基于先進計算技術的電力系統仿真分析技術

摘 要：隨著新能源的變革，電力系統的仿真分析需要做到在分析結果上更加準確、運行速度上更加快速、方式上更加靈活。而依照目前計算機技術和網絡通信技術等的發展趨勢來看，未來的先進的計算技術，比如云計算等，勢必會成為未來電力系統仿真分析技術發展的重要依據。

關鍵詞：計算技術；電力系統仿真分析；發展

1 先進計算技術發展趨勢

從目前計算機的發展狀況和趨勢不難推測出未來計算機的走勢呈現計算機、網絡和通信等技術相融合的發展狀態，相較于現在的計算機、網絡通信等技術，勢必呈現形態超小型、運行速度超高速、性能更高、平行處理以及更加的智能化。可以從兩個方向來開發新型的高性能的計算機。第一，可以從發展多核計算、多機并行的計算技術或者分布式計算技術等來實現計算機性能的提高。第二，在現有技術的基礎上，開發超越傳統技術的新型技術，并將新技術運用到計算機建設中。比如，將光計算技術與計算機結合形成光學計算機，將量子計算與計算機相結合形成量子計算機，將納米計算技術與計算機相結合形成納米計算機等。而目前這些均處于研發階段，除了量子計算機外，其余仍然需要幾十年的時間。這些新型計算機的使用離不開新的計算方法的支持，這些將使電力系統仿真分析迎來重大的變革。

另外，在未來，計算數學的發展主要以追求算法效率的提高、計算結果精度的提高等為目標。同時將人工智能的方法帶入到仿真環境中，提高仿真的精度和仿真自動化的程度。

先進的計算技術在未來的發展趨勢主要體現在：一方面，以高效能的計算為發展趨勢，提高計算的可移植性、可計算性以及可編程性，以低廉的成本完成系統的從開發到維護。另一方面，將分布式的計算與并行式的計算相互結合，在共存的基礎上互相補充、互相完善。我國智能電網的不斷普及與發展帶動了電力系統仿真分析技術的發展，將先進計算技術運用到電力系統仿真中可有效提升電力系統仿真分析的效率，解決其所遇到的實時和復雜的計算問題。目前，眾所周知的云計算在我國已經逐步成長并即將進入成熟期，被我國廣大的用戶群體所接受。預計五年左右的時間，電力系統仿真分析將充分運用到云計算這種技術。

2 以先進的計算技術為依托的電力系統仿真分析技術

先進的計算技術使得電力系統仿真分析得到全新發展，主要表現在電力系統的建模技術、電力系統的數字仿真分析、在線仿真分析以及實時仿真分析上。具體表現在如下。

2.1 電力系統建模技術

2.1.1 促進了建模方法和建模所需工具的發展

計算技術的發展為電力系統的建模提供了更多的可能性，智能建模的理論已經趨于完備。同時，以WASA以及以WAMS數據為主的數據對仿真模型的修正已然成為電力系統建模的主要手段。

2.1.2 元件模型逐步完善

先進的計算技術使得各類元件模型更加的豐富化、精確化、標準化以及模塊化。這樣的元件模型使得電力系統建模的進行不受仿真軟件的限制，在任何建模環境中都可以進行，形成隨插隨用的效果。

2.1.3 智能電力設備中的標準化模型具有對局部模型仿真能力

智能電力系統的模型在未來的發展趨勢表現在可對局部的模型，甚至是處于異地的模型進行自行的維護。

2.2電力系統數字仿真分析方法

第一，電力系統仿真計算方法在計算的收斂性和魯棒性、結果的準確性以及對最優結果的搜索等方面都取得較大進步。第二，建立靈活的仿真數據平臺和異地分布式仿真分析平臺，結合智能電力設備中自帶的標準化模型，模型數據的云存儲和標準化技術，WAMS、WASA等先進測量技術，實現仿真數據的自動調整和對電網的按需靈活仿真。第三，開辟新的仿真計算領域，如與環境保護、新型電力市場運營相結合。第四，建立高度智能化的面向用戶、面向問題、面向實驗的建模與仿真環境，實現智能人機交互仿真和仿真結果的智能化分析。第五，不同時間尺度的混合仿真技術逐步成熟，實現電磁暫態一機電暫態一中長期動態過程的連續仿真，可獲得系統從仿真開始后微秒級到分鐘級，甚至小時級時間尺度的動態特性，仿真結果更加貼近系統的實際表現。第六，協同計算將在電力系統仿真分析中逐步應用，使離線仿真分析從以往單地區單人工作的獨立模式向多人聯合協同計算模式轉變，大幅度提高工作效率。第七，人工智能、概率和模糊數學方法將會被更多地引入和研究。第八，量子計算機具有應用可能，仿真分析方法將發生重大變革。

2.3 電力系統在線仿真分析

電力系統在線仿真分析主要包括五個方面：第一，通過過往數據與現有電網運行情況進行對比分析，通過在線仿真系統建立的專家系統，找出電力系統的穩定性同在線數據之間的關系，發現薄弱環節，并進行改善。第二，通過WAMS數據提高電力系統的在線仿真的結果同現實實際的系統的吻合度。第三，建立電網系統的在線風險評估系統，通過統一的風險評估，減少電網在遇到諸如天氣等不確定因素情況下造成的損失。第四，通過數據融合的技術，提高電力系統信息的整合程度和利用能力。第五，發揮在線監控的作用，有效判斷和應對電網運行過程中遇到的故障。

2.4 電力系統實時仿真

電力系統的實時仿真分析主要是針對實時應用進行的仿真技術。主要表現在五個方面。第一，在先進的仿真方法的基礎上對已有的仿真方法做出改進。比如，通過先進的計算機技術與太陽能、風能等新能源相結合，形成電力系統實時仿真技術三種形態中的暫態實時仿真。第二，電力系統的實時仿真分析經歷了物理、數模混合式以及全數字實時仿真等三個階段。第三，建立仿真平臺，形成以電網、電廠以及變電站相互聯合的仿真平臺。通過此平臺，可與現實的電網相接入，進行仿真實驗分析。第四，推廣分布式的實時仿真，通過遠程的實驗形式形成實時仿真分析。以先進快速的計算機網絡同分布于多個地點的電力系統實時仿真裝置相互配合對電力系統進行仿真分析，并確保電網的安全。遠程試驗是分布式實時仿真眾多模式中的特殊應用模式，即大電網的實時仿真在異地高性能服務器上進行，而現場僅需要配備與物理待測設備的輸入輸出接口，需要高速的通信網絡支持。第五，建立真實電力系統的影子系統-大電網在線實時仿真系統，通過實時信息采集與傳遞系統，實時接受電網運行數據，使系統仿真模型能夠及時跟蹤大電網運行狀態特別是災害情況下的迅速變化。

3 結束語

隨著能源消耗問題越來越受到世界各國的關注，發展可利用的環保清潔的新能源和可再生的能源是各個國家的必然追求。智能電網作為新能源變革中擔任電網新革命的新型的電網，就要求具有與之相適應的電力系統仿真分析技術。計算技術的發展使得未來電力系統仿真分析技術具有更加準確、更加快速以及更加靈活等方面的優勢。文章依據先進計算技術的現狀以及發展趨勢，分析了以先進計算技術為依托的電力系統仿真分析技術，力求充分利用先進計算技術，發展完善電力系統仿真分析。

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