电力系统分布式仿真平台的构建与应用

新型电力系统仿真应用软件设计理念与发展路径摘要：总结了新型电力系统新能源发电高渗透、电力电子设备高渗透的特性给电力系统仿真带来的挑战，提出了电力系统仿真应用软件的设计理念，即模型完备、建模准确、计算高效、场景全面、接口开放、服务灵活这6个方面；基于仿真是认识和改造新型电力系统的工具而非目的，以及仿真应适应新型电力系统背景下电力企业数字化转型需求的认知，指出了国产电力系统仿真应用软件的功能定位要从单纯的仿真工具向电力系统仿真应用软件开发平台和运行环境过渡，并提出了一条助力用户业务自动化、平台使用便捷化、应用开发生态化的发展路径。

最后，通过介绍所研发的面向新型电力系统的仿真应用软件开发平台和运行环境——CloudPSS，展示了上述设计理念与发展路径对软件研发和推广的指导作用。

关键词：新型电力系统；电力系统建模；电力系统仿真引言随着电力系统规模的不断发展扩大，人们主要通过仿真实验来获得对系统特性机理真实、完整而深刻的认知。

尤其近十几年以来，随着交直流输电多区域互联、各类电力电子设备的广泛接入，电力系统呈现出多装备动态交互耦合、机-电效应解耦、非惯性响应、随机概率等诸多复杂特性，给电力系统仿真技术提出了更高的要求。

1仿真技术现状和改进方案电力系统时域仿真包括机电暂态仿真、机电-电磁暂态混合仿真和全电磁暂态仿真。

由于电磁暂态仿真能够更详细地刻画基波及更宽范围频率的物理过程，可以更好地适应“双高”特征新型电力系统的分析计算需求，因此逐渐成为电力系统仿真的主要手段。

根据仿真进程与物理过程之间同步与否，可以分为实时仿真和非实时仿真两大模式。

实时仿真主要应用于硬件在环场景；非实时仿真可分为离线仿真（算例与实际运行数据没有交互，例如电网方式计算等）和在线仿真（算例与实际运行数据有交互，例如在线安全校核等）。

实时仿真要求每个步长的计算、通信、延迟时间相加后小于现实时间，并在每个步长结束时进行硬件时钟同步，相比于非实时仿真，在计算效率方面更为严苛，需要额外优化。

第12章数字电子技术仿真软件Multisim 2001电路设计与仿真应用12.1 Multisim 2001软件介绍Multisim 2001是加拿大交互图像技术有限公司（IIT公司）推出的最新版本，其前身是EWB5.0（电子工作平台）。

目前我国用户所使用的Multisim2001以教育版为主。

Electronics Workbench 公司推出的以Windows为系统平台的板级仿真工具Multisim，适用于模拟／数字线路板的设计，该工具在一个程序包中汇总了框图输入、Spice仿真、HDL设计输入和仿真、可编程逻辑综合及其他设计能力。

可以协同仿真Spice、Verilog和VHDL，并能把RF设计模块添加到成套工具的一些版本中。

整套Multisim工具包括Personal Multisim、Professional Multisim、Multisim Power Professional等。

这种仿真实验是在计算机上虚拟出一个元器件种类齐备、先进的电子工作台，一方面可以克服实验室各种条件的限制，另一方面又可以针对不同目的（验证、测试、设计、纠错和创新等）进行训练，培养学生分析、应用和创新的能力。

与传统的实验方式相比，采用电子工作台进行电子线路的分析和设计，突出了实验教学以学生为中心的开放模式。

12.1.1 M ultisim 2001软件操作界面启动Multisim 2001软件后，首先进入用户界面如图12-1所示，Multisim 2001的界面基本上模拟了一个电子实验工作平台的环境。

下面分别介绍主操作界面各部分的功能及其操作方法。

图12-1 Multisim 2001的基本界面1. 系统工具条图12-2所示为Multisim 2001的系统工具条，可以看出，其风格与Windows软件是一致的。

