基于先進(jìn)計(jì)算技術(shù)的電力系統(tǒng)仿真分析技術(shù)

摘 要：隨著新能源的變革，電力系統(tǒng)的仿真分析需要做到在分析結(jié)果上更加準(zhǔn)確、運(yùn)行速度上更加快速、方式上更加靈活。而依照目前計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，未來(lái)的先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)，比如云計(jì)算等，勢(shì)必會(huì)成為未來(lái)電力系統(tǒng)仿真分析技術(shù)發(fā)展的重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算技術(shù)；電力系統(tǒng)仿真分析；發(fā)展

1 先進(jìn)計(jì)算技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

從目前計(jì)算機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r和趨勢(shì)不難推測(cè)出未來(lái)計(jì)算機(jī)的走勢(shì)呈現(xiàn)計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和通信等技術(shù)相融合的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，相較于現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，勢(shì)必呈現(xiàn)形態(tài)超小型、運(yùn)行速度超高速、性能更高、平行處理以及更加的智能化?？梢詮膬蓚€(gè)方向來(lái)開(kāi)發(fā)新型的高性能的計(jì)算機(jī)。第一，可以從發(fā)展多核計(jì)算、多機(jī)并行的計(jì)算技術(shù)或者分布式計(jì)算技術(shù)等來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)性能的提高。第二，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)超越傳統(tǒng)技術(shù)的新型技術(shù)，并將新技術(shù)運(yùn)用到計(jì)算機(jī)建設(shè)中。比如，將光計(jì)算技術(shù)與計(jì)算機(jī)結(jié)合形成光學(xué)計(jì)算機(jī)，將量子計(jì)算與計(jì)算機(jī)相結(jié)合形成量子計(jì)算機(jī)，將納米計(jì)算技術(shù)與計(jì)算機(jī)相結(jié)合形成納米計(jì)算機(jī)等。而目前這些均處于研發(fā)階段，除了量子計(jì)算機(jī)外，其余仍然需要幾十年的時(shí)間。這些新型計(jì)算機(jī)的使用離不開(kāi)新的計(jì)算方法的支持，這些將使電力系統(tǒng)仿真分析迎來(lái)重大的變革。

另外，在未來(lái)，計(jì)算數(shù)學(xué)的發(fā)展主要以追求算法效率的提高、計(jì)算結(jié)果精度的提高等為目標(biāo)。同時(shí)將人工智能的方法帶入到仿真環(huán)境中，提高仿真的精度和仿真自動(dòng)化的程度。

先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)在未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在：一方面，以高效能的計(jì)算為發(fā)展趨勢(shì)，提高計(jì)算的可移植性、可計(jì)算性以及可編程性，以低廉的成本完成系統(tǒng)的從開(kāi)發(fā)到維護(hù)。另一方面，將分布式的計(jì)算與并行式的計(jì)算相互結(jié)合，在共存的基礎(chǔ)上互相補(bǔ)充、互相完善。我國(guó)智能電網(wǎng)的不斷普及與發(fā)展帶動(dòng)了電力系統(tǒng)仿真分析技術(shù)的發(fā)展，將先進(jìn)計(jì)算技術(shù)運(yùn)用到電力系統(tǒng)仿真中可有效提升電力系統(tǒng)仿真分析的效率，解決其所遇到的實(shí)時(shí)和復(fù)雜的計(jì)算問(wèn)題。目前，眾所周知的云計(jì)算在我國(guó)已經(jīng)逐步成長(zhǎng)并即將進(jìn)入成熟期，被我國(guó)廣大的用戶群體所接受。預(yù)計(jì)五年左右的時(shí)間，電力系統(tǒng)仿真分析將充分運(yùn)用到云計(jì)算這種技術(shù)。

2 以先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)為依托的電力系統(tǒng)仿真分析技術(shù)

先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)使得電力系統(tǒng)仿真分析得到全新發(fā)展，主要表現(xiàn)在電力系統(tǒng)的建模技術(shù)、電力系統(tǒng)的數(shù)字仿真分析、在線仿真分析以及實(shí)時(shí)仿真分析上。具體表現(xiàn)在如下。

2.1 電力系統(tǒng)建模技術(shù)

2.1.1 促進(jìn)了建模方法和建模所需工具的發(fā)展

計(jì)算技術(shù)的發(fā)展為電力系統(tǒng)的建模提供了更多的可能性，智能建模的理論已經(jīng)趨于完備。同時(shí)，以WASA以及以WAMS數(shù)據(jù)為主的數(shù)據(jù)對(duì)仿真模型的修正已然成為電力系統(tǒng)建模的主要手段。

2.1.2 元件模型逐步完善

先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)使得各類元件模型更加的豐富化、精確化、標(biāo)準(zhǔn)化以及模塊化。這樣的元件模型使得電力系統(tǒng)建模的進(jìn)行不受仿真軟件的限制，在任何建模環(huán)境中都可以進(jìn)行，形成隨插隨用的效果。

2.1.3 智能電力設(shè)備中的標(biāo)準(zhǔn)化模型具有對(duì)局部模型仿真能力

智能電力系統(tǒng)的模型在未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)表現(xiàn)在可對(duì)局部的模型，甚至是處于異地的模型進(jìn)行自行的維護(hù)。

