中国电力科学研究院

北京海晟时代科技有限公司

目 录

1.写这篇文章的背景... 2

2.为什么需要建设电网仿真实验室... 2

2.1 电力行业的特殊性... 2

2.2 信息技术发展必然所致... 2

2.3 高校发展内在动力... 3

2.4 电力研究或教学的基石... 3

3.数字电网仿真实验室核心价值... 4

4.关于数字电网仿真实验室装备的建议... 5

5.电力仿真产品简介... 7

1. 写这篇文章的背景

从事电力行业电网仿真的推广工作快六年了，越做这件事，越觉得有必要写这篇文档，每次不管面对同事、代理商、或是高校的老师，我都要给他们解释，为什么高校需要建设仿真实验室。通过这篇文档，我希望能够很好地阐述电力高校建仿真实验室的意义以及实验室给高校带来的价值，尤其是当前还有很多电力高校尚未意识到电网仿真室建设实际上是电力高校办学的基石。

2. 为什么需要建设电网仿真实验室

2.1 电力行业的特殊性

电力系统是人类构建的最庞大、最复杂的系统之一，具有投资巨大、专业性强、安全要求高等特点。电力工作环境本身也是危险性大、操作不可及或不可逆的场景，因此电力教学和实验难以在真实系统中开展，导致学生对实际电力系统理解困难、建立宏观认识需要漫长的时间。

在电力系统实际规划和运行过程中，主要是借助仿真计算技术手段开展电力系统设计、运行特性分析、控制保护优化等工作，电网仿真已经成为研究电力系统的最重要手段。同样的，在电力系统教学或实验中，如果能够应用仿真技术构建一个直观和简便的电力系统虚拟数字环境，进而让学生开展电网认知和学习实验，将能够大大提升教学和实验效果。

2.2 信息技术发展必然所致

电力仿真技术发展经历了三个阶段：动模仿真－数模混合仿真－全数字仿真。随着信息技术的发展，不断推动电力仿真技术进步，现阶段电网数字仿真技术已经非常成熟，无论从仿真模型和算法的完善程度、还是从仿真的实时性和交互性来看，都使得建立虚拟数字化电网成为可能，为开展电力教学和实验提供了可能的手段。

通过虚拟数字化电网开展相应的电网研究、试验和教学，高校学生可以加速理解大电网系统，提高学生的学习效率和求知欲。

2.3 高校发展内在动力

任何一个科研人员和学生，都希望有好的环境和良好的科研设备，这是任何人在求学和科研中追求最基本和最美好的愿景。国家和学校投入大量物力和财力，加大基础建设和实验室装备，都是为学生和老师提供好的科研环境和学习环境。而对于有开展电力专业的高校或职高，建设一个好的电网实时仿真实验室，可以大大改善老师教学和科研条件。基于学校发展的内在动力，电力高校建设电网仿真实验室就是非常自然的一种本能，就好比人吃饭穿衣一样。

2.4 电力研究或教学的基石

为什么讲建设电网仿真实验室是电力研究和教学的基石，其原因就是电网仿真实验室是高校续建其它实验室的基础。

目前很多高校建了很多实验室，例如动模、变电站、微网、配网、继电保护、高压、电厂等等许多实验室。对于单学科的建设，这些实验室是对学科的一种补充和提高；然而从整个电力系统考虑，这些实验室都仅是电网的一部分，都是孤立或者不完整的。研究电网，首先要建立大系统的概念，把需要研究的对象放在大电网的环境中去研究，才能显得真实和有意义的多。

构建数字化的实时仿真实验室，就是把一个真实的大电网搬到了高校，所有的科研都可以基于所构建的真实大电网背景去开展。这是学校建设实验室要做的第一步，有了这一步，再开展其它实验室的续建，都可以使得其它实验室的建设具有更多生命力或者更高的定位。

我在与学校的沟通过程中，听过很多学校要构建智能电网研究中心、或者构建核电研究中心或者其它好的想法，但发现很多方案都没有把虚拟电网的建设考虑进去，相当于实验室建设成为无源之水，后续的科研也就成了空中楼阁。

