摘要：近年来，我国针对电力系统机电暂态数字仿真研究方面取得了重大进步，其中又以机电暂态与电磁暂态混合仿真研究为主要突破点，形成了解决交直流大电网仿真计算难题的重要技术方案，指出混合仿真的关键在于机电暂态、电磁暂态的接口设计，通过对比两类仿真的差异性和共性，对接口位置的选择、等值电路的形成和接口交互时序等方面内容进行了总结评述，为机电暂态混合实时仿真的进一步深入研究奠定了坚实的基础。
关键词：机电暂态仿真；数字仿真；混合仿真；电力系统
本质上，电力系统范畴下的仿真系统研究，应属于“仿真系统”独立学科的一个分支范畴，它是根据原是电力系统建立的相应模型，展开对电力系统在特定时间内的运行特性、动态行为的研究行为，结合实验、分析、归纳等手段来探索规律，实现电力系统的不断优化；从这个角度上说，电力系统仿真技术的发展水平，一定程度上可以代表电力系统整体的水平，从而成为现代机电科学与工程应用领域的关注重点。针对数字仿真研究的经济价值分析，主要集中在实时仿真方面。
一、机电暂态仿真计算与模拟数据分析
（一）仿真计算
宏观层面上，电力系统实时仿真技术发展经历了物理仿真、数字仿真、混合仿真三个阶段，每一个过程中，都存在实时仿真和非实时仿真的共存状态，并形成有力的互补。结合梁中国红形态展开电力工程项目设计、施工，能够实现较好的经济效益。这其中，一个必然的工作为机电电力系统暂态数字仿真技术下的仿真计算，研究实时机电暂态计算程序在计算机上实现大规模交直流输电系统的超实时计算，这将使利用PC机进行大电力系统实时仿真具备了可能。
我国研制基于机电暂态仿真的实时仿真系统过程中，对其正确性与实时性进行仿真验证较为关注，并对该仿真系统在实现过程中涉及的接口问题还将进行探讨，并采用电力系统励磁和继电保护的模拟装置对仿真系统的功能进行测试。实践表明，暂态仿真计算量大且要求实时，这对于计算机和软件性能的要求很高；从机电暂态仿真软件角度入手，可分为客户端、服务器端两大部分，客户端提供人机交互界面，使用者可以进行仿真系统的参数设置、故障设置以及仿真结果的图形显示。同时，电力系统的潮流计算也在该部分完成，潮流计算的结果将发送到服务器端，服务器端则负责机电暂态计算和与物理装置的通信工作。
（二）数据分析
机电暂态仿真程序设计中充分考虑了模拟装置的数据交换需求，在服务器端的工作，本质上是利用接口操作实现的，使计算程序与外面的物理装置通过串口的读写进行数据交互，保证系统的实时性。
互联网信息技术的迅猛发展下，推动了微电子技术、大规模集成电路技术在更大范围内的应用，机械产品的单一型价值已经被，采用的则是机与电子器件一体化技术的产物，一般由机械部分、驱动部分、控制及信号处理几个部分组成，其最本质的特征是一种机械，是在机构的主功能、动力功能、信息与控制功能上引进了电子技术，并与软件有机结合而成的一矛惜殊的机械系统。
二、机电电力系统暂态数字仿真应用
客观上，机电暂态过程中的仿真主要是研究电力系统受到较大干扰之后的暂态稳定，以及受到较小干扰后的静态稳定性特征。“暂态稳定”在电力系统中对应的动作，包括发电机励磁消失、符合波动、电路故障等，电力系统的动态行为在这种形态下，所具有的同步稳定运行能力。其中，机电电力系统暂态数字仿真应用方面，“仿真步长”是一个相对重要的参数，要满足实时仿真的要求，就必须小于采样周期，在时间要求上，一个有效的仿真步长应不超过10ms。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在实时仿真中，数字计算程序除了要完成暂态计算任务以外，还要负责与接口电路的通信工作，因此能否在10 ms以内完成一个步长的任务就成为一个关注的焦点。实际系统完成一个步长的总时间应该是计算时间与通信时间的总和，允许计算能够占用的最大时间是多少，取决于通信的时间。
