新型电力系统仿真技术挑战初探与思考

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摘要：新能源体系的核心特征是新能源占据主导地位，成为能源的主要形式。随着我国碳达峰和碳中和目标的提出，新能源在一次能源消费中的比重不断提高，加快替代化石能源。未来，我国

新能源体系的核心特征是新能源占据主导地位，成为能源的主要形式。随着我国碳达峰和碳中和目标的提出，新能源在一次能源消费中的比重不断提高，加快替代化石能源。未来，我国电源装机规模将保持平稳较快增长，呈现出“风景领先、多源协同”的态势。

电力系统不是简单的能源系统。其成本高，测试危害很大，一般需要很长时间才能了解系统变化的后果。因此，仿真技术被用于电力系统的规划和设计。广泛应用于调试测试、运维等全生命周期，具有不可替代的重要作用。

传统电力系统以供电侧火电机组、水电机组为主，电网侧以架空线交流输电为主，负载侧以感应电机为主，仅占少量电力电子设备，整个电网系统转动惯量大，可控性高。随着以风电、光伏为代表的新能源的大量接入，以火电为代表的传统电源的快速退出，电力系统将越来越受到新能源稳定性的影响。此外，随着新能源的增加，电力电子设备的迅速增加，也将极大地影响电力系统供电侧的控制稳定性，也会带来谐波等电能质量问题；电网侧将更多地使用交流输电 随着电缆规模的迅速增加和灵活的直流输电，电网运行将更加复杂；在负载侧，以电动汽车充电站、储能站为代表的电力电子负载占比快速上升，负载变化规律难以把握。因此，电力系统的不确定性和可变性将大大增加。传统的电网分析理论、运行经验和仿真方法可能不再完全适用于新的电力系统。新的电力系统仿真面临新的挑战和新的问题。仿真技术的作用和定位也将相应调整。

新电力系统带来仿真模式变化

基于基波的仿真模式已不能满足新电力系统仿真精度的要求。仿真在 的频段范围内进行，给数字仿真带来了大量的计算量，大大超过了传统仿真软件依赖单机系统进行非实时计算的能力。然而，新型电力系统的实时仿真需要大量资源，成本高昂，无法在电力系统各专业广泛推广应用。

高性能计算机加电力电子专用仿真硬件的准实时仿真模式将有效解决新的电力系统仿真问题，并采用电力电子专用仿真硬件提高仿真规模、电力电子设备的效率和精度。使用超级计算机模拟传统电力元件，采集多种电力电子模拟硬件数据，实现新型电力系统的高效、高精度模拟。

新型电力系统仿真技术门槛和维护成本高。传统的单机仿真模式已不能完全满足新型电力系统仿真的需要。云仿真模式将越来越容易被多个用户共享。应用越多。

新电力系统带来模拟技术变革

新电力系统中新能源的特点受自然条件影响，电力系统模拟不仅要考虑电力设备还需要考虑风、光、温度等自然环境因素的影响。这将使电力系统仿真从单一的电力领域发展到空气动力学、结构力学等多个专业领域。大规模多专业现场联合仿真将极大地增加仿真的复杂性和难度，这是一个前所未有的挑战。仿真技术需要在此基础上推动多学科领域模型和协同仿真机制的突破和变革。

新型电力系统设备更加多样化，不同类型设备的仿真时间尺度差异较大。多时间尺度设备协同仿真需要大量数据交换接口、多端口、高带宽、低时延、高精度数据交换技术急需突破，以满足新型电力系统仿真的需求。

新电力系统带来仿真应用场景变化

新电力系统仿真需求更加多样化，不再局限于规划设计、生产支持、和教育 在培训方面，网络信息安全测试和智能技术培养也需要应用到仿真系统中。新的电力系统必然是一个高度集中的数字化、信息化、智能化系统。仿真技术可以推动数字信息安全堡垒的建设，实现智能技术的快速迭代和成熟落地。

仿真技术的传统应用场景也将得到极大扩展。它将不再局限于传统的电厂模拟、电网运行工况模拟和变电站模拟，还将应用于风电场、光伏电站和海上风电场。广泛应用于灵活直接并网、低频交流输电、储能系统等新场景。

期待未来电力系统仿真新技术，专业领域更加广泛，信息技术应用更加深入，智能化开放程度进一步提高，技术强度将不断提高。仿真技术将成为新型电力系统建设、运行和维护不可或缺的技术支柱。

（作者彭光强为特高压输电公司检验检测中心直流技术部模拟实验组组长）

文章来源：《中国电力教育》 网址: http://www.zgdljyzz.cn/zonghexinwen/2021/0901/1786.html

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