電力系統並行計算與數字仿真

前言

本書系統全面地闡述了電力系統兩種基本過程——機電暫態過程和電磁暫態過程的仿真分析方法，包括用於機電暫態仿真和電磁暫態仿真的電力系統元件數學模型；同時結合作者多年從事相關科研的成果，系統地介紹了電力系統數字仿真的新技術，包括機電暫態並行仿真方法、電磁暫態並行仿真方法、機電電磁暫態混合併行仿真方法、數字仿真裝置與物理裝置聯合仿真方法、電流源換流器型直流輸電系統建模與仿真等。本書適合於從事電力系統分析及數字仿真領域研究的科研和技術人員以及高等院校電力系統專業的教師和研究生閱讀。

電力系統是由發電、輸配電和用電三部分組成的大型人造系統。在電力系統為人類帶來巨大效益的同時，還時刻面臨來自外部和內部故障對安全運行的威脅。若不能及時採取正確的處理措施，就會導致局部或大面積的停電事故，造成巨大的經濟損失和社會影響。到2013年年底我國已建成裝機容量超過12億千瓦、面積覆蓋全國的互聯電力系統。確保電力系統運行安全、避免大範圍停電事故的發生和蔓延，是維護國家能源供應安全的重要任務。通過對大規模電力系統的實時和超實時仿真，掌握運行中電網遭受故障條件下的動態特性，以及對各類安全穩定措施和控制保護設備進行實時驗證考核，是達到避免大停電事故、保障電力系統安全運行的重要舉措。

電力系統實時仿真技術經歷了20世紀50、60年代出現的物理實時仿真（又稱為動態模擬），70、80年代出現的數字物理混合實時仿真（又稱數模混合式仿真），到90年代以來出現的電力系統全數字實時仿真（又稱實時數字仿真）的發展過程。全數字實時仿真將電力系統實時仿真技術推向一個新的發展階段。為滿足我國大規模、交直流混合電力系統仿真的要求，電力系統實時數字仿真技術必須要解決下述兩大技術難題：大規模互聯電網仿真的實時性和大容量電力電子設備與大電網相互影響的仿真精確度。為此，我們於20世紀90年代後期開始，在國家“973”項目課題“以高速PC機網路為硬體支撐的多機電力系統實時仿真系統關鍵技術研究”的支持下，開展了實時仿真關鍵技術研究，後來又在國家高技術產業發展計畫項目以及國家電力公司重點項目持續支持下，開展了實時仿真裝置的研製工作，於2005年完成了項目的研發。

從2005年至今，全數字實時仿真技術又得到新的發展，在基於Infiniband高速網路的實時仿真、高頻開斷的電力電子開關器件的實時仿真、全數字實時仿真與物理模擬仿真設備的功率連線、全數字實時仿真與FACTS控制裝置的閉環仿真試驗、基於IEC61850的數位化變電站閉環試驗等技術的研究方面取得進展。與此同時，依託上述項目所研製的電力系統全數字實時仿真裝置（ADPSS）已推廣套用到全國30餘家單位，各套用單位結合生產實際需求，開展了交直流互聯繫統仿真分析，新能源新設備的建模和仿真分析，基於線上數據的仿真分析，連鎖故障仿真分析，重大事故分析，繼電保護、勵磁控制和安穩控制裝置閉環試驗，HVDC和FACTS控制系統閉環試驗，自動電壓控制、自動發電控制和廣域控制保護系統的閉環試驗等套用研究工作。

隨著計算機軟硬體和網路通信技術的發展，例如，圖形處理器(graphic processing unit，GPU)、現場可程式門陣列(field programmable gate array，FPGA)、眾核處理器、新一代網路、雲計算等，未來實時數字仿真技術將朝著下述方向發展：基於GPU和FPGA的實時仿真；利用高速通信網路的分散式實時仿真和遠程試驗；機電暫態電磁暫態中長期動態一體化實時仿真；基於超實時仿真的線上控制和雲控制等。

電力系統並行計算與數字仿真

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