系统工具条中各个按钮的名称及功能如下所示。

2.设计工具条Multisim 2001的设计工具条如图12-3所示，它是Multisim的核心工具。

新型电力系统的建模仿真关键技术及展望发布时间：2022-06-30T08:38:07.572Z 来源：《新型城镇化》2022年13期作者：刘进峰[导读] 亟须建立完备的、基于全景信息的电网多元数据驱动分析、运行控制体系。

探究面向新型电力系统的先进仿真工具发展路径与解决方案具有重要战略意义。

湖北华中电力科技开发有限责任公司湖北武汉 430000摘要：电力系统仿真是在数字计算机上为电力系统的物理过程建立数学模型，用数学方法求解以进行仿真研究的过程，是支撑电力系统认知与研究的重要手段。

随着电力系统规模的增大和结构的变化，电力系统的运行特性愈加复杂，发生的事故越来越难以用传统的分析方法预测，导致电力系统仿真技术也在不断变化，不同的仿真技术的特征和侧重有所不同。

电力系统是一个复杂的大规模非线性多时间尺度系统，含有大量不同时间常数的变量，有些变量具有快变特征而有些变量则具有慢变特征，电力系统至少可分为快变（电磁暂态）、正常速率（机电暂态）及慢变（中长期动态）3种时间尺度动态。

新型电力系统的显著特征是高比例新能源并网运行、高比例电力电子装备（下文简称“双高”），具有强不确定性、低惯性、弱抗扰性、强非线性，其快速动态响应的特性及系统规模庞大的特征给仿真技术提出了新的挑战和迫切的改进需求。

基于此，本篇文章对新型电力系统的建模仿真关键技术及展望进行研究，以供参考。

关键词：新型电力系统；建模仿真；关键技术；展望分析引言在电力系统向深度低碳、零碳转变过程中，电网动态特性随基础支撑电源的清洁能源化与火电机组由电量供应主体转换为电力供应主体的定位变化而发生深刻转变；规模化新能源接入、柔性输电技术的广泛应用使得电网逐步呈现高度电力电子化、扁平化和分布化的特点。

电力电子元件较低的故障耐受能力和复杂的控制逻辑对系统仿真与安全稳定特性的分析提出新的挑战，其快速暂态过程对电网局部电磁暂态精细化模型、等效聚合模型的建立和快速求解算法提出更高要求；在新型电力系统中，可再生能源经由特高压直流跨大区输送成为重要的电能传输方式，交流互联、直流组网局面的逐步形成使得区域电网间的耦合特性日趋紧密，对大电网仿真分析的时空尺度和全国范围内电网数据统一管理、分析过程智能化、仿真计算平台化均提出了新的需求。

基于SWARM的电力系统仿真的研究摘要: 针对多智能体技术在复杂电力系统领域的良好应用特性, 介绍了一种能发挥多智能体方法的开发平台SWARM及SWARM的基本结构与建模, 通过对多智能体技术在电力行业的实用性及运用SWARM实验了一个区域的供电、负荷动态平衡分析, 讨论了SWARM在电力系统领域的应用方向,并归纳SWARM 的良好特性及应用局限。

结果表明, SWARM具有良好的多智能体系统开发功能,适应电力系统中许多实际问题的分析处理。

关键词: 分布式人工智能；多智能体技术；SWARM；电力系统；0 引言多智能体技术由分布式人工智能( DAI) 和人工生命科学( AL) 的发展而产生, 兴起近20年的时间,通过采用各智能体( Agent ) 间的通讯、合作、协调、调度、管理及控制来表达实际系统的结构、功能及行为特性, 为各种实际问题提供统一框架, 凭借良好的自主性、分布性、协调性、自组织能力、学习能力和推理能力[1], 迅速成为多领域复杂分布式、开放式系统分析的应用热点。

