解決方案
随着雙碳目标、能源轉型和(hé)科技進步的推動(dòng)，能源電力系統的結構形态和(hé)控制運行方式發生了颠覆性變化，2021年3月(yuè)15日，習近平總書記在中(zhōng)央财經委員會第九次會議上提出構建新型電力系統。新型電力系統具有高比例可(kě)再生能源和(hé)高比例電力電子(zǐ)設備的“雙高”的特征，對新型電力系統的建模仿真理論和(hé)方法都提出了更高的要求。傳統以機電暫态為主的仿真軟件，無法仿真微秒級的電力電子(zǐ)與電力系統的高頻暫态現象；而以電磁暫态為主的仿真軟件多數是國外軟件，其設計理念和(hé)研究對象是以國外傳統電力系統特征為主，加之核心算法封閉，其靈活性、适配性、擴展性、叠代速度和(hé)用戶體驗等都無法滿足國内新型電力系統的發展需求。基于這些現狀和(hé)問(wèn)題，國内市場急需一款能夠滿足客戶需求、解決上述問(wèn)題的電力建模仿真軟件。
上海壹同科技發展股份有限公司利用其15年在能源電力領域的專業(yè)積累，聯合行業(yè)資(zī)深專家，曆時5年潛心研發，正式發布完全自主可(kě)控的全電磁暫态建模仿真軟件SimuNPS V1.0。
■ 圖形化建模
用戶可(kě)在圖形化畫闆上通(tōng)過拖拽、複制和(hé)粘貼等操作分别建立電氣系統模型和(hé)控制系統模型，同時支持在畫闆上增加與模型運行無關(guān)，僅用于批注的圖形或注釋，模塊可(kě)自動(dòng)連接、并且拖動(dòng)時顯示對齊輔助線。
■ 電氣系統元件庫
豐富的電氣系統元件庫40+，覆蓋新型電力系統主要元件，包括同步發電機、變壓器(qì)、輸電線路(lù)、負載、斷路(lù)器(qì)、變流器(qì)、光伏、風機、電池儲能等。
■ 控制系統元件庫
控制與數學運算元件100+，包括：基本控制單元、數據源、數學運算、邏輯運算、積分模塊、特殊模塊、數據輸出與存儲、自定義代碼、自定義構造型等，并支持高階傳遞函數。
■ 電磁暫态計算
支持新型電力系統中(zhōng)“源網荷儲充”各種系統的全電磁暫态仿真計算，仿真步長可(kě)設置從1μs到200μs，全電磁暫态仿真電網母線數2000+。
■ 潮流計算
支持新型電力系統的潮流計算，可(kě)在系統拓撲圖上顯示潮流結果，并可(kě)通(tōng)過表格顯示。
■ 數據監控和(hé)分析
支持數據以可(kě)視化方式将仿真結果以曲線圖、表格、文(wén)本報告等形式進行輸出展示，提供友好的用戶交互界面。結合QuiKIS，可(kě)進行更複雜的數據分析，如(rú)：支持諧波分析、功率計算、電氣量計算、統計量計算和(hé)查找最值等功能。
■ 更人性化的建模畫闆
電氣系統和(hé)控制系統畫闆分開設計，集成測量元件，母線與元件的可(kě)觀測信号可(kě)以直接推送到示波器(qì)觀察和(hé)存儲，這使得整個(gè)電網結構看起來清晰、直觀。畫闆支持自動(dòng)連接、輔助對齊線、雙擊空白自動(dòng)創建模塊等便捷功能，模塊可(kě)縮放、顯示“警告、錯誤、挂起”等不同狀态。電氣畫闆可(kě)以根據不同的電壓等級突出顯示不同的母線。有了這些便捷友好的功能，提高了建模效率，提升了用戶體驗。
■ 強大的模型數據管理功能
采用面向對象設計理念，建立統一模型和(hé)設備的數據管理器(qì)，将仿真涉及電氣和(hé)控制元件統一分類管理，便于查找和(hé)處理；将模型和(hé)參數設置進行分層處理，設立設備類型層用于存儲參數，網絡模型層用于存儲模型，便于數據移植，提高管理效率。
■ 先進的數值求解器(qì)
