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新型電力系統(tǒng)核心特征在于新能源占據(jù)主導(dǎo)地位，成為主要能源形式。隨著我國碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的提出，新能源在一次能源消費(fèi)中的比重不斷增加，加速替代化石能源。未來我國電源裝機(jī)規(guī)模將保持平穩(wěn)較快增長，呈現(xiàn)出“風(fēng)光領(lǐng)跑、多源協(xié)調(diào)”的態(tài)勢。

電力系統(tǒng)并不是簡單的能源系統(tǒng)，其造價(jià)高昂，試驗(yàn)的危害性大，且一般需要很長時(shí)間才能了解系統(tǒng)變化帶來的后果，因此仿真技術(shù)在電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、調(diào)試試驗(yàn)、運(yùn)行維護(hù)等全生命周期中應(yīng)用廣泛，有著不可替代的重要作用。

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)在電源側(cè)以火電、水電機(jī)組為主，在電網(wǎng)側(cè)以基于架空線的交流輸電為主，在負(fù)荷側(cè)以感應(yīng)電機(jī)為主，僅存在極少量的電力電子設(shè)備，整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，可控性高。隨著以風(fēng)電、光伏為代表的新能源的大量接入，以火電為代表的傳統(tǒng)電源快速退出，電源系統(tǒng)將越來越受新能源電源穩(wěn)定性影響。此外，隨著新能源電源增加而急劇增多的電力電子設(shè)備，也將極大影響電力系統(tǒng)電源側(cè)控制穩(wěn)定性，同時(shí)還會(huì)帶來諧波等電能質(zhì)量問題；電網(wǎng)側(cè)隨著交流輸電較多采用電纜和柔性直流輸電規(guī)模的急劇增加，電網(wǎng)的運(yùn)行方式將更加復(fù)雜；在負(fù)荷側(cè)以電動(dòng)汽車充電站、儲(chǔ)能站為代表的電力電子負(fù)荷占比快速攀升，負(fù)荷變化規(guī)律難以掌握。因此，電力系統(tǒng)不確定性、多變化性都將大幅增加，傳統(tǒng)的電網(wǎng)分析理論、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、仿真手段可能不再完全適用于新型電力系統(tǒng)，新型電力系統(tǒng)仿真面臨新的挑戰(zhàn)和新的問題，仿真技術(shù)的作用和定位也將作出相應(yīng)調(diào)整。

新型電力系統(tǒng)帶來仿真模式變革

基于基波的仿真模式已無法滿足新型電力系統(tǒng)仿真精度的要求，需要在更寬的頻帶范圍開展仿真，由此為數(shù)字仿真帶來極大的計(jì)算量，而這已大大超出傳統(tǒng)依托單機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行非實(shí)時(shí)計(jì)算的仿真軟件能力。而新型電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真資源需求龐大，價(jià)格高昂，無法在電力系統(tǒng)各專業(yè)大規(guī)模普及推廣應(yīng)用。

高性能計(jì)算機(jī)加電力電子專用仿真硬件的準(zhǔn)實(shí)時(shí)仿真模式將能有效解決新型電力系統(tǒng)仿真問題，用電力電子專用仿真硬件來提升電力電子設(shè)備的仿真規(guī)模、效率和精度，用超級(jí)計(jì)算機(jī)來模擬傳統(tǒng)電力元件，匯集多電力電子仿真硬件數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)新型電力系統(tǒng)的高效、高精度仿真。

新型電力系統(tǒng)仿真的技術(shù)門檻、維護(hù)成本均較高，傳統(tǒng)的單機(jī)仿真模式已不能完全適應(yīng)新型電力系統(tǒng)仿真的需求，云端仿真模式易多用戶共享的特點(diǎn)將得到越來越多的應(yīng)用。

新型電力系統(tǒng)帶來仿真技術(shù)變革

新型電力系統(tǒng)中新能源受自然條件影響的特點(diǎn)，電力系統(tǒng)仿真不僅要考慮電力設(shè)備影響，還需要考慮風(fēng)、光、溫度等自然環(huán)境因素影響，這將使電力系統(tǒng)仿真從單一的電學(xué)領(lǐng)域向空氣動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域發(fā)展，大規(guī)模多專業(yè)領(lǐng)域聯(lián)合仿真將極大地提升仿真的復(fù)雜度和難度，這是前所未有的挑戰(zhàn)，仿真技術(shù)需要在此基礎(chǔ)上，推進(jìn)多專業(yè)領(lǐng)域模型和聯(lián)合仿真機(jī)制的突破和變革。

新型電力系統(tǒng)設(shè)備更加多元，不同類型設(shè)備仿真時(shí)間尺度差別較大，多時(shí)間尺度設(shè)備聯(lián)合仿真需要配置大量數(shù)據(jù)交換接口，而多端口、高帶寬、低延時(shí)、高精度的數(shù)據(jù)交換技術(shù)亟待突破，以滿足新型電力系統(tǒng)仿真需求。

新型電力系統(tǒng)帶來仿真應(yīng)用場景變革

新型電力系統(tǒng)仿真需求更加多樣化，不再局限于規(guī)劃設(shè)計(jì)、生產(chǎn)支持、教育培訓(xùn)等方面，網(wǎng)絡(luò)信息安全的測試、智能技術(shù)的培育也同樣需要應(yīng)用到仿真系統(tǒng)。新型電力系統(tǒng)必然是數(shù)字化、信息化、智能化高度集中的系統(tǒng)，仿真技術(shù)能夠推動(dòng)數(shù)字化信息安全堡壘的構(gòu)建，能夠?qū)崿F(xiàn)智能技術(shù)的快速迭代和成熟落地。

仿真技術(shù)傳統(tǒng)應(yīng)用場景也將得到較大的擴(kuò)展，不再局限于傳統(tǒng)電廠仿真、電網(wǎng)運(yùn)行工況仿真和變電所仿真，也將在風(fēng)電場、光伏電站、海上風(fēng)電柔直并網(wǎng)、低頻交流輸電、儲(chǔ)能系統(tǒng)等新的場景中得到廣泛應(yīng)用。

展望未來的新型電力系統(tǒng)仿真技術(shù)，專業(yè)領(lǐng)域?qū)⒏鼮閺V泛，信息技術(shù)應(yīng)用將更加深入，智能開放程度將進(jìn)一步提高，技術(shù)密集度將不斷提升。仿真技術(shù)將是建設(shè)和運(yùn)維好新型電力系統(tǒng)的不可或缺的技術(shù)支柱。 

  (作者彭光強(qiáng) 為超高壓輸電公司檢修試驗(yàn)中心直流技術(shù)部仿真實(shí)驗(yàn)組組長)

原標(biāo)題：新型電力系統(tǒng)仿真技術(shù)挑戰(zhàn)初探與思考