SWARM 正是多智能体系统( MAS) 突出应用的重要开发工具。

本文针对电力系统领域介绍了多智能体技术的原理与应用前景及SWARM 多智能体系统开发平台的构成和建模, 讨论了其在电力系统应用的方向。

运用SWARM 实验了一个区域供电、负荷动态平衡分析。

1 多智能体系统的基本概念及应用1.1 多智能体系统的基本概念多智能体系统是由多个可计算的智能体组成的集合, 其中每个智能体是一个物理( 硬智能体) 或抽象的实体( 软智能体) , 能作用于自身和环境, 并与其它智能体通讯[1]。

简单说, 其基本组成为3 个部分:具有一定功能的智能体、智能体作用环境、智能体组合机制。

单一智能体具有独立性、群组性( 社会性) 、应变能力和自发性等特点[2], 即单一智能体具有自主解决局部问题和一定程度的自控能力、与其他智能体间有通信协助的能力、对于外在变化有及时感应作用能力、在一定目标下有主动选择执行的能力等。

UPS供电系统可靠性仿真模型的构建与分析1. 引言UPS供电系统（Uninterruptible Power Supply，以下简称UPS）作为一种保证电力持续供应的设备，在现代社会中扮演着重要的角色。

为了提高UPS供电系统的可靠性，构建可靠性仿真模型并进行分析是一种有效的方法。

本文将介绍UPS供电系统可靠性仿真模型的构建与分析方法，并提供一些实用的案例分析。

2. 可靠性仿真模型的构建2.1 系统可靠性分析方法选择在构建UPS供电系统可靠性仿真模型之前，首先需要选择合适的系统可靠性分析方法。

常用的方法包括故障树分析（FTA）、事件树分析（ETA）和可靠性模型。

2.2 故障树分析（FTA）故障树分析是一种用于系统可靠性分析的常用方法，通过构建故障树图来分析系统的故障模式和原因，为系统的可靠性评估提供依据。

在UPS供电系统中，常见的故障模式包括输入电源故障、电池故障和逆变故障等。

2.3 事件树分析（ETA）事件树分析是一种用于系统可靠性分析的方法，通过构建事件树图来建立系统的故障序列，并分析系统达到指定状态的可能性。

在UPS供电系统中，典型的事件包括输入电源故障导致的UPS工作、逆变故障导致的UPS无法提供持续电力等。

2.4 可靠性模型可靠性模型是一种用于系统可靠性分析的方法，通过建立系统的数学模型来评估系统的可靠性。

常用的可靠性模型包括可靠性块图、Markov模型和Monte Carlo 模拟等。

2.5 仿真模型的构建根据选择的可靠性分析方法，开始构建UPS供电系统的可靠性仿真模型。

首先，确定系统的各个组成部分，包括输入电源、电池组和逆变器等。

然后，建立各个组成部分之间的关系、故障模式和参数。

最后，利用合适的仿真工具进行仿真分析，得到系统的可靠性评估结果。

3. 可靠性仿真模型的分析3.1 可靠性评估指标在进行可靠性仿真模型分析之前，需要确定可靠性评估指标，常用的指标包括可用性、平均失效间隔时间（MTBF）和平均修复时间（MTTR）等。

高性能电力实时仿真平台RT-LAB王涛1，邹毅军1，年晓红2，胡毅1(1. 上海科梁信息工程有限公司，上海 200233； 2. 中南大学信息科学与工程学院，长沙 410075)摘要：阐述了PC机群、商业货架（COTS）及实时互联网络概念，介绍了基于分布式并行计算技术的电力实时仿真平台RT-LAB，从软件和硬件架构上对该平台的性能进行了详细描述。

探讨了实时仿真及其意义，分析了快速控制原型（RCP）、硬件在环测试（HIL）及电力系统纯数字实时仿真的意义、应用原理及系统构架，针对以上三个应用领域，分别介绍了具体应用项目。

实际应用表明：实时仿真意义重大，RT-LAB平台仿真结果准确，计算性能强大，开辟了未来电力系统设计、规划、验证的新思路，有效的缩短了研究和产业化过程。

关键词：PC集群；实时仿真；快速控制原型；硬件在环；1. 引言伴随电力学科的飞速发展，电力电子及电力系统的复杂性日益增强，而另一方面市场竞争又在降低产品成本和加快上市时间上对行业人员提出了更高的要求。

