我国风电装机规模连续15年世界第一，光伏发电连续10年领跑全球。截至2026年上半年，风、光装机规模达19.5亿千瓦，占发电总装机的48.3%，已历史性超过火电，成为第一大电源，大约相当于87个三峡电站的总装机。截至今年7月底，我国光伏发电装机容量达到12.86亿千瓦，光伏发电的装机容量首次超过煤电，成为我国装机规模最大的电源品类。

“风光”无限中，也藏着一个棘手的电力难题。

火电、水电、核电等传统电源，靠同步发电机接入电网，运行稳定可靠。而风电、光伏发电等新能源，要通过电力电子设备并网。这类设备响应速度快，但惯量低、抗扰动能力弱。当海量新能源大规模并网，电力系统经历深刻变革，同时也面临三重挑战。

怎样运维好这样一个电力系统，是摆在全世界面前的一道技术难题。放眼全球，已经有不少地区因为高比例新能源并网，发生过大停电事故，给电网安全敲响了警钟。

早在十多年前，国家电网的科研工作者就瞄准这一难题，开启了艰苦攻关，并研发出超大规模新能源大电网运行控制系统。前不久，这一成果获得国家科学技术进步奖二等奖。它的“三大法宝”，可以一一击破新能源大规模并网带来的三重挑战。

大电网全电磁暂态仿真技术

破解系统特性“看不清”的难题

要运行好大电网，首先要搞清楚电网的系统特性。仿真，就是我们的认知工具，相当于电子沙盘，将真实的电网在数字世界中模拟运行一番。

过去，电力系统仿真主要靠机电暂态仿真。它能分析大电网在秒级、毫秒级时间尺度上的稳定问题。而电力电子开关以微秒级的动作控制着电能转换，是传统机电能量转换控制速度的上千倍。这时，就需要“微秒级”尺度的仿真工具——电磁暂态仿真。但它步长小、速度慢、建模极其复杂，之前国内外只用于仿真局部电网和具体工程，无法仿真较大规模的新能源电网。

这样，就导致超大规模新能源大电网的系统特性“看不清”了。

大电网全电磁暂态仿真如同“超高倍透镜”。它将主干电网连同所有接入设备1:1精准“克隆”，相当于在数字世界里造出一个国家级电网的“平行宇宙”。

基于项目自主研发的世界首套全电磁暂态仿真工业基础软件能在1秒钟内对上万节点的大电网进行20000次数值计算，精准模拟大电网微秒时间尺度的动态过程，不仅能精准分析海量新能源随机波动对电力系统的影响，还能预判风险、提前干预。

全域协同的安全防御技术

破解全域故障“防不住”的难题

我国电网每年遭受许多次各类故障冲击。安全防御，就是避免大停电的最后防线。

过去，在以火电、水电为主的电力系统中，只在局部电网或者关键输电断面处对故障设防。一旦发生故障，可以切除发电机组或切除负荷快速重建有功功率平衡，遏制系统失稳，并依靠系统惯性延缓暂态过程，同时配合调速器、电力系统稳定器等机组调节装置，使系统逐步恢复稳定运行。所以，局部防控就足够。

但是随着大规模新能源并网，再加上大容量直流输电线路的接入，电网的故障形态彻底改变了：

当电网发生波动时，电力电子设备“体重轻”，惯性小，难以释放或者吸收足够能量给系统提供稳定性；

它们的“抵抗力”不强，在电网电压或频率大幅波动急需支撑时却容易自己“跑路”；

同时，跨区直流电网让送受端电网即使相隔千里，依然联系紧密，故障很容易相互传导，一处故障就能迅速波及千里之外，形成连锁故障；

更难的是，海量电力电子设备叠加，故障冲击能量可能被放大数百倍……

传统的局域防控手段覆盖范围不够、反应速度跟不上，既摸不清多时间尺度耦合下的失稳规律，也没法在眨眼间调动全网资源兜底，很容易让小故障演变成大问题。

这样，就导致新能源大电网的连锁故障“防不住”了。

全域协同的安全防御技术就是电网强大的“免疫系统”。它基于项目首创的“设备→局域→全域”逐级耗散的防御体系，能够在百毫秒级的时间内将故障快速“扼杀”。

即使遇到最极端的特高压线路中断，“免疫系统”也会自动启动：第一步，控制装置迅速预判危机的临界值；第二步，向发电端发出指令，降低新能源输出功率，避免系统失稳；与此同时，向电力需求端发送指令，全网调集水电、火电、储能等电力快速填补缺口。

目前，全域协同的安全防御系统已应用于东北、华北、西北、华东、华中、西南6大区域电网，能够抵御最大8000万千瓦瞬时功率或1600万千瓦的永久功率冲击，实现数百万平方公里异质资源百毫秒级精准控制，提升跨区输电能力超5000万千瓦，为大规模新能源接入和大范围消纳提供安全保障。

多时空概率化平衡控制技术

破解优化调控“调不好”的难题

电网调度，是电力系统的“超级大脑”，它要将分布在全国各地的各类电源所发的电能以最安全、最经济、最高效的方式送到千家万户。

过去，这位“总指挥”主要靠“源随荷动”的模式驾驭火电、水电这些“稳重的老黄牛”，去跟随相对可预测、变化速率不快的负荷曲线。

新能源大规模接入，就像无数“撒欢的野马”闯入电网：它们出力忽高忽低、时有时无。在我国，一天内新能源发电出力波动最大达3.6亿千瓦，相当于每天有十余座三峡电站的总出力在随机起伏。这时，调度系统在全网范围内调用的可控资源，不仅要跟随负荷变化，而且要平抑新能源波动；既要瞬间“勒住”富余，又要即刻“补上”突现的缺口。

但新能源大电网调度模型变量多、求解难、对数据精度的要求极高。过去，国内外在工程实用中只能靠大量简化模型、牺牲部分精度来换取计算效率，难以精准呈现大规模新能源接入后的复杂场景，无法保障新能源小发期的电力可靠供应与新能源大发期的充分消纳。

这样，就导致超大规模新能源大电网的优化调控“调不好”了。

多时空概率化平衡控制技术就像智商超高的“资源优化专家”，能通过快速求解大规模新能源平衡调控优化模型，实时协调、调配电力系统各环节的资源，实现电力系统安全、经济、高效运行。

基于该技术研制的新能源大电网平衡控制系统，核心便是一套优化调度算法。基于仿真给出的安全边界，算法会将一天的24小时切分成96个调度点，精准制订未来数小时内和次日调度的工作计划，指挥电能在全国跨省跨区“迁徙”到需要的地方，让电力系统实现在宏观时空尺度上的动态平衡。

大电网全电磁暂态仿真技术、全域协同的安全防御技术、多时空概率化平衡控制技术，这“三大法宝”强强联手，共同构成了全球独一无二的超大规模新能源大电网运行控制系统。

这套系统不止守护国内电网，也走向了世界。依托项目成果，我国已为沙特阿拉伯、巴西、巴基斯坦等国提供了先进的电网调控与安全防御方案，还为欧盟“欧洲统一电网”等前沿项目提供仿真软件。

如今，新能源正源源不断地转化为绿色电能，以空前规模和速度接入电网，在三大法宝“护法”之下，跨越山河，稳定输送。

这套科技力满满的“超级系统”，不仅守护着中国成为全球首个重要“电力国家”，也为全球能源转型注入中国智慧、提供中国方案。