浅析电力系统仿真技术的发展前景

刘强  ,杨政, 李星 ,郝园园, 杨栋泽

摘要：计算机仿真技术是近些年发展起来的一种计算机模拟技术。在电力系统的应用中有着广泛应用，通过仿真技术，我们可以很大程度的提升工作效率，降低生产成本。如今各种仿真技术与平台应用而生，尤其是在我们步入了智能电网建设的时代下，仿真技术有着更广泛的应用。本文将从仿真技术的发展历程进行入手，对其在电力系统中的应用与发展前景进行论述。

关键词：电力系统；实时仿真；发展前景

Abstract: Computer simulation technology is a computer simulation technology developed in recent years. It is widely used in power system applications. Through simulation technology, we can greatly improve work efficiency and reduce production costs. Nowadays, various simulation technologies and platforms are applied, especially in the era of smart grid construction, simulation technology has a wider range of applications. This paper will start with the development process of simulation technology, and discuss its application and development prospect in power system.

Key words: power system; real-time simulation; development prospect

正文：

0背景概述

目前在PC机上广泛使用的仿真软件如EMTP、NETOMAC、PSS/E等都是电力系统试验研究和调度运行的重要工具软件。由于它们都属于非实时离线计算软件，其仿真速度与实际系统不同，所以不能直接与实物相连进行各类继电保护和自动化产品的分析测试。而电力系统实时仿真是解决这类问题的重要技术。在数学建模技术、计算机技术和并行处理技术推动下，实时数字仿真技术会在大规模交直流互联电网仿真、智能电网仿真相关技术研究、新能源的接入及运行控制、复杂电力系统的故障再现和继电保护分析以及满足二次设备闭环测试需求方面得到广泛应用[1]。

电力系统实时仿真技术是以相似原理、信息技术、系统理论及其电力系统相关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用电力系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术。

1发展历程

1.1 物理仿真

物理仿真即电力系统动态模拟仿真通常按相似理论由若干台按比例缩小的电机、一定数量的 型线路模型、电源、负荷、开关模型以及相应的监测、控制系统组成。在元件模型中已经包含了许多复杂因素（如非正弦、非线性、非工频等）的影响，因此可以非常有效地研究许多内在过程尚不清楚、难以或不能用数学方式描述的现象，反映的物理过程是直观、真实的，可以直接可靠地检验理论分析和计算结果的正确性；可在与实际系统很近似的条件下观察和研究电力系统的许多特性和过程，得出用于指导实际电力系统安全运行的重要结论，动模对新技术、新装备实物的运行试验非常方便，这是动模实验的独特优点。其缺点也很明显：设备昂贵、占地面积大、可模拟的电力系统规模受制于装置自身的规模和元件的物理特性，装置的可扩展性和兼容性差，也难以大量推广。

1.2 数字模拟混合仿真

数字模拟混合仿真是依据相似原理，将易于通过数字仿真实现的部分用数字仿真实现，而其他部分则使用动模机组仿真，然后通过数模混合实时仿真接口将两个子系统结合起来做实时仿真。能够这样做的关键在于使两个仿真子系统形成统一协调的边界条件，然后通过D/A和A/D转换为核心的接口技术完成物理量与数字量的转换,这样就可以通过物理方法和数值方法对整个电力系统进行实时仿真。

1.3 数字实时仿真

实时数字仿真系统的出现是计算机技术、并行 计算技术、数字信号处理技术和现代控制技术发展的产物。在目前各种实时数字仿真系统中，大都采用并行处理的硬件结构和高速数字信号处理器芯片，利用数学上可分割子系统的概念在各个运算芯片组间分担计算任务[2]。

它的优点是：数字建模经济、快捷、参数调整方便，随着所研究的电力系统规模的增大，只需增加各并行处理模块即可保持原有步长，这无疑大大增加了其使用的灵活性。它的缺点是：在全数字电力系统实时仿真系统中，由于各并行处理器间的通信、数据交换及模型算法等各方面因素的影响，数值不稳定问题成了限制仿真规模的重要问题。

2应用实例

现在计算机仿真技术在电力系统中的应用非常广泛，但更多的用于高校科研与电力系统研究中心，且使用的规模也较下，集中于由几个变电站、发电厂、系统通过高压输电线路联网运行，电网统调度，常采用微机调度等方面。每个模块按生产过程和物理现象来划分，便于程序的修改、扩充，成通用性较强的统一整体[3]。

3结语

随着化石能源逐渐枯竭，发展利用清洁能源和可再生能源成为世界各国的必然选择，也是新能源变革的主要内容。在我们双碳战略的进行下，电力系统也将迎来时代性的剧变，智能电网将更多的依靠于计算机，仿真检测技术，这会在在准确性、快速性、灵活性等方面将得到极大发展[4]。

电力系统实时仿真技术目前已经日趋成熟，其发展一直都是向着全数字化前进，因为这样可以用较低的成本来完成对电力系统的控制及保护装置的测试。目前所有与实时仿真有关的论文均采用的是国外的分布式实时仿真平台RT-LAB，国内目前还没有。我们国家在这方面是比较欠缺的，但出于对未来核心竞争力的考虑，当下应该为此而做出努力。

参考文献：

[1]刘水,王海群,王致杰,孙丛丛,朱谷雨,白颖.电力系统全数字实时仿真技术[J].科技与创新,2017(18):20-22.

[2]高伟俊.系统仿真技术在电力系统中的应用[J].上海铁道大学学报,1998(05):126-128.

[3]陈维铁.电力系统仿真技术的发展和应用[J].西南石油学院学报,1996(01):118-123.

[4]王晨阳.仿真技术在电力系统中的应用与发展[J].技术与市场,2016,23(07):208.