大量的系统仿真因此变得不可替代且正在发挥越来越重要的作用。

实时仿真具有将硬件直接接入控制或测试回路的优势，使整个开发过程从本质上更接近于实际，具有更高的置信度[1]；并且大大缩短了开发周期，具有较高的经济价值。

因此实时仿真技术及其应用近年来得到了广泛的重视。

电力系统实时仿真方面的研究与应用已经开展多年，领域内早期的产品极大的推动了研究、测试的发展。

但这些产品有其固有的缺陷：1）价格昂贵；2）复杂的专用硬件；3）传统Tusin积分方法易于引起数值振荡问题[2]。

本文所介绍的电力系统实时仿真平台采用PC集群技术，基于以RT-LAB为旗舰的一系列软件工具包，对上述几个问题进行了解决。

以较高的性价比为电力领域的控制算法设计、控制器测试及系统级仿真提供了完整的解决方案。

2.PC集群架构计算能力是衡量一个国家国力和科学研究能力的重要指标，一个国家和地区的计算能力现在已经成为一种重要的战略资源，不亚于石油和其他战略物资的重要性。

491 引言电力行业多年来的运用实践证明,电网调度培训仿真系统平台的设计,可以符合电网公司日益发展的需要,能够有力地促进调控人员的技能水平提高。

随着现代电网规模的日益增大,电网调度控制中心当值人员的素质要求大为提高,对调控人员的技术技能培训主要侧重于对故障现象和信号的分析与判断,以及对异常事故处理的能力提升。

而调度、监控和变电值班人员在采用传统单一仿真系统将无法做到真正跨工种、跨专业、全面、联合的综合性仿真培训。

因此,开发一套多功能、体验式教学的技能实训仿真系统平台,培养满足地区多级电网运行要求的调度专业复合型技术技能人才。

2 电网调控仿真系统平台架构电网调控仿真培训系统平台根据湖南地区电网的特点,选取一个地、市调典型电网为框架,进行合理的加工设计,构建的虚拟电网,并以地区电网中500k V 、220k V 、110kV、35k V和10k V电压等级电网、县级配电网自动化区域电网以及电源点和负荷点为仿真范围,并选取其中的1座220k V 变电站、1座110k V 变电站进行详细的三维场景(3D )仿真。

本仿真系统平台综合了电网生产全过程的调控一体化运行环境,是一套集电网仿真、调控中心仿真、变电站仿真、智能评价仿真于一体的综合仿真系统平台。

该系统平台能够将地区全电网、多电压等级变电站和各级调控中心之间的信息互动、业务联系进行实时反应,实现对调度(配调)、监控、变电运维人员的多角度、多场景的生产全过程性仿真培训。

本系统中教员服务仿真系统是教员进行教学、培训和管理的工作平台,可实现调控一体系统的仿真培训管理功能。

教员服务系统提供的培训业务及模式管理工具可完成培训前运行方式、培训模式和教案准备工作;多级调控培训进度管理可完成培训中的操作和进度控制。

仿真时钟和数据通信管理通过调用时间管理服务向通信中间件请求推进仿真时间,各工作站接口由仿真对象R T I 接口管理服务端相连,通过R M I 远程方法调用进行数据访问。

电力系统实时数字仿真技术及其应用综述李升健;于伟城;黄灿英【摘要】电力系统实时数字仿真在电力系统重大工程规划、设计、建设和运行的各个阶段起着越来越重要的作用.本文讨论了电力系统实时数字仿真技术的国内外研究现状,总结并介绍了数字仿真平台在国内的应用情况,提出了开展应用研究工作的主要方向.【期刊名称】《江西电力》【年(卷),期】2012(036)005【总页数】4页(P73-76)【关键词】实时数字仿真技术;应用;综述【作者】李升健;于伟城;黄灿英【作者单位】江西省电力科学研究院,江西南昌330096;中电投电力工程有限公司贵溪项目部,江西贵溪200233;南昌大学科学技术学院,江西南昌330029【正文语种】中文【中图分类】TM621.70 引言当前，随着特高压交直流工程不断深入推进，电网涌现了大量采用新原理、新技术的继电保护装置、新型直流控制和FACTS等装置、使系统的安全稳定控制变得十分复杂。

