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1.前言
電力系統(tǒng)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、地域廣大的超大型人造系統(tǒng)，其運行特性研究對系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行極為重要。我國逐步形成超大規(guī)?；ヂ?lián)電網(wǎng)，高壓直流輸電(HVDC)、靈活交流輸電(FACTS)等大功率電力電子設(shè)備應(yīng)用越來越廣泛，傳統(tǒng)的動態(tài)模擬、數(shù)?；旌?、國外實時數(shù)字仿真裝置(RTDS)等實時段，以及各種離線仿真軟件，都難以在仿真實際電網(wǎng)的同時，精確模擬HVDC和FACTS等設(shè)備的暫態(tài)特性，因而難以研究這些設(shè)備對大電網(wǎng)運行特性的影響。
電力系統(tǒng)全數(shù)字實時仿真技術(shù)是由中國電力科學(xué)研究院有限公司（簡稱中國電科院）自主研發(fā)的大電網(wǎng)數(shù)字仿真技術(shù)，其核心包括機電暫態(tài)/電磁暫態(tài)并行計算、機電-電磁暫態(tài)混合仿真、實時數(shù)字仿真、數(shù)?；旌戏抡娴燃夹g(shù)要點。該技術(shù)利用多節(jié)點/多處理器結(jié)構(gòu)和高速本地通訊網(wǎng)絡(luò)，采用網(wǎng)絡(luò)并行計算技術(shù)對計算任務(wù)進行分解，并對進程進行實時和同步控制，實現(xiàn)了大規(guī)模復(fù)雜交直流電力系統(tǒng)機電暫態(tài)和電磁暫態(tài)的實時和超實時仿真以及外接物理裝置試驗。該技術(shù)研發(fā)始于1998年，得到國家973項目、國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展項目和公司重大科研項目支持，前期科研投入累計上千萬，是我國歷時8年開發(fā)、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的科研成果。
基于電力系統(tǒng)全數(shù)字實時仿真技術(shù)，中國電科院成功研制了電力系統(tǒng)全數(shù)字實時仿真裝置（Advanced Digital Power System Simulator，ADPSS），ADPSS仿真裝置克服了國外產(chǎn)品采用專有硬件、不易升級擴充的缺點，是世界上首套仿真規(guī)模達數(shù)萬母線、可同時進行大電網(wǎng)機電暫態(tài)過程和局部電網(wǎng)快速電磁暫態(tài)過程聯(lián)合仿真的電力系統(tǒng)實時仿真裝置，可用于電網(wǎng)運行和規(guī)劃仿真分析、新型裝備接入電網(wǎng)研究、電力系統(tǒng)事故分析、實際電網(wǎng)背景下控制保護設(shè)備測試等。
電力系統(tǒng)全數(shù)字實時仿真技術(shù)的研發(fā)及推廣應(yīng)用，打破了國外產(chǎn)品在電力系統(tǒng)實時仿真領(lǐng)域的壟斷地位，推動了我國電力系統(tǒng)實時仿真技術(shù)進步，對增強我國交直流混合電力系統(tǒng)的分析能力和大型HVDC系統(tǒng)和FACTS系統(tǒng)的設(shè)計水平，提高電力系統(tǒng)運行可靠性、經(jīng)濟性及防御災(zāi)變的能力具有重要意義。
2、主要功能
1)潮流計算
電力系統(tǒng)仿真是在系統(tǒng)的某一穩(wěn)態(tài)運行方式基礎(chǔ)上進行的，為此必須先做潮流計算，建立電力系統(tǒng)仿真的初始運行方式。
2)機電暫態(tài)仿真
機電暫態(tài)仿真，主要用于分析電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，即用來分析當(dāng)電力系統(tǒng)在某一正常運行狀態(tài)下受到某種干擾后，能否經(jīng)過一定的時間后回到原來的運行狀態(tài)或過渡到一個新的穩(wěn)定運行狀態(tài)的問題。通過機電暫態(tài)仿真可以判別系統(tǒng)的暫態(tài)功角穩(wěn)定性、暫態(tài)電壓穩(wěn)定性和暫態(tài)頻率穩(wěn)定性。
3)電磁暫態(tài)仿真