2.2電力系統(tǒng)數(shù)字仿真分析方法

第一，電力系統(tǒng)仿真計(jì)算方法在計(jì)算的收斂性和魯棒性、結(jié)果的準(zhǔn)確性以及對(duì)最優(yōu)結(jié)果的搜索等方面都取得較大進(jìn)步。第二，建立靈活的仿真數(shù)據(jù)平臺(tái)和異地分布式仿真分析平臺(tái)，結(jié)合智能電力設(shè)備中自帶的標(biāo)準(zhǔn)化模型，模型數(shù)據(jù)的云存儲(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，WAMS、WASA等先進(jìn)測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)仿真數(shù)據(jù)的自動(dòng)調(diào)整和對(duì)電網(wǎng)的按需靈活仿真。第三，開(kāi)辟新的仿真計(jì)算領(lǐng)域，如與環(huán)境保護(hù)、新型電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)相結(jié)合。第四，建立高度智能化的面向用戶、面向問(wèn)題、面向?qū)嶒?yàn)的建模與仿真環(huán)境，實(shí)現(xiàn)智能人機(jī)交互仿真和仿真結(jié)果的智能化分析。第五，不同時(shí)間尺度的混合仿真技術(shù)逐步成熟，實(shí)現(xiàn)電磁暫態(tài)一機(jī)電暫態(tài)一中長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)過(guò)程的連續(xù)仿真，可獲得系統(tǒng)從仿真開(kāi)始后微秒級(jí)到分鐘級(jí)，甚至小時(shí)級(jí)時(shí)間尺度的動(dòng)態(tài)特性，仿真結(jié)果更加貼近系統(tǒng)的實(shí)際表現(xiàn)。第六，協(xié)同計(jì)算將在電力系統(tǒng)仿真分析中逐步應(yīng)用，使離線仿真分析從以往單地區(qū)單人工作的獨(dú)立模式向多人聯(lián)合協(xié)同計(jì)算模式轉(zhuǎn)變，大幅度提高工作效率。第七，人工智能、概率和模糊數(shù)學(xué)方法將會(huì)被更多地引入和研究。第八，量子計(jì)算機(jī)具有應(yīng)用可能，仿真分析方法將發(fā)生重大變革。

2.3 電力系統(tǒng)在線仿真分析

電力系統(tǒng)在線仿真分析主要包括五個(gè)方面：第一，通過(guò)過(guò)往數(shù)據(jù)與現(xiàn)有電網(wǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行對(duì)比分析，通過(guò)在線仿真系統(tǒng)建立的專家系統(tǒng)，找出電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性同在線數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，并進(jìn)行改善。第二，通過(guò)WAMS數(shù)據(jù)提高電力系統(tǒng)的在線仿真的結(jié)果同現(xiàn)實(shí)實(shí)際的系統(tǒng)的吻合度。第三，建立電網(wǎng)系統(tǒng)的在線風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，通過(guò)統(tǒng)一的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，減少電網(wǎng)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(guò)數(shù)據(jù)融合的技術(shù)，提高電力系統(tǒng)信息的整合程度和利用能力。第五，發(fā)揮在線監(jiān)控的作用，有效判斷和應(yīng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中遇到的故障。

2.4 電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真

電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真分析主要是針對(duì)實(shí)時(shí)應(yīng)用進(jìn)行的仿真技術(shù)。主要表現(xiàn)在五個(gè)方面。第一，在先進(jìn)的仿真方法的基礎(chǔ)上對(duì)已有的仿真方法做出改進(jìn)。比如，通過(guò)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)與太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源相結(jié)合，形成電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真技術(shù)三種形態(tài)中的暫態(tài)實(shí)時(shí)仿真。第二，電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真分析經(jīng)歷了物理、數(shù)?；旌鲜揭约叭珨?shù)字實(shí)時(shí)仿真等三個(gè)階段。第三，建立仿真平臺(tái)，形成以電網(wǎng)、電廠以及變電站相互聯(lián)合的仿真平臺(tái)。通過(guò)此平臺(tái)，可與現(xiàn)實(shí)的電網(wǎng)相接入，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)分析。第四，推廣分布式的實(shí)時(shí)仿真，通過(guò)遠(yuǎn)程的實(shí)驗(yàn)形式形成實(shí)時(shí)仿真分析。以先進(jìn)快速的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)同分布于多個(gè)地點(diǎn)的電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真裝置相互配合對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，并確保電網(wǎng)的安全。遠(yuǎn)程試驗(yàn)是分布式實(shí)時(shí)仿真眾多模式中的特殊應(yīng)用模式，即大電網(wǎng)的實(shí)時(shí)仿真在異地高性能服務(wù)器上進(jìn)行，而現(xiàn)場(chǎng)僅需要配備與物理待測(cè)設(shè)備的輸入輸出接口，需要高速的通信網(wǎng)絡(luò)支持。第五，建立真實(shí)電力系統(tǒng)的影子系統(tǒng)-大電網(wǎng)在線實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)信息采集與傳遞系統(tǒng)，實(shí)時(shí)接受電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)仿真模型能夠及時(shí)跟蹤大電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)特別是災(zāi)害情況下的迅速變化。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著能源消耗問(wèn)題越來(lái)越受到世界各國(guó)的關(guān)注，發(fā)展可利用的環(huán)保清潔的新能源和可再生的能源是各個(gè)國(guó)家的必然追求。智能電網(wǎng)作為新能源變革中擔(dān)任電網(wǎng)新革命的新型的電網(wǎng)，就要求具有與之相適應(yīng)的電力系統(tǒng)仿真分析技術(shù)。計(jì)算技術(shù)的發(fā)展使得未來(lái)電力系統(tǒng)仿真分析技術(shù)具有更加準(zhǔn)確、更加快速以及更加靈活等方面的優(yōu)勢(shì)。文章依據(jù)先進(jìn)計(jì)算技術(shù)的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)，分析了以先進(jìn)計(jì)算技術(shù)為依托的電力系統(tǒng)仿真分析技術(shù)，力求充分利用先進(jìn)計(jì)算技術(shù)，發(fā)展完善電力系統(tǒng)仿真分析。

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