電力系統仿真分析技術發展探析

康婉瑩

摘 要：清潔、環保以及可再生的能源是當前以及未來世界各個國家所追求的新能源。目前可以預見，智能電網是未來電網發展的新形勢，而為了適應電網的發展，電力系統仿真分析也要隨之發展。

關鍵詞：智能電網；電力系統仿真分析；發展

引言

現今的電力系統因為電網規模的擴大，以及全新能源的應用和新的設備的應用，變得更加的復雜化。這種復雜的電網環境使得工作人員無法及時準確的對電網進行分析監控，這就使得電網需要根據大環境的需要不斷調整以適應國家實際發展的需要。智能電網是符合國家對新能源需求的新的一代電網，而大型電網的運行勢必伴隨著復雜的運行條件和更高的安全要求。因此，在正式運行前，需要對大型電網進行科學嚴謹的仿真分析實驗。由此可見，電力系統的仿真分析隨著時代要求發展的必然性。

1 當前電力系統的發展現狀

當前電力系統主要由發電系統、供電系統以及用電系統等三大系統構成。配電網在其中起到的作用也不可忽視。電能的實現離不開配電網的支持，電力企業通過配電網將電能輸送給用電客戶，實現電能的有效應用。電力系統的模式已經被人們所熟知。然而，隨著經濟的發展，國家對電能的需求也日益增加，傳統的電力系統在滿足基礎電能需求的同時，也在逐漸突破自我，力求在變革中適應時代發展的新需要。電網的改革是需要大量實驗支持的，通過對大型的電網進行大量科學的仿真實驗來實現電網的發展。

電力系統仿真是一種基于建立恰當的數學模型來通過模擬實際電力系統運行的研究方法。電力系統的仿真分析有助于電力系統在改革過程中的運行安全、運行質量以及運行的經濟性，同時也有助于了解實際的電力系統所具有的特性。電力系統的仿真脫離了原有電力系統結構和規模的限制，已經成為了研究分析電力系統發展的不和缺少的重要工具。

2 電力系統仿真分析技術概述

電力系統仿真分析技術包含了四種仿真分析技術，即建模技術、數字仿真分析技術、在線仿真分析技術以及實時仿真技術。每一種技術均有其自身的特點和作用。

第一種技術是建模技術，也就是電力系統建模是通過建模的方法以及建模研究的技術來完成仿真分析工作，其重點體現在建模上。

第二種技術是數字仿真分析技術，也就是電力系統數字仿真技術。這種技術方法是各種仿真分析技術應用的最為基礎的方法，包括三種分析方法，即動態分析、穩態分析以及暫態分析。

第三種技術是在線仿真分析技術，也就是電力系統在線仿真分析技術。這種方法主要針對的是仿真分析技術的在線應用。近年來，國家科技的發展伴隨著國家電能使用的增加。大負荷的電能使用使得電網負擔加重，導致停電事故的增加，尤其是大型停電事故直接影響了國家的發展。這引起了各個國家對大型電網安全運行的重視，加強了電力系統的在線仿真分析的研究地位。在線應用在世界多個國家已經或者正在實施，如美國、加拿大、澳大利亞等國家均將電力系統在線仿真分析放在重要位置。與此同時，在我國實施智能電網的建設這一全新的背景下，為了保障用電安全，防止發生大型停電事故，國家致力于開展電網安全防御的體系。為了支持防御體系的建立，國家全面支持電力系統在線仿真分析的研究，其中，以清華大學、國網電力科學研究院等單位為主進行研究應用的工作。

第四種技術是實時仿真技術，也就是電力系統實時仿真分析技術。這一技術方法主要針對仿真分析技術的實時應用。該項仿真分析技術經歷了三個發展階段，第一，物理實時仿真階段。這一階段主要從事電力設備的仿真和設備的實驗，常見的是繼電保護裝置、電力電子設備等。第二，數模混合式實時仿真。這一階段是以數字仿真技術為主的階段。但是隨著一些先進設備和技術的應用，數模混合式的實時仿真已經無法滿足實際電力系統的需要，需要更加先進的技術來實現發展需要。第三，全數字實時仿真。這一階段在國內外共同探索下已形成初步的研究，取得了初步的研究成果。

3 先進技術推動了電力系統仿真分析技術的發展

3.1 先進計算技術推動電力系統仿真分析技術的發展

3.1.1 計算機及網絡

計算機的發展日新月異，超高速計算機采用平行處理技術，計算能力不斷提高，同時具備了更多的智能成分，在一定程度上已具有多種感知、思考、判定及一定的自然語言能力。計算機網絡已發展為以Internet為代表的互聯網，綜合利用光纖、衛星、微波等多種先進通信技術，帶寬不斷提高，網絡管理進一步自動化和智能化。

3.1.2 相關計算數學

電力系統仿真分析的數值計算主要涉及線性/非線性方程組求解、數值積分、特征方程求解、非線性規劃等多個數學領域，分別用于解決潮流計算、暫態穩定計算、小干擾計算、最優潮流計算等各種計算問題。

3.1.3 計算模式

目前，在Internet網上分布式計算已比較流行，其研究主要集中在分布式操作系統研究和分布式計算環境研究兩個方面。云計算是網格計算、分布式計算、并行計算、網絡存儲、虛擬化等傳統計算機和網絡技術發展融合的產物。現代計算對計算性能的要求越來越高，使計算模式逐漸從單機向并行計算、分布式計算、網格計算發展，近期開始向云計算模式發展。

并行計算是解決單處理器速度瓶頸的最好方法之一。目前，在電力系統實時仿真領域，一般采用分網并行計算技術，而在電力系統在線仿真領域，則大多采用任務并行計算技術。

3.2 先進計算網絡技術的發展促進電力系統仿真技術的發展

3.2.1 新型計算機與計算數學推動電力系統仿真技術的發展

未來的計算機和網絡的發展趨勢將是通信技術、網絡與計算機技術的進一步融合，朝著超高速、超小型、高性能、平行處理和智能化方向發展。未來的網絡是可隨處連接的，具有前所未有的帶寬，是貼近應用的智能化網絡。研發中的新一代網絡，傳輸速度可達標準寬頻服務的1萬倍。人工智能方法將與仿真環境結合得更為緊密，從而提高仿真自動化程度和仿真精度。模糊數學將與人工智能技術的各分支進一步結合，求解用經典數值計算方法難以求解的問題，并進一步實用化。

3.2.2 計算模式推動電力系統仿真分析技術的發展

隨著中國智能電網的建設和發展，分布式計算技術在仿真分析領域的應用將不斷深入，分布式計算以及網格計算的應用，可以有效解決電力系統實時、復雜的計算問題。當前中國的云計算的發展正進入成長期，預期在2015年之后，中國云計算產業將真正進入成熟期，云計算服務模式將被廣大用戶接受。

目前云計算技術總體趨勢向開放、互通、融合、安全方向發展，云計算將向公共計算網發展，對大規模的協同計算技術提出新的要求，虛擬機的互操作，資源的統一調度需要更加開放的標準。云標準將較快發展并成熟。預計到2020年，云計算技術在電力系統仿真分析領域。

4 結束語

電力系統仿真分析技術的發展離不開先進技術的支持，同時也是電力系統為了適應大負荷電網發展而形成的必然趨勢。只有不斷發展仿真分析技術才能確保電網運行的安全、穩定性。目前可以預知，未來電力系統的仿真分析是向著更加快速、準確以及更加靈活的方向發展，是國家新能源變革的必然成果。

參考文獻

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