電力系統(tǒng)仿真分析技術(shù)發(fā)展探析

康婉瑩

摘 要：清潔、環(huán)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(yù)見，智能電網(wǎng)是未來電網(wǎng)發(fā)展的新形勢，而為了適應(yīng)電網(wǎng)的發(fā)展，電力系統(tǒng)仿真分析也要隨之發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；電力系統(tǒng)仿真分析；發(fā)展

引言

現(xiàn)今的電力系統(tǒng)因為電網(wǎng)規(guī)模的擴大，以及全新能源的應(yīng)用和新的設(shè)備的應(yīng)用，變得更加的復(fù)雜化。這種復(fù)雜的電網(wǎng)環(huán)境使得工作人員無法及時準確的對電網(wǎng)進行分析監(jiān)控，這就使得電網(wǎng)需要根據(jù)大環(huán)境的需要不斷調(diào)整以適應(yīng)國家實際發(fā)展的需要。智能電網(wǎng)是符合國家對新能源需求的新的一代電網(wǎng)，而大型電網(wǎng)的運行勢必伴隨著復(fù)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(wǎng)進行科學(xué)嚴謹?shù)姆抡娣治鰧嶒?。由此可見，電力系統(tǒng)的仿真分析隨著時代要求發(fā)展的必然性。

1 當前電力系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

當前電力系統(tǒng)主要由發(fā)電系統(tǒng)、供電系統(tǒng)以及用電系統(tǒng)等三大系統(tǒng)構(gòu)成。配電網(wǎng)在其中起到的作用也不可忽視。電能的實現(xiàn)離不開配電網(wǎng)的支持，電力企業(yè)通過配電網(wǎng)將電能輸送給用電客戶，實現(xiàn)電能的有效應(yīng)用。電力系統(tǒng)的模式已經(jīng)被人們所熟知。然而，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，國家對電能的需求也日益增加，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)在滿足基礎(chǔ)電能需求的同時，也在逐漸突破自我，力求在變革中適應(yīng)時代發(fā)展的新需要。電網(wǎng)的改革是需要大量實驗支持的，通過對大型的電網(wǎng)進行大量科學(xué)的仿真實驗來實現(xiàn)電網(wǎng)的發(fā)展。

電力系統(tǒng)仿真是一種基于建立恰當?shù)臄?shù)學(xué)模型來通過模擬實際電力系統(tǒng)運行的研究方法。電力系統(tǒng)的仿真分析有助于電力系統(tǒng)在改革過程中的運行安全、運行質(zhì)量以及運行的經(jīng)濟性，同時也有助于了解實際的電力系統(tǒng)所具有的特性。電力系統(tǒng)的仿真脫離了原有電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和規(guī)模的限制，已經(jīng)成為了研究分析電力系統(tǒng)發(fā)展的不和缺少的重要工具。

2 電力系統(tǒng)仿真分析技術(shù)概述

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

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

第二種技術(shù)是數(shù)字仿真分析技術(shù)，也就是電力系統(tǒng)數(shù)字仿真技術(shù)。這種技術(shù)方法是各種仿真分析技術(shù)應(yīng)用的最為基礎(chǔ)的方法，包括三種分析方法，即動態(tài)分析、穩(wěn)態(tài)分析以及暫態(tài)分析。

第三種技術(shù)是在線仿真分析技術(shù)，也就是電力系統(tǒng)在線仿真分析技術(shù)。這種方法主要針對的是仿真分析技術(shù)的在線應(yīng)用。近年來，國家科技的發(fā)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(wǎng)負擔(dān)加重，導(dǎo)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(fā)展。這引起了各個國家對大型電網(wǎng)安全運行的重視，加強了電力系統(tǒng)的在線仿真分析的研究地位。在線應(yīng)用在世界多個國家已經(jīng)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(tǒng)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(wǎng)的建設(shè)這一全新的背景下，為了保障用電安全，防止發(fā)生大型停電事故，國家致力于開展電網(wǎng)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(tǒng)在線仿真分析的研究，其中，以清華大學(xué)、國網(wǎng)電力科學(xué)研究院等單位為主進行研究應(yīng)用的工作。

第四種技術(shù)是實時仿真技術(shù)，也就是電力系統(tǒng)實時仿真分析技術(shù)。這一技術(shù)方法主要針對仿真分析技術(shù)的實時應(yīng)用。該項仿真分析技術(shù)經(jīng)歷了三個發(fā)展階段，第一，物理實時仿真階段。這一階段主要從事電力設(shè)備的仿真和設(shè)備的實驗，常見的是繼電保護裝置、電力電子設(shè)備等。第二，數(shù)?；旌鲜綄崟r仿真。這一階段是以數(shù)字仿真技術(shù)為主的階段。但是隨著一些先進設(shè)備和技術(shù)的應(yīng)用，數(shù)?；旌鲜降膶崟r仿真已經(jīng)無法滿足實際電力系統(tǒng)的需要，需要更加先進的技術(shù)來實現(xiàn)發(fā)展需要。第三，全數(shù)字實時仿真。這一階段在國內(nèi)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(shù)推動了電力系統(tǒng)仿真分析技術(shù)的發(fā)展