3. 数字电网仿真实验室核心价值

数字化电网仿真实验室核心价值是什么？它是如何成为其它电力科研的基石？原因有以下几个方面：

1、 数字化电网的模型都是组态化模型，可以像搭建积木一样构建任何电网、覆盖不同电压等级，这是动模实验达不到的，动模实验永远会受限于设备规模和场地的限制。很多人说动模实验结果精确，然而开展动模实验往往需要对电网进行等值，从这个角度讲动模实验的精确也是值得商榷的；而且，随着电网数字仿真技术的发展，当前数字仿真的精度已经足够于指导电网生产运行，与真实电网具有较好的一致性。

2、 构建的数字化电网包含了很多成熟的仿真算法，能够为研究电力系统提供各种复杂场景和计算工具。大学很多老师还自己去开发算法、开展科研，这样既浪费自己宝贵的科研时间，而且算出的结果没有经过实践检验，其权威和精准性都大打折扣。

3、 数字化电网实验室提供各种常见接口，如物理接口、IEC61850通讯接口等，使得各种二次设备、智能变电站接入到数字化电网开展研究成为可能。此外，实验室还可以具备EMS数据接口，为在线调度数据接入数字化电网提供可能。

4、 数字化电网具备功率闭环试验功能，能够将新能源发电系统、微网和智能配电网等物理仿真模型接入到数字化电网，进而开展数模混合仿真研究。

5、 数字化电网本身提供虚拟电网原型，可在此基础上开展各种规划、调度、培训等应用。

综上所述，数字化电网的核心价值，就是把一个真实的电网呈现在学习和研究者面前，使得我们在一个设想的电网上做我们想着的事情，而没有任何风险。

4. 关于数字电网仿真实验室装备的建议

关于构建数字化电网仿真实验室，其核心装备是实时仿真技术，目前全球只有三家公司具备这种能力：中国一家，加拿大两家。分别是中国的中国电科院，加拿大的RTDS和OPAL-RT公司。

很多人会认为国外的东西好，但在电网仿真领域，我不这么认为。中国电力已经建成全世界最复杂、电压等级最高的电网，电力系统能够遇到的问题在中国都遇到了，而且中国电力早在40多年前就开始了电力数字仿真技术研究。如果说中国信息化在很多领域受到国外软件的殖民的话，唯独电力保持了很高的独立性，目前国内电网规划和运行采用的核心软件均是出自中国人自主研发。在机电仿真领域，中国电科院产品占据了将近100％的市场；在电磁暂态仿真领域，中国电科院产品占据了75％以上的市场，是国内主流产品，中国实时仿真软件相对于国外的产品有如下的优势：

1、 电网仿真规模大，组网建模都很灵活。

2、 具有机电-电磁混合仿真，解决了电网等值问题。既可以兼顾电网仿真规模，又可以提高电网仿真精准性。

3、 提供灵活的接口，包括物理接口箱、IEC61850接口、Matlab模型接口等。

4、 提供功率连接接口，可整合实验室具有的物理仿真模型，实现数字-物理混合的电网仿真。

5、 具有本土优势，在售后服务、产品价格、灵活扩展性、产品易用性等诸多方面都优于国外产品。

因此，在高校准备仿真实验室装备方面，我提几个建议：

1、 首先需要装备全数字仿真电网平台，构建一个全数字的仿真电网实验室。

2、 从科研和教学角度，还可以根据不同研究需要配备仿真工具，包括但不限于：小步长仿真、电磁暂态仿真、机电－电磁混合仿真、机电暂态仿真、中长期过程仿真。上述分类是从仿真时间尺度和仿真功能来区分，仿真时间尺度不一样，采用的建模方法和针对的研究对象各有不同。配备上述仿真工具，相当于练武的十八般兵器。

3、 如果学校注重学生实验，还可以继续装备实验教学平台。

4、 如果学校想打造国家级虚拟仿真中心，可以继续装备电力沙盘推演系统，彻底颠覆学校教学和科研的电力研究平台。

5. 电力仿真产品简介

中国电科院建院已经有60多年的历史，电网仿真建模技术积累也有40多年的类似，见证和参与了中国电力的发展每一步。下面是中国电科院为电力仿真提供的系列产品综述：供各研究单位采购参考。

表一：仿真产品按照仿真时间尺度分类

注：一般学校都装备了电力系统综合分析程序，但对于纯电磁研究和仿真实验室就装备的偏少，而且从研究的角度，也很少装备中长期过程仿真，因此，上述表说明了后续电力高校装备的顺序以及装备的方向。

表2：仿真产品简介

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