电力系统仿真分析技术发展探析

康婉莹

摘 要：清洁、环保以及可再生的能源是当前以及未来世界各个国家所追求的新能源。目前可以预见，智能电网是未来电网发展的新形势，而为了适应电网的发展，电力系统仿真分析也要随之发展。

关键词：智能电网；电力系统仿真分析；发展

引言

现今的电力系统因为电网规模的扩大，以及全新能源的应用和新的设备的应用，变得更加的复杂化。这种复杂的电网环境使得工作人员无法及时准确的对电网进行分析监控，这就使得电网需要根据大环境的需要不断调整以适应国家实际发展的需要。智能电网是符合国家对新能源需求的新的一代电网，而大型电网的运行势必伴随着复杂的运行条件和更高的安全要求。因此，在正式运行前，需要对大型电网进行科学严谨的仿真分析实验。由此可见，电力系统的仿真分析随着时代要求发展的必然性。

1 当前电力系统的发展现状

当前电力系统主要由发电系统、供电系统以及用电系统等三大系统构成。配电网在其中起到的作用也不可忽视。电能的实现离不开配电网的支持，电力企业通过配电网将电能输送给用电客户，实现电能的有效应用。电力系统的模式已经被人们所熟知。然而，随着经济的发展，国家对电能的需求也日益增加，传统的电力系统在满足基础电能需求的同时，也在逐渐突破自我，力求在变革中适应时代发展的新需要。电网的改革是需要大量实验支持的，通过对大型的电网进行大量科学的仿真实验来实现电网的发展。

电力系统仿真是一种基于建立恰当的数学模型来通过模拟实际电力系统运行的研究方法。电力系统的仿真分析有助于电力系统在改革过程中的运行安全、运行质量以及运行的经济性，同时也有助于了解实际的电力系统所具有的特性。电力系统的仿真脱离了原有电力系统结构和规模的限制，已经成为了研究分析电力系统发展的不和缺少的重要工具。

2 电力系统仿真分析技术概述

电力系统仿真分析技术包含了四种仿真分析技术，即建模技术、数字仿真分析技术、在线仿真分析技术以及实时仿真技术。每一种技术均有其自身的特点和作用。

第一种技术是建模技术，也就是电力系统建模是通过建模的方法以及建模研究的技术来完成仿真分析工作，其重点体现在建模上。

第二种技术是数字仿真分析技术，也就是电力系统数字仿真技术。这种技术方法是各种仿真分析技术应用的最为基础的方法，包括三种分析方法，即动态分析、稳态分析以及暂态分析。

第三种技术是在线仿真分析技术，也就是电力系统在线仿真分析技术。这种方法主要针对的是仿真分析技术的在线应用。近年来，国家科技的发展伴随着国家电能使用的增加。大负荷的电能使用使得电网负担加重，导致停电事故的增加，尤其是大型停电事故直接影响了国家的发展。这引起了各个国家对大型电网安全运行的重视，加强了电力系统的在线仿真分析的研究地位。在线应用在世界多个国家已经或者正在实施，如美国、加拿大、澳大利亚等国家均将电力系统在线仿真分析放在重要位置。与此同时，在我国实施智能电网的建设这一全新的背景下，为了保障用电安全，防止发生大型停电事故，国家致力于开展电网安全防御的体系。为了支持防御体系的建立，国家全面支持电力系統在线仿真分析的研究，其中，以清华大学、国网电力科学研究院等单位为主进行研究应用的工作。

第四种技术是实时仿真技术，也就是电力系统实时仿真分析技术。这一技术方法主要针对仿真分析技术的实时应用。该项仿真分析技术经历了三个发展阶段，第一，物理实时仿真阶段。这一阶段主要从事电力设备的仿真和设备的实验，常见的是继电保护装置、电力电子设备等。第二，数模混合式实时仿真。这一阶段是以数字仿真技术为主的阶段。但是随着一些先进设备和技术的应用，数模混合式的实时仿真已经无法满足实际电力系统的需要，需要更加先进的技术来实现发展需要。第三，全数字实时仿真。这一阶段在国内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 先进技术推动了电力系统仿真分析技术的发展

3.1 先进计算技术推动电力系统仿真分析技术的发展

3.1.1 计算机及网络

计算机的发展日新月异，超高速计算机采用平行处理技术，计算能力不断提高，同时具备了更多的智能成分，在一定程度上已具有多种感知、思考、判定及一定的自然语言能力。计算机网络已发展为以Internet为代表的互联网，综合利用光纤、卫星、微波等多种先进通信技术，带宽不断提高，网络管理进一步自动化和智能化。

3.1.2 相关计算数学

电力系统仿真分析的数值计算主要涉及线性/非线性方程组求解、数值积分、特征方程求解、非线性规划等多个数学领域，分别用于解决潮流计算、暂态稳定计算、小干扰计算、最优潮流计算等各种计算问题。

3.1.3 计算模式

目前，在Internet网上分布式计算已比较流行，其研究主要集中在分布式操作系统研究和分布式计算环境研究两个方面。云计算是网格计算、分布式计算、并行计算、网络存储、虚拟化等传统计算机和网络技术发展融合的产物。现代计算对计算性能的要求越来越高，使计算模式逐渐从单机向并行计算、分布式计算、网格计算发展，近期开始向云计算模式发展。

并行计算是解决单处理器速度瓶颈的最好方法之一。目前，在电力系统实时仿真领域，一般采用分网并行计算技术，而在电力系统在线仿真领域，则大多采用任务并行计算技术。

3.2 先进计算网络技术的发展促进电力系统仿真技术的发展

3.2.1 新型计算机与计算数学推动电力系统仿真技术的发展

未来的计算机和网络的发展趋势将是通信技术、网络与计算机技术的进一步融合，朝着超高速、超小型、高性能、平行处理和智能化方向发展。未来的网络是可随处连接的，具有前所未有的带宽，是贴近应用的智能化网络。研发中的新一代网络，传输速度可达标准宽频服务的1万倍。人工智能方法将与仿真环境结合得更为紧密，从而提高仿真自动化程度和仿真精度。模糊数学将与人工智能技术的各分支进一步结合，求解用经典数值计算方法难以求解的问题，并进一步实用化。

3.2.2 计算模式推动电力系统仿真分析技术的发展

随着中国智能电网的建设和发展，分布式计算技术在仿真分析领域的应用将不断深入，分布式计算以及网格计算的应用，可以有效解决电力系统实时、复杂的计算问题。当前中国的云计算的发展正进入成长期，预期在2015年之后，中国云计算产业将真正进入成熟期，云计算服务模式将被广大用户接受。

目前云计算技术总体趋势向开放、互通、融合、安全方向发展，云计算将向公共计算网发展，对大规模的协同计算技术提出新的要求，虚拟机的互操作，资源的统一调度需要更加开放的标准。云标准将较快发展并成熟。预计到2020年，云计算技术在电力系统仿真分析领域。

4 结束语

电力系统仿真分析技术的发展离不开先进技术的支持，同时也是电力系统为了适应大负荷电网发展而形成的必然趋势。只有不断发展仿真分析技术才能确保电网运行的安全、稳定性。目前可以预知，未来电力系统的仿真分析是向着更加快速、准确以及更加灵活的方向发展，是国家新能源变革的必然成果。

参考文献

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