1.前言
電力系統(tǒng)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、地域廣大的超大型人造系統(tǒng)，其運(yùn)行特性研究對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行極為重要。我國(guó)逐步形成超大規(guī)?；ヂ?lián)電網(wǎng)，高壓直流輸電(HVDC)、靈活交流輸電(FACTS)等大功率電力電子設(shè)備應(yīng)用越來(lái)越廣泛，傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模擬、數(shù)?；旌?、國(guó)外實(shí)時(shí)數(shù)字仿真裝置(RTDS)等實(shí)時(shí)段，以及各種離線仿真軟件，都難以在仿真實(shí)際電網(wǎng)的同時(shí)，精確模擬HVDC和FACTS等設(shè)備的暫態(tài)特性，因而難以研究這些設(shè)備對(duì)大電網(wǎng)運(yùn)行特性的影響。
電力系統(tǒng)全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真技術(shù)是由中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司（簡(jiǎn)稱中國(guó)電科院）自主研發(fā)的大電網(wǎng)數(shù)字仿真技術(shù)，其核心包括機(jī)電暫態(tài)/電磁暫態(tài)并行計(jì)算、機(jī)電-電磁暫態(tài)混合仿真、實(shí)時(shí)數(shù)字仿真、數(shù)?；旌戏抡娴燃夹g(shù)要點(diǎn)。該技術(shù)利用多節(jié)點(diǎn)/多處理器結(jié)構(gòu)和高速本地通訊網(wǎng)絡(luò)，采用網(wǎng)絡(luò)并行計(jì)算技術(shù)對(duì)計(jì)算任務(wù)進(jìn)行分解，并對(duì)進(jìn)程進(jìn)行實(shí)時(shí)和同步控制，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模復(fù)雜交直流電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)和電磁暫態(tài)的實(shí)時(shí)和超實(shí)時(shí)仿真以及外接物理裝置試驗(yàn)。該技術(shù)研發(fā)始于1998年，得到國(guó)家973項(xiàng)目、國(guó)家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展項(xiàng)目和公司重大科研項(xiàng)目支持，前期科研投入累計(jì)上千萬(wàn)，是我國(guó)歷時(shí)8年開(kāi)發(fā)、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的科研成果。
基于電力系統(tǒng)全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真技術(shù)，中國(guó)電科院成功研制了電力系統(tǒng)全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置（Advanced Digital Power System Simulator，ADPSS），ADPSS仿真裝置克服了國(guó)外產(chǎn)品采用專有硬件、不易升級(jí)擴(kuò)充的缺點(diǎn)，是世界上首套仿真規(guī)模達(dá)數(shù)萬(wàn)母線、可同時(shí)進(jìn)行大電網(wǎng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程和局部電網(wǎng)快速電磁暫態(tài)過(guò)程聯(lián)合仿真的電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真裝置，可用于電網(wǎng)運(yùn)行和規(guī)劃仿真分析、新型裝備接入電網(wǎng)研究、電力系統(tǒng)事故分析、實(shí)際電網(wǎng)背景下控制保護(hù)設(shè)備測(cè)試等。
電力系統(tǒng)全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真技術(shù)的研發(fā)及推廣應(yīng)用，打破了國(guó)外產(chǎn)品在電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真領(lǐng)域的壟斷地位，推動(dòng)了我國(guó)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真技術(shù)進(jìn)步，對(duì)增強(qiáng)我國(guó)交直流混合電力系統(tǒng)的分析能力和大型HVDC系統(tǒng)和FACTS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性、經(jīng)濟(jì)性及防御災(zāi)變的能力具有重要意義。
2、主要功能
1)潮流計(jì)算
電力系統(tǒng)仿真是在系統(tǒng)的某一穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式基礎(chǔ)上進(jìn)行的，為此必須先做潮流計(jì)算，建立電力系統(tǒng)仿真的初始運(yùn)行方式。
2)機(jī)電暫態(tài)仿真
機(jī)電暫態(tài)仿真，主要用于分析電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，即用來(lái)分析當(dāng)電力系統(tǒng)在某一正常運(yùn)行狀態(tài)下受到某種干擾后，能否經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后回到原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)或過(guò)渡到一個(gè)新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的問(wèn)題。通過(guò)機(jī)電暫態(tài)仿真可以判別系統(tǒng)的暫態(tài)功角穩(wěn)定性、暫態(tài)電壓穩(wěn)定性和暫態(tài)頻率穩(wěn)定性。