风能和太阳能等新能源发电具有间歇性和随机性，研究风电、太阳能等新能源发电和并网关键技术，对促进电网和新能源协调发展具有重要意义。

针对智能变电站在调试和运行过程中出现的诸多问题，需要一种新的检测方式进行试验验证和诊断分析。

上述都对电力系统实时数字仿真技术提出了更高的要求。

本文讨论了电力系统实时数字仿真技术的国内外研究现状，介绍并展望了数字仿真平台在国内的应用情况。

1 国内外研究现状根据仿真速度与实际电力系统动态过程响应速度的关系，电力系统仿真分为实时仿真和非实时仿真。

实时仿真是指仿真速度与所模拟动态过程在实际电力系统中的响应速度一致，因此除了具有仿真速度快的优点外，还能够对实际物理装置进行闭环试验。

电力系统实时仿真技术大概经历了以下三个发展阶段[1][2]：2.1 电力系统动态模拟仿真技术20世纪60年代以前，电力系统仿真主要采用全物理的动态模拟装置，其原理是用比原型系统在规格上缩减一定比例的方法建立物理模型系统，通过在物理模型上做试验代替在实际系统中的试验。

大规模电力系统的模型构建与仿真技术研究电力系统作为一个高度分布式的系统，面临着复杂的技术和管理挑战。

为了提高电力系统的稳定性和可靠性，模型构建和仿真技术已经成为电力系统研究中不可或缺的一部分。

大规模电力系统的模型构建与仿真技术研究涉及到从物理模型到计算模型、从模型算法到仿真软件等方面的内容，是一个复杂而综合的技术领域。

一、电力系统模型构建的基本原理电力系统模型是对真实电力系统的一种简化或抽象，通过建立合理的电力系统模型，可以在一定程度上把握电力系统内部的物理规律和运行机理。

电力系统模型的主要内容包括发电机、负荷、输电线路、变压器、开关等元件，其运用的主要方法有节点分析法、潮流分析法、电磁暂态分析法等。

模型构建的基本原理是需要充分考虑电力系统的特性和动态响应，对电力系统进行适当的简化和抽象，确定合理的电力系统模型结构以及取样时间间隔和采样时间点。

电力系统模型的构建复杂度与电力系统的规模、特性以及所需精度相关，需要根据具体电力系统的情况考虑。

二、电力系统模拟的算法分析电力系统模拟的算法种类丰富，主要包括稳态算法和暂态算法。

稳态算法是指在电力系统负载变化不大的情况下，电力系统的相关参数基本不变，求解的是电压、电流、有功、无功等稳态特性；暂态算法是指在电力系统负荷、短路、开关操作等变化下，电力系统参数会发生短暂变化，求解的是电力系统的动态响应。

稳态和暂态算法需要根据具体研究问题选择。

稳态算法的主要方法有高斯消元法、牛顿-拉夫森法、弧段分析法等；暂态算法主要有EMTP、PowerWorld等仿真软件。

三、电力系统模拟的动态特性分析电力系统的动态特性是指电力系统在受到扰动后的瞬间响应，主要表现在电压、电流、频率、功率等方面。

在电力系统发生故障后，系统将产生一定的扰动，导致电压、电流、频率等参数发生瞬间变化。

通过对电力系统的动态特性进行分析，可以较为准确地预测电力系统在发生故障后的响应情况。

同时，通过对电力系统动态特性的分析，可以揭示电力系统的内部规律和特性，有助于电力系统的运行与管理。