系統數字仿真及其在電力系統中的應用剖析

摘 要：電力系統直接關系著社會生產生活水平，為滿足實際要求，逐漸有更多新型技術被應用其中，以求可以不斷提高系統建設水平，保證系統運行的穩定性與可靠性。將數字仿真技術應用于電力系統中，主要是將數學模型作為核心，利用數字計算機進行試驗，通過研究仿真與培訓仿真，一方面來完善系統建設，另一方面來提高系統運營管理效果。文章對系統數字仿真技術進行了簡要分析，并提出了其在電力系統中應用措施。

關鍵詞：數字仿真技術；電力系統；調試

系統數字仿真為一門新型技術，主要應用了計算機學科、控制理學科以及計算數學學科等，現在已經成為電力系統試驗研究、規劃設計以及調度運行的重要工具，對完善電力系統建設，以及提高其運行效果具有重要意義。為提高其在電力系統中應用效果，需要分析并掌握其所具有的特點，結合電力系統建設要求，從多個角度出發，選擇合適的措施進行優化。

1 系統數字仿真分析

（1）系統數字仿真主要以數字模型為基礎，利用數字計算機進行試驗。為保證系統運行具有足夠的質量與功能，需要在設計、分析與研究階段，對系統所具有的靜態與動態特性進行分析。但是在實際情況下，往往會受到經濟性與安全性等因素限制，造成試驗與研究工作無法正常進行。針對此就需要結合系統原型所具有的特征，建立系統模型，并利用其來完成各項試驗。尤其是現在系統規模與復雜程度均在不斷提高，僅僅依靠傳統的物理模型動態模擬已經不能完全滿足全部需求，這樣便可以利用計算機與數字計算技術，建立數字模型，以全新的模型為對象進行試驗，整個過程即系統數字仿真[1]。

（2）步驟：第一，建立數字模型。利用物理原型與數字模型間數學相似原則，建立描述系統特性的數學表達式。第二，數字仿真模型。利用計算機與數字計算技術，建立數字仿真模型，主要用于處理數學模型與計算機間關系。即利用數學模型算法，對計算程序和數字仿真過程進行設計與編制，并保證其具有模塊化、文件化、結構化特點，便于進行實際運行時的完成閱讀、修改與調試等操作[2]。第三，仿真試驗。在數字計算機上模擬實際系統，來按成多種試驗、操作與研究項目，且完成對結果的分析與評價。

2 系統數字仿真主要應用方向

2.1 系統設計

對于一個未建的系統，提前對其建設要求進行分析，以滿足系統功能為基準，利用系統數字仿真模擬的系統，對待建設系統性能進行試驗，然后根據結果來對系統進行完善，使得系統設計更為完善[3]。將數字仿真技術應用到系統設計中，可以將復雜系統簡單化，提高設計結果的有效性，并可以減少系統設計所需要的投資。

2.2 試驗應用

將其應用到系統試驗方面，即利用數字計算機以及仿真系統，對新設計完成的系統進行整定參數、性能等方面的試驗，將其作為系統優化的依據。如電力系統繼電保護裝置計算機輔助仿真系統，在試驗時利用計算機將仿真系統與功率放大器以及保護裝置實物連接起來，然后仿真系統運行所需電壓、電流、相角等參數，來獲得保護裝置綜合條件下運行狀態，實現對保護裝置性能的分析，并按照實際要求對裝置進行適當的調整，確保可以完全滿足日常運行需求。

2.3 動態特性

主要是應用到系統動態特性分析方面，對已經建設完成的系統進行精確的數字仿真，來獲得系統不同運行狀態下的動態現象，將其作為系統動態特性分析的依據。將其應用到電力系統中，主要可以在現系統發生、發展與后果等，便于提前制定優化方案，控制故障影響范圍，提高系統運行穩定性與可靠性。

2.4 人員培訓

利用系統仿真技術，與人員培訓功能進行結合，來實現對系統工作人員的技術培訓，確保其可以熟練掌握設備運行特點，了解系統運行要求，能夠在系統運行過程中及時發現存在的問題，并采取措施解決問題，促進系統的有效運行。利用系統數字仿真來進行人員培訓，可以幫助人員實現理論與實踐的有效融合，利用仿真機進行各種操作，和真實崗位操作一樣，從根本上來提高實際運行操作水平。