就国内而言，针对机电电力系统实时仿真的应用上，主题上经历了一下几个阶段：（1）20世纪60年代初期，我国电力系统动态模拟实验室利用苏联援建技术成立，这一时期主要应对的是城市基础电力系统的需求。（2）20世纪80年代，我国基于500kV输电系统展开电磁暂态仿真方面的研究，主要技术为美国PTI公司的TNA设备以及相关技术，同时为了配合葛上直流工程项目，从瑞士BBC公司引进了数字-模拟混合高压直流模拟仿真技术及设备，这一阶段中大型电力系统的建设需求日渐明显。（3）进入20世纪90年代以后，三峡工程的输配电力进入了实时仿真研究时期，引进了较为先进的TEQSIM数字-模拟混合仿真系统。（4）21世纪以来，我国电力系统暂态仿真技术不断发展，取得一定的独立性，如RTDS实时数字仿真技术的开发，电科院、国家电力公司、国内高校等开启了独立知识产权道路。
三、电力系统仿真技术的发展趋势
（一）电磁暂态与机电暂态混合仿真
现阶段，电磁暂态与机电暂态混合仿真的发展有两种趋势：（1）电磁暂态程序向机电暂态方向发展。其目的主要是电磁暂态程序同时具备机电暂态过程的数学模型和仿真能力，以克服电磁暂态程序仿真规模小的不足；（2）机电暂态程序向电磁暂态方向发展，主要思路是在机电暂态程序中对电力电子等元件对机电暂态过程有重要影响的快速暂态过程和非线性特性进行电磁暂态模拟，以提高机电暂态程序的仿真精度。
（二）全过程动态仿真
在电力系统远距离输电容量不断增加、输电网络重载问题日益突出的情况下，暂态稳定及电力系统在暂态稳定之后的长过程动态稳定性将逐步成为电力系统安全稳定运行的主要问题，威胁电力系统的安全稳定运行。由此，分析电力系统的长过程动态稳定性问题，避免发生大面积停电事故，以及研究防止事故扩大的有效措施，必将成为电力系统计算分析的一项重要内容。
同时，电力系统的动态过程是一个连续的过程，并不是截然分开的。机电暂态过程对中长期过程有影响，中长期过程对后续新的暂态过程也有作用。因此，在长过程仿真中，必然要对机电暂态过程进行仿真。因此，要求开发实用的电力系统全过程动态仿真软件。
（三）大规模实时仿真系统
电力系统大量先进的控制和测量装置，如FACTS控制装置、直流输电控制装置、继电保护装置、安全稳定监控装置都要由电磁暂态和机电暂态的实时仿真装置进行试验验证，才能投入实际系统使用。因此，发展数字式或数模混合式电力系统实时仿真装置都是必须的。
但同时，现阶段技术、资源等条件下，能够实施的实时仿真装置的仿真规模较小，在大电网仿真试验时，通常遵循“以大化小”的原则，特别是大电网机电暂态和动态特性仿真研究方面，受到了很大的限制。此外，考虑到机电电力系统暂态数字仿真的研究模式，必须正视实验室空间、规模，以及物理设备的局限性，这样意味着仿真研究所获取的有效性是相对的，不可能无限制的扩大、提高。但同时，现代科学技术的快速发展，能够为相关研究工作提供更有理的硬件、软件支持，这也为数字仿真的研究提供了新的思路。
四、结束语
整体上，现阶段对机电电力系统的暂态数字仿真研究主要集中在建模上，聚焦发电机、负荷等连续动态元件。但这种模型设计存在变量导入不足的缺陷，忽视了电力系统的客观连续性、动态性，数据整体上呈现出离散特征，本文认为电力系统机电暂态实时仿真系统，需要进一步突出模拟发电机励磁调节器和模拟继电保护装置接入仿真系统的闭环实时仿真。
参考文献
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论文作者:易桂新
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/14
标签：机电论文; 电力系统论文; 实时论文; 数字论文; 电磁论文; 系统论文; 过程论文; 《建筑学研究前沿》2018年第22期论文;