電磁暫態(tài)仿真，主要用于分析和計算故障或操作后可能出現(xiàn)的暫態(tài)過電壓和過電流，以便根據(jù)所得到的暫態(tài)過電壓和過電流對相關(guān)電力設(shè)備進行合理設(shè)計，確定已有設(shè)備能否安全運行，并研究相應(yīng)的限制和保護措施。
4)機電-電磁暫態(tài)混合仿真
機電-電磁暫態(tài)混合仿真，集中了機電暫態(tài)仿真和電磁暫態(tài)仿真各自的優(yōu)點。采用機電-電磁暫態(tài)混合仿真既可以反映特定系統(tǒng)中詳細的電磁暫態(tài)變化過程，又可仿真較大規(guī)模的電力系統(tǒng)。采用機電-電磁暫態(tài)混合仿真對局部電網(wǎng)進行研究時，無需對相關(guān)網(wǎng)絡(luò)進行等值化簡工作，準確度高。
5)用戶自定義模型
仿真系統(tǒng)具備用戶自定義建模功能，可在電網(wǎng)的任意地點、任意多處接入用戶自定義模型，對用戶自定義的設(shè)備和裝置的數(shù)學(xué)模型進行仿真，既可用于裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計和參數(shù)優(yōu)化，又可代替實際裝置接入系統(tǒng)進行仿真模擬。
6)MATLAB接口
仿真系統(tǒng)具備MATLAB接口模塊，可在電網(wǎng)的任意地點、任意多處接入用戶在Matlab/Simulink環(huán)境所建立的模型進行仿真，這樣可利用Matlab及其仿真工具(Simulink)的資源，極大地擴展電力系統(tǒng)的仿真分析能力。
7)物理裝置接口
仿真系統(tǒng)具備物理接口，可在電網(wǎng)任意地點、任意多處接入實際物理裝置，以檢驗其在系統(tǒng)中的實際效果。物理接口支持自動校準功能，能夠高精度、同步地轉(zhuǎn)換仿真系統(tǒng)的AI、AO、DI、DO等信號，能夠以最小2us的刷新間隔連續(xù)輸出波形，實現(xiàn)故障錄波回放、行波裝置開環(huán)測試等功能。
8)IEC61850數(shù)字化變電站接口
仿真系統(tǒng)具備數(shù)字化變電站接口，可以與遵循IEC61850標準的數(shù)字化變電站二次設(shè)備進行閉環(huán)仿真。
3、系統(tǒng)特點
仿真系統(tǒng)采用通用的軟硬件技術(shù)平臺，因而具有開放性、可擴展性，便于軟硬件隨著技術(shù)的發(fā)展更新?lián)Q代，并獲得高性價比。
硬件：基于高性能服務(wù)器機群（PC-cluster）和可編程門陣列芯片（FPGA），造價低，擴展性好，用戶如果擴展計算和接口單元，只需變更配置文件即可完成。
網(wǎng)絡(luò)：采用管理網(wǎng)絡(luò)和計算網(wǎng)絡(luò)分離的雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，計算網(wǎng)絡(luò)采用高速的Infiniband網(wǎng)絡(luò)。管理網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)的分離提高了網(wǎng)絡(luò)可用性，同時保障了數(shù)據(jù)的傳輸帶寬。
軟件：底層采用實時Linux操作系統(tǒng)，穩(wěn)定可靠、兼容性好。核心仿真軟件基于成熟的商用軟件電力系統(tǒng)分析綜合程序（PSASP），可信度高、數(shù)據(jù)兼容性好。
4、功能特點
- 實現(xiàn)了大規(guī)模電力系統(tǒng)機電暫態(tài)分網(wǎng)并行仿真算法，可實現(xiàn)30000節(jié)點的交直流混合電力系統(tǒng)的機電暫態(tài)實時仿真
- 實現(xiàn)了以機電暫態(tài)為基礎(chǔ)的綜合接口平臺，可在大規(guī)模電力系統(tǒng)機電暫態(tài)分網(wǎng)并行計算基礎(chǔ)上接入復(fù)雜故障、接入電磁暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)、接入Matlab模型、接入實際物理裝置等。
- 實現(xiàn)了電磁暫態(tài)分網(wǎng)并行仿真算法，具備中小規(guī)模電網(wǎng)的電磁暫態(tài)實時仿真能力。
- 備了機電暫態(tài)和電磁暫態(tài)的混合實時仿真功能，混合仿真模式下機電暫態(tài)和電磁暫態(tài)都可分網(wǎng)并行計算。
- 與PSASP7.0數(shù)據(jù)兼容，并可自動轉(zhuǎn)換PSASPR5.*, PSASPR6.*、BPA等格式的數(shù)據(jù)。