3 系統數字仿真在電力系統中應用分析

3.1 研究仿真應用

3.1.1 大規模電網運行仿真。主要是針對大規模交直流互聯網電網安全穩定進行仿真研究，結合電網系統具有的運行風險強，故障類型多等特點，需要在利用工作經驗的基礎上，還需要采取措施對各種風險進行綜合分析，以免造成風險遺漏。例如現在河南電力試驗研究院利用ADPSS平臺二次開發，建立大電網安全穩定自動診斷系統，對電網運行狀態進行綜合性風險評估，以及互聯電網連鎖故障特性分析和預防等，同時還能夠深入分析大電網運行機理，結合綜合分析結果，來采取一系列措施進行電網運行優化管理，可以有效提高系統運行安全性與穩定性。

3.1.2 電網事故分析與重現。電力系統內設置的電氣設備不斷增多，且相互之間存在密切的聯系，如果其中任何一個出現故障，很容易會對其他設備產生影響，而降低系統運行穩定性與安全性。針對此就可以利用系統數字仿真對電網事故進行分析與重現，根據系統當時運行狀態，對運行方式、負荷情況進行分析，對仿真數據進行調整，深入研究故障機理與發生原因，實現故障在現與分析，便于處理以及預防故障的再次發生。例如江蘇電力科學研究院利用ADPSS機電——電磁暫態混合仿真功能，對電網低頻振蕩以及線路倒塔事故等進行仿真試驗研究，邊對仿真試驗結果與實際故障錄波數據、波形進行對比，實現故障在現[4]。

3.1.3 智能變電站仿真試驗。變電站作為電力系統重要組成部分，一直都是電力系統分析管理重點。為滿足實際建設需求，智能變電站數量在不斷增多，而其在調試與運行過程中經常會出現問題，需要選擇有效的檢測方式對其進行試驗驗證與診斷分析。將系統數字仿真應用其中，建立一次系統模型，利用IEC61850協議輸出或者專用轉接裝置，對智能化繼電保護與安全自動裝置進行前期系統仿真、測試研究，輸入各項運行參數，實現電磁暫態實時仿真計算，來獲得變電站運行的各種狀態。并且可以根據需要來主動設置故障點位置、持續時間以及類型等參數，完成變電站全站運行狀態的測試，為后續管理工作提供依據。

3.2 培訓仿真應用

應用于變電站仿真培訓系統，將變電站原型系統作為對象，建立一個完整的仿真培訓系統模型，而在這個系統內，人員培訓則相當于一種試驗。整個系統模型的建立，仿真技術僅為一種實現的手段，人員培訓才是最終目的。利用系統數字仿真技術，結合網絡、計算機、多媒體、圖形圖像、軟件工程、專家系統等多項學科，建立完整的數學模型，對變電站真實設備運行狀態進行精確模擬，為各項培訓活動的實施提供專業平臺與環境。通過系統模型，接受培訓的人員所接收的信息，以及各項運行操作行為，均和實際崗位操作一樣，確保培訓后人員可以直接上崗工作，提高實際操作效果。

4 結束語

系統數字仿真是一種新型的學科，將其應用到電力系統中，對提高系統運行穩定性與可靠性具有重要意義。需要掌握技術特點，從多個角度進行分析，并結合實際需求，來確定技術應用方向，有目標的做好每個細節控制，實現數字仿真與網絡、計算機等學科的結合，從根本上來提高其實際應用效果。

參考文獻

[1]田芳，李亞樓，周孝信，等.電力系統全數字實時仿真裝置[J].電網技術，2008，22：17-22.

[2]謝紅燦，王艷.系統數字仿真及其在電力系統中的應用[J].湖南工業職業技術學院學報，2010，2：1-3.

[3]莫染.電力系統數字物理綜合仿真接口方法[D].華中科技大學，2013.

[4]葉廷路，王曉蔚，高駿，等.電力系統全數字仿真裝置在河北電網的應用調試[J].電力系統保護與控制，2009，13：104-108+128.