康婉瑩

摘 要：清潔、環(huán)保以及可再生的能源是當(dāng)前以及未來世界各個(gè)國(guó)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(shì)，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?yàn)殡娋W(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)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(shí)準(zhǔn)確的對(duì)電網(wǎng)進(jìn)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(guó)家實(shí)際發(fā)展的需要。智能電網(wǎng)是符合國(guó)家對(duì)新能源需求的新的一代電網(wǎng)，而大型電網(wǎng)的運(yùn)行勢(shì)必伴隨著復(fù)雜的運(yùn)行條件和更高的安全要求。因此，在正式運(yùn)行前，需要對(duì)大型電網(wǎng)進(jìn)行科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆抡娣治鰧?shí)驗(yàn)。由此可見，電力系統(tǒng)的仿真分析隨著時(shí)代要求發(fā)展的必然性。

1 當(dāng)前電力系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)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(shí)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(shí)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(jì)的發(fā)展，國(guó)家對(duì)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(shí)，也在逐漸突破自我，力求在變革中適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的新需要。電網(wǎng)的改革是需要大量實(shí)驗(yàn)支持的，通過對(duì)大型的電網(wǎng)進(jìn)行大量科學(xué)的仿真實(shí)驗(yàn)來實(shí)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(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型來通過模擬實(shí)際電力系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)行安全、運(yùn)行質(zhì)量以及運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也有助于了解實(shí)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(shí)時(shí)仿真技術(shù)。每一種技術(shù)均有其自身的特點(diǎn)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(diǎn)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(dòng)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(duì)的是仿真分析技術(shù)的在線應(yīng)用。近年來，國(guó)家科技的發(fā)展伴隨著國(guó)家電能使用的增加。大負(fù)荷的電能使用使得電網(wǎng)負(fù)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(guó)家的發(fā)展。這引起了各個(gè)國(guó)家對(duì)大型電網(wǎng)安全運(yùn)行的重視，加強(qiáng)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(gè)國(guó)家已經(jīng)或者正在實(shí)施，如美國(guó)、加拿大、澳大利亞等國(guó)家均將電力系統(tǒng)在線仿真分析放在重要位置。與此同時(shí)，在我國(guó)實(shí)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(guó)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(guó)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(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院等單位為主進(jìn)行研究應(yīng)用的工作。

第四種技術(shù)是實(shí)時(shí)仿真技術(shù)，也就是電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真分析技術(shù)。這一技術(shù)方法主要針對(duì)仿真分析技術(shù)的實(shí)時(shí)應(yīng)用。該項(xiàng)仿真分析技術(shù)經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段，第一，物理實(shí)時(shí)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(shí)驗(yàn)，常見的是繼電保護(hù)裝置、電力電子設(shè)備等。第二，數(shù)模混合式實(shí)時(shí)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(jìn)設(shè)備和技術(shù)的應(yīng)用，數(shù)模混合式的實(shí)時(shí)仿真已經(jīng)無法滿足實(shí)際電力系統(tǒng)的需要，需要更加先進(jìn)的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)發(fā)展需要。第三，全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真。這一階段在國(guó)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(jìn)技術(shù)推動(dòng)了電力系統(tǒng)仿真分析技術(shù)的發(fā)展

3.1 先進(jìn)計(jì)算技術(shù)推動(dòng)電力系統(tǒng)仿真分析技術(shù)的發(fā)展

3.1.1 計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)

計(jì)算機(jī)的發(fā)展日新月異，超高速計(jì)算機(jī)采用平行處理技術(shù)，計(jì)算能力不斷提高，同時(shí)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(jì)算機(jī)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(jìn)通信技術(shù)，帶寬不斷提高，網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)一步自動(dòng)化和智能化。

3.1.2 相關(guān)計(jì)算數(shù)學(xué)

電力系統(tǒng)仿真分析的數(shù)值計(jì)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(gè)數(shù)學(xué)領(lǐng)域，分別用于解決潮流計(jì)算、暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算、小干擾計(jì)算、最優(yōu)潮流計(jì)算等各種計(jì)算問題。

3.1.3 計(jì)算模式

目前，在Internet網(wǎng)上分布式計(jì)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(jì)算環(huán)境研究?jī)蓚€(gè)方面。云計(jì)算是網(wǎng)格計(jì)算、分布式計(jì)算、并行計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、虛擬化等傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物?，F(xiàn)代計(jì)算對(duì)計(jì)算性能的要求越來越高，使計(jì)算模式逐漸從單機(jī)向并行計(jì)算、分布式計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算發(fā)展，近期開始向云計(jì)算模式發(fā)展。

并行計(jì)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(shí)時(shí)仿真領(lǐng)域，一般采用分網(wǎng)并行計(jì)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(jì)算技術(shù)。

3.2 先進(jìn)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)電力系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展

3.2.1 新型計(jì)算機(jī)與計(jì)算數(shù)學(xué)推動(dòng)電力系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展

未來的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)將是通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)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(dá)標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)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(jìn)一步結(jié)合，求解用經(jīng)典數(shù)值計(jì)算方法難以求解的問題，并進(jìn)一步實(shí)用化。

3.2.2 計(jì)算模式推動(dòng)電力系統(tǒng)仿真分析技術(shù)的發(fā)展

隨著中國(guó)智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，分布式計(jì)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(jì)算以及網(wǎng)格計(jì)算的應(yīng)用，可以有效解決電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)、復(fù)雜的計(jì)算問題。當(dāng)前中國(guó)的云計(jì)算的發(fā)展正進(jìn)入成長(zhǎng)期，預(yù)期在2015年之后，中國(guó)云計(jì)算產(chǎn)業(yè)將真正進(jìn)入成熟期，云計(jì)算服務(wù)模式將被廣大用戶接受。

目前云計(jì)算技術(shù)總體趨勢(shì)向開放、互通、融合、安全方向發(fā)展，云計(jì)算將向公共計(jì)算網(wǎng)發(fā)展，對(duì)大規(guī)模的協(xié)同計(jì)算技術(shù)提出新的要求，虛擬機(jī)的互操作，資源的統(tǒng)一調(diào)度需要更加開放的標(biāo)準(zhǔn)。云標(biāo)準(zhǔn)將較快發(fā)展并成熟。預(yù)計(jì)到2020年，云計(jì)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(jìn)技術(shù)的支持，同時(shí)也是電力系統(tǒng)為了適應(yīng)大負(fù)荷電網(wǎng)發(fā)展而形成的必然趨勢(shì)。只有不斷發(fā)展仿真分析技術(shù)才能確保電網(wǎng)運(yùn)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(zhǔn)確以及更加靈活的方向發(fā)展，是國(guó)家新能源變革的必然成果。

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