基于先进计算技术的电力系统仿真分析技术

摘 要：随着新能源的变革，电力系统的仿真分析需要做到在分析结果上更加准确、运行速度上更加快速、方式上更加灵活。而依照目前计算机技术和网络通信技术等的发展趋势来看，未来的先进的计算技术，比如云计算等，势必会成为未来电力系统仿真分析技术发展的重要依据。

关键词：计算技术；电力系统仿真分析；发展

1 先进计算技术发展趋势

从目前计算机的发展状况和趋势不难推测出未来计算机的走势呈现计算机、网络和通信等技术相融合的发展状态，相较于现在的计算机、网络通信等技术，势必呈现形态超小型、运行速度超高速、性能更高、平行处理以及更加的智能化。可以从两个方向来开发新型的高性能的计算机。第一，可以从发展多核计算、多机并行的计算技术或者分布式计算技术等来实现计算机性能的提高。第二，在现有技术的基础上，开发超越传统技术的新型技术，并将新技术运用到计算机建设中。比如，将光计算技术与计算机结合形成光学计算机，将量子计算与计算机相结合形成量子计算机，将纳米计算技术与计算机相结合形成纳米计算机等。而目前这些均处于研发阶段，除了量子计算机外，其余仍然需要几十年的时间。这些新型计算机的使用离不开新的计算方法的支持，这些将使电力系统仿真分析迎来重大的变革。

另外，在未来，计算数学的发展主要以追求算法效率的提高、计算结果精度的提高等为目标。同时将人工智能的方法带入到仿真环境中，提高仿真的精度和仿真自动化的程度。

先进的计算技术在未来的发展趋势主要体现在：一方面，以高效能的计算为发展趋势，提高计算的可移植性、可计算性以及可编程性，以低廉的成本完成系统的从开发到维护。另一方面，将分布式的计算与并行式的计算相互结合，在共存的基础上互相补充、互相完善。我国智能电网的不断普及与发展带动了电力系统仿真分析技术的发展，将先进计算技术运用到电力系统仿真中可有效提升电力系统仿真分析的效率，解决其所遇到的实时和复杂的计算问题。目前，众所周知的云计算在我国已经逐步成长并即将进入成熟期，被我国广大的用户群体所接受。预计五年左右的时间，电力系统仿真分析将充分运用到云计算这种技术。

2 以先进的计算技术为依托的电力系统仿真分析技术

先进的计算技术使得电力系统仿真分析得到全新发展，主要表现在电力系统的建模技术、电力系统的数字仿真分析、在线仿真分析以及实时仿真分析上。具体表现在如下。

2.1 电力系统建模技术

2.1.1 促进了建模方法和建模所需工具的发展

计算技术的发展为电力系统的建模提供了更多的可能性，智能建模的理论已经趋于完备。同时，以WASA以及以WAMS数据为主的数据对仿真模型的修正已然成为电力系统建模的主要手段。

2.1.2 元件模型逐步完善

先进的计算技术使得各类元件模型更加的丰富化、精确化、标准化以及模块化。这样的元件模型使得电力系统建模的进行不受仿真软件的限制，在任何建模环境中都可以进行，形成随插随用的效果。

2.1.3 智能电力设备中的标准化模型具有对局部模型仿真能力

智能电力系统的模型在未来的发展趋势表现在可对局部的模型，甚至是处于异地的模型进行自行的维护。

2.2电力系统数字仿真分析方法

第一，电力系统仿真计算方法在计算的收敛性和鲁棒性、结果的准确性以及对最优结果的搜索等方面都取得较大进步。第二，建立灵活的仿真数据平台和异地分布式仿真分析平台，结合智能电力设备中自带的标准化模型，模型数据的云存储和标准化技术，WAMS、WASA等先进测量技术，实现仿真数据的自动调整和对电网的按需灵活仿真。第三，开辟新的仿真计算领域，如与环境保护、新型电力市场运营相结合。第四，建立高度智能化的面向用户、面向问题、面向实验的建模与仿真环境，实现智能人机交互仿真和仿真结果的智能化分析。第五，不同时间尺度的混合仿真技术逐步成熟，实现电磁暂态一机电暂态一中长期动态过程的连续仿真，可获得系统从仿真开始后微秒级到分钟级，甚至小时级时间尺度的动态特性，仿真结果更加贴近系统的实际表现。第六，协同计算将在电力系统仿真分析中逐步应用，使离线仿真分析从以往单地区单人工作的独立模式向多人联合协同计算模式转变，大幅度提高工作效率。第七，人工智能、概率和模糊数学方法将会被更多地引入和研究。第八，量子计算机具有应用可能，仿真分析方法将发生重大变革。

2.3 电力系统在线仿真分析

电力系统在线仿真分析主要包括五个方面：第一，通过过往数据与现有电网运行情况进行对比分析，通过在线仿真系统建立的专家系统，找出电力系统的稳定性同在线数据之间的关系，发现薄弱环节，并进行改善。第二，通过WAMS数据提高电力系统的在线仿真的结果同现实实际的系统的吻合度。第三，建立电网系统的在线风险评估系统，通过统一的风险评估，减少电网在遇到诸如天气等不确定因素情况下造成的损失。第四，通过数据融合的技术，提高电力系统信息的整合程度和利用能力。第五，发挥在线监控的作用，有效判断和应对电网运行过程中遇到的故障。

2.4 电力系统实时仿真

电力系统的实时仿真分析主要是针对实时应用进行的仿真技术。主要表现在五个方面。第一，在先进的仿真方法的基础上对已有的仿真方法做出改进。比如，通过先进的计算机技术与太阳能、风能等新能源相结合，形成电力系统实时仿真技术三种形态中的暂态实时仿真。第二，电力系统的实时仿真分析经历了物理、数模混合式以及全数字实时仿真等三个阶段。第三，建立仿真平台，形成以电网、电厂以及变电站相互联合的仿真平台。通过此平台，可与现实的电网相接入，进行仿真实验分析。第四，推广分布式的实时仿真，通过远程的实验形式形成实时仿真分析。以先进快速的计算机网络同分布于多个地点的电力系统实时仿真装置相互配合对电力系统进行仿真分析，并确保电网的安全。远程试验是分布式实时仿真众多模式中的特殊应用模式，即大电网的实时仿真在异地高性能服务器上进行，而现场仅需要配备与物理待测设备的输入输出接口，需要高速的通信网络支持。第五，建立真实电力系统的影子系统-大电网在线实时仿真系统，通过实时信息采集与传递系统，实时接受电网运行数据，使系统仿真模型能够及时跟踪大电网运行状态特别是灾害情况下的迅速变化。

3 结束语

随着能源消耗问题越来越受到世界各国的关注，发展可利用的环保清洁的新能源和可再生的能源是各个国家的必然追求。智能电网作为新能源变革中担任电网新革命的新型的电网，就要求具有与之相适应的电力系统仿真分析技术。计算技术的发展使得未来电力系统仿真分析技术具有更加准确、更加快速以及更加灵活等方面的优势。文章依据先进计算技术的现状以及发展趋势，分析了以先进计算技术为依托的电力系统仿真分析技术，力求充分利用先进计算技术，发展完善电力系统仿真分析。

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