3.1 先進計算技術(shù)推動電力系統(tǒng)仿真分析技術(shù)的發(fā)展

3.1.1 計算機及網(wǎng)絡(luò)

計算機的發(fā)展日新月異，超高速計算機采用平行處理技術(shù)，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(wǎng)絡(luò)已發(fā)展為以Internet為代表的互聯(lián)網(wǎng)，綜合利用光纖、衛(wèi)星、微波等多種先進通信技術(shù)，帶寬不斷提高，網(wǎng)絡(luò)管理進一步自動化和智能化。

3.1.2 相關(guān)計算數(shù)學(xué)

電力系統(tǒng)仿真分析的數(shù)值計算主要涉及線性/非線性方程組求解、數(shù)值積分、特征方程求解、非線性規(guī)劃等多個數(shù)學(xué)領(lǐng)域，分別用于解決潮流計算、暫態(tài)穩(wěn)定計算、小干擾計算、最優(yōu)潮流計算等各種計算問題。

3.1.3 計算模式

目前，在Internet網(wǎng)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(tǒng)研究和分布式計算環(huán)境研究兩個方面。云計算是網(wǎng)格計算、分布式計算、并行計算、網(wǎng)絡(luò)存儲、虛擬化等傳統(tǒng)計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物。現(xiàn)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(wǎng)格計算發(fā)展，近期開始向云計算模式發(fā)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(tǒng)實時仿真領(lǐng)域，一般采用分網(wǎng)并行計算技術(shù)，而在電力系統(tǒng)在線仿真領(lǐng)域，則大多采用任務(wù)并行計算技術(shù)。

3.2 先進計算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展促進電力系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展

3.2.1 新型計算機與計算數(shù)學(xué)推動電力系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展

未來的計算機和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢將是通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與計算機技術(shù)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(fā)展。未來的網(wǎng)絡(luò)是可隨處連接的，具有前所未有的帶寬，是貼近應(yīng)用的智能化網(wǎng)絡(luò)。研發(fā)中的新一代網(wǎng)絡(luò)，傳輸速度可達標準寬頻服務(wù)的1萬倍。人工智能方法將與仿真環(huán)境結(jié)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(shù)學(xué)將與人工智能技術(shù)的各分支進一步結(jié)合，求解用經(jīng)典數(shù)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(tǒng)仿真分析技術(shù)的發(fā)展

隨著中國智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，分布式計算技術(shù)在仿真分析領(lǐng)域的應(yīng)用將不斷深入，分布式計算以及網(wǎng)格計算的應(yīng)用，可以有效解決電力系統(tǒng)實時、復(fù)雜的計算問題。當前中國的云計算的發(fā)展正進入成長期，預(yù)期在2015年之后，中國云計算產(chǎn)業(yè)將真正進入成熟期，云計算服務(wù)模式將被廣大用戶接受。

目前云計算技術(shù)總體趨勢向開放、互通、融合、安全方向發(fā)展，云計算將向公共計算網(wǎng)發(fā)展，對大規(guī)模的協(xié)同計算技術(shù)提出新的要求，虛擬機的互操作，資源的統(tǒng)一調(diào)度需要更加開放的標準。云標準將較快發(fā)展并成熟。預(yù)計到2020年，云計算技術(shù)在電力系統(tǒng)仿真分析領(lǐng)域。

4 結(jié)束語

電力系統(tǒng)仿真分析技術(shù)的發(fā)展離不開先進技術(shù)的支持，同時也是電力系統(tǒng)為了適應(yīng)大負荷電網(wǎng)發(fā)展而形成的必然趨勢。只有不斷發(fā)展仿真分析技術(shù)才能確保電網(wǎng)運行的安全、穩(wěn)定性。目前可以預(yù)知，未來電力系統(tǒng)的仿真分析是向著更加快速、準確以及更加靈活的方向發(fā)展，是國家新能源變革的必然成果。

參考文獻

[1]郝曉平.電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真技術(shù)及應(yīng)用進展[J].湖北電力，2009（4）.

[2]朱藝穎，蔣衛(wèi)平，印永華.電力系統(tǒng)數(shù)?；旌戏抡婕夹g(shù)及仿真中心建設(shè)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2008（22）.

[3]田芳，董春暉，李亞樓，等.電力系統(tǒng)運行及安全監(jiān)控仿真系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].中國電機工程學(xué)報，2011（28）.