3)電磁暫態(tài)仿真
電磁暫態(tài)仿真，主要用于分析和計(jì)算故障或操作后可能出現(xiàn)的暫態(tài)過(guò)電壓和過(guò)電流，以便根據(jù)所得到的暫態(tài)過(guò)電壓和過(guò)電流對(duì)相關(guān)電力設(shè)備進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，確定已有設(shè)備能否安全運(yùn)行，并研究相應(yīng)的限制和保護(hù)措施。
4)機(jī)電-電磁暫態(tài)混合仿真
機(jī)電-電磁暫態(tài)混合仿真，集中了機(jī)電暫態(tài)仿真和電磁暫態(tài)仿真各自的優(yōu)點(diǎn)。采用機(jī)電-電磁暫態(tài)混合仿真既可以反映特定系統(tǒng)中詳細(xì)的電磁暫態(tài)變化過(guò)程，又可仿真較大規(guī)模的電力系統(tǒng)。采用機(jī)電-電磁暫態(tài)混合仿真對(duì)局部電網(wǎng)進(jìn)行研究時(shí)，無(wú)需對(duì)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行等值化簡(jiǎn)工作，準(zhǔn)確度高。
5)用戶自定義模型
仿真系統(tǒng)具備用戶自定義建模功能，可在電網(wǎng)的任意地點(diǎn)、任意多處接入用戶自定義模型，對(duì)用戶自定義的設(shè)備和裝置的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真，既可用于裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化，又可代替實(shí)際裝置接入系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬。
6)MATLAB接口
仿真系統(tǒng)具備MATLAB接口模塊，可在電網(wǎng)的任意地點(diǎn)、任意多處接入用戶在Matlab/Simulink環(huán)境所建立的模型進(jìn)行仿真，這樣可利用Matlab及其仿真工具(Simulink)的資源，極大地?cái)U(kuò)展電力系統(tǒng)的仿真分析能力。
7)物理裝置接口
仿真系統(tǒng)具備物理接口，可在電網(wǎng)任意地點(diǎn)、任意多處接入實(shí)際物理裝置，以檢驗(yàn)其在系統(tǒng)中的實(shí)際效果。物理接口支持自動(dòng)校準(zhǔn)功能，能夠高精度、同步地轉(zhuǎn)換仿真系統(tǒng)的AI、AO、DI、DO等信號(hào)，能夠以最小2us的刷新間隔連續(xù)輸出波形，實(shí)現(xiàn)故障錄波回放、行波裝置開(kāi)環(huán)測(cè)試等功能。
8)IEC61850數(shù)字化變電站接口
仿真系統(tǒng)具備數(shù)字化變電站接口，可以與遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站二次設(shè)備進(jìn)行閉環(huán)仿真。
3、系統(tǒng)特點(diǎn)
仿真系統(tǒng)采用通用的軟硬件技術(shù)平臺(tái)，因而具有開(kāi)放性、可擴(kuò)展性，便于軟硬件隨著技術(shù)的發(fā)展更新?lián)Q代，并獲得高性價(jià)比。
硬件：基于高性能服務(wù)器機(jī)群（PC-cluster）和可編程門(mén)陣列芯片（FPGA），造價(jià)低，擴(kuò)展性好，用戶如果擴(kuò)展計(jì)算和接口單元，只需變更配置文件即可完成。
網(wǎng)絡(luò)：采用管理網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算網(wǎng)絡(luò)分離的雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)采用高速的Infiniband網(wǎng)絡(luò)。管理網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)的分離提高了網(wǎng)絡(luò)可用性，同時(shí)保障了數(shù)據(jù)的傳輸帶寬。
軟件：底層采用實(shí)時(shí)Linux操作系統(tǒng)，穩(wěn)定可靠、兼容性好。核心仿真軟件基于成熟的商用軟件電力系統(tǒng)分析綜合程序（PSASP），可信度高、數(shù)據(jù)兼容性好。
4、功能特點(diǎn)
- 實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)分網(wǎng)并行仿真算法，可實(shí)現(xiàn)30000節(jié)點(diǎn)的交直流混合電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真
- 實(shí)現(xiàn)了以機(jī)電暫態(tài)為基礎(chǔ)的綜合接口平臺(tái)，可在大規(guī)模電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)分網(wǎng)并行計(jì)算基礎(chǔ)上接入復(fù)雜故障、接入電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)、接入Matlab模型、接入實(shí)際物理裝置等。
- 實(shí)現(xiàn)了電磁暫態(tài)分網(wǎng)并行仿真算法，具備中小規(guī)模電網(wǎng)的電磁暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真能力。
- 備了機(jī)電暫態(tài)和電磁暫態(tài)的混合實(shí)時(shí)仿真功能，混合仿真模式下機(jī)電暫態(tài)和電磁暫態(tài)都可分網(wǎng)并行計(jì)算。
- 與PSASP7.0數(shù)據(jù)兼容，并可自動(dòng)轉(zhuǎn)換PSASPR5.*, PSASPR6.*、BPA等格式的數(shù)據(jù)。
