火電機組壓低出力，協(xié)助省內(nèi)機組調(diào)峰。
（3）秋季（9月、10月、11月）
秋季總體水平和春季相同，曲線特性相同。
四、總結
TEAP軟件通過深度分析受入省的負荷特性、新能源出力以及電源結構，將直流電力電量輸送需求、運行檔位等約束納入優(yōu)化模型，最終生成適應不同季節(jié)的外電入省直流日運行特性曲線。在冬季，負荷峰谷差較大且新能源出力較低，直流送電曲線在0-9時保持較低功率（約2500MW），以緩解省內(nèi)調(diào)峰壓力；10時后隨著負荷攀升，功率提升至7500MW，支撐高峰需求；傍晚則穩(wěn)定在4000MW左右。春季由于新能源出力增加，直流在負荷低谷時段維持較高功率（3500MW以上），以促進新能源消納；高峰時段則配合送端火電出力，保障系統(tǒng)穩(wěn)定。夏季負荷水平高，直流在早晚低谷時段壓低功率，協(xié)助省內(nèi)機組調(diào)峰；秋季則延續(xù)春季的優(yōu)化思路，避免多直流耦合風險。通過這一優(yōu)化，該省電網(wǎng)年調(diào)峰成本節(jié)約約1.2億元，棄風棄光率下降3.5%，短路比提升20%，顯著提升了電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性和安全性。
這一案例的成功實施離不開TEAP軟件的核心技術支持。作為國內(nèi)首款支持8760小時精細化時序模擬的電力系統(tǒng)分析工具，填補了國內(nèi)在高精度電力系統(tǒng)推演領域的空白。其獨特之處在于能夠融合源-網(wǎng)-荷-儲-碳全要素建模，考慮機組爬坡、斷面限額等復雜約束，并通過子網(wǎng)劃分與自動回滾算法確保計算高效收斂。此外，TEAP還支持基于給定碳排放或新能源消納目標的協(xié)同規(guī)劃，如在某省案例中精準測算出將棄風率從5%降至1%所需的儲能配置方案。在電力市場與碳追蹤方面，TEAP可生成節(jié)點電價數(shù)據(jù)并關聯(lián)碳排放強度，為“雙碳”目標下的路徑設計提供量化依據(jù)。
TEAP不僅是工具，更是新型電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的“智慧大腦”。
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