仿真引擎支持多種數值積分方法，包括後向歐拉法、隐式梯形積分法、梯形與歐拉加權數值積分法等，通(tōng)過對部分特殊元件進行積分方法配置，部分設備模型采用新的建模理論搭建，可(kě)适應新型電力系統特征，能夠消除數值振蕩問(wèn)題，保證誤差1%以内的仿真精度。
■ 豐富的控制系統模型
提供常見的電力控制系統模型。支持Python腳本進行參數初始化、支持單步運行調試和(hé)動(dòng)态調參、支持高階傳遞函數模塊。利用複合模型機制，可(kě)建立多個(gè)模型結構一緻、參數不同的控制系統模型。支持C++語言建立自定義内部算法的控制模塊。
■ 靈活的二次開發能力
用戶可(kě)以自己編寫C++代碼對控制元件進行自定義編程，實現自動(dòng)化模型驗證、仿真、賦值等一系列批處理操作。
■ 完全自主可(kě)控
根據行業(yè)的使用習慣設計，底層實現框架和(hé)代碼全自主化，重視用戶體驗，确保隻要會用傳統辦公軟件即可(kě)快速上手，學習成本低。
支持幾十種常用電力應用示例模型，包括IEEE标準模型、常規直流、柔性直流、光伏發電、直驅風機發電、雙饋風機發電、儲能并網、綠氫系統以及相關(guān)控制器(qì)模型等。
（1）IEEE 39節點标準模型
IEEE39節點模型是電力系統仿真和(hé)分析中(zhōng)常用的一個(gè)标準模型，包括同步發電機組、變壓器(qì)、輸電線路(lù)和(hé)負載等元件，其中(zhōng)IEEE 39-05電機在6s到6.2s接地故障與故障恢複，模型和(hé)仿真結果如(rú)圖：
下(xià)圖中(zhōng)名稱為“Generator 05”的同步電機的轉速在故障發生時有了明顯的變化。
（2）雙端VSC示例工程模型
雙端VSC模型是指基于電壓源換流器(qì)（VSC）的高壓直流輸電（HVDC）系統，其中(zhōng)兩端的換流器(qì)可(kě)以獨立控制交流側的有功和(hé)無功功率，實現雙向潮流調節和(hé)無功支撐。其電氣模型和(hé)控制模型分别如(rú)下(xià)所示：
0.5s對送端VSC電流環d軸施加一個(gè)階躍，d軸參考值從0跳變為50A，SimuNPS仿真結果，如(rú)圖所示：
與主流仿真軟件對比，局部放大和(hé)絕對誤差如(rú)下(xià)圖所示，兩者平均誤差為0.066%，滿足仿真精度要求。
（3）LCC-HVDC示例工程模型
LCC-HVDC系統主要由三部分組成：整流站(zhàn)、直流輸電線路(lù)和(hé)逆變站(zhàn)。交流電力首先經過整流站(zhàn)轉換為高壓直流，然後通(tōng)過逆變站(zhàn)将直流電力輸送到另一端交流。這種結構使用了多個(gè)晶閘管組成的換流閥，可(kě)以實現高壓大容量電力傳輸，兩端的換流站(zhàn)可(kě)以精準控制交流側的有功功率，實現雙向潮流調節。
其電氣模型和(hé)控制模型分别如(rú)下(xià)所示：
下(xià)圖為直流接地故障發生于0.5秒，故障持續為0.01秒，交流故障發生于0.5秒，故障持續為0.05秒的仿真結果：
（4）直驅風機示例工程模型
永磁直驅風電機組無齒輪箱，具有發電效率高、可(kě)靠性高、運行及維護成本低、出色的電網接入性能等特點，是目前主流風電機組之一。此案例的Bus5在0.5s施加接地故障，0.7s時故障消失。
模型和(hé)仿真結果如(rú)下(xià)圖：
可(kě)以看到，在0.5秒時，由于發生了接地故障，電壓産生了明顯的變化。在0.7秒時，故障結束，電壓逐漸恢複正常。
