概述
电力系统仿真技术是以相似原理、信息技术、系统理论及其电力系统相关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用电力系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门新兴综合性技术。
作用：
在对电力系统进行仿真时，若有实物系统介入仿真系统，必须要求仿真系统时间比例尺完全等于实际系统的时间比例尺，这种仿真称为电力系统实时仿真。它不仅要求快速性，而且还提出了实时性的问题，因为计算机接收实时动态输入、输出为具有固定采样区间的数列。因此，电力系统实时仿真必须按照实际系统运行的时序要求来完成仿真过程的每一步骤。
技术原理
（1）数模混合式实时仿真系统：
在电力电子装置的控制和保护系统测试中，对于晶闸管和GTO 换流装置，考虑高频的暂态特性时，由于实时数字仿真系统无法采用太小的步长(如几个μs)，此时应用原型模拟仿真器更为合适。数模混合式实时仿真系统，一般地说，除电动机、动态负荷等旋转元件用数字元件模拟外，其余元件基本上与动模采用的元件一致，但也不尽然。如在发电动机励磁和调速系统的测试中，有时希望用实际的动模机组来进行实验，系统其他部分则采用数字仿真进行模拟。
在混合仿真系统中，模拟部分包括动模发电动机组，或者是HVDC 换流器或FACTS 装置(包括快速的晶闸管和GTO 器件、换流变压器、直流电抗器等)的原型模拟仿真器。数字部分包括其他发电动机、其他HVDC 换流器和FACTS 装置及其控制保护系统以及复杂的交流系统部分(详细的发电动机模型、传输线模型、变压器模型、互感器模型和负荷模型等)。实时数字仿真系统和模拟仿真器(包括发电动机组和原型电力电子装置)分别作为两个子系统，通过数模混合实时接口将两个子系统结合起来做实时仿真，从而扩展了实时仿真研究的范围。为两个仿真子系统形成统一协调的边界条件，并通过以 A/D 和 D/A 转换为核心的接口技术完成物理量与数字量的转换，那么完全可以利用物理方法和数值方法联合模拟一个真实系统。
（2）数字实时仿真系统：
实时数字仿真系统的出现是并行计算技术数字信号处理技术和现代控制技术发展的产物。在目前各种实时数字仿真系统中，大都采用并行处理的硬件结构和高速数字信号处理器DSP 芯片，利用数学上可分割子系统的概念在各个运算芯片组间分担计算任务。由于有实物参与，因此要求仿真系统是实时的，实时仿真软件必须在一个实际步长内完成所有状态变量和非状态变量的求解计算，还要完成和实物相联系的数据转换、通信、数据存取、信号功率放大等过程。其优点是：数字建模经济、快捷、参数调整方便，随着所研究的电力系统规模的增大，只需增加各并行处理模块即可保持原有步长，这无疑大大增加了其使用的灵活性。缺点是：在全数字电力系统实时仿真系统中，由于各并行处理器间的通信、数据交换及模型算法等各方面因素的影响，数值不稳定问题成了限制仿真规模的重要问题。而且，在某些场合下(如要针对电力电子电路高精度触发的要求)现水平的数字仿真器无法满足要求，可行的解决方案还是构成数模混合仿真系统。
（3）物理模拟仿真系统：
物理模拟仿真系统包括暂态网络分析仪(TNA)、动态模拟试验装置以及HVDC和FACTS模拟仿真器等。TNA主要用于电磁暂态过程的研究,动模主要用于机电暂态过程以及后续动态过程的研究。他们主要用于传统控制和保护装置的实时仿真测试。HVDC和FACTS 模拟仿真器则是利用原型HVDC换流器以及FACTS 的物理模拟装置进行HVDC和FACTS 控制和保护系统的实时测试。HVDC和FACTS模拟仿真器建立了许多相关的物理模型。其中晶闸管和可关断晶闸管(GTO)模型是最重要的模型之一。以晶闸管为例,如图1所示,由于晶闸管的压降,造成了与按相似理论建立的小容量模拟系统不成比例的高损耗,须采用补偿措施方能达到可接受的损耗水平。尽管这些补偿措施增加了仿真器在建立、调节和校验方面的难度,但在考虑晶闸管和GTO的高频暂态特性时,应用模拟仿真器是合适的。
（4）集成混合实时仿真系统：
目前利用基于并行机的数字仿真系统进行大系统实时仿真仍存在成本高、实现难的问题,而且还需对原始系统进行简化等值,导致原始系统部分信息丧失。为经济可行地扩大仿真系统规模,充分利用原始系统的信息,提出了如图6所示的先进的集成混合实时仿真系统。
该系统部分用基于微机的机电暂态程序仿真,以研究系统的动态行为和稳定性。FACTS 装置和HVDC换流器用基于数字实时仿真系统的电磁暂态程序精确模拟,以考察装置快速的动态响应行为。2个程序通过实时数字混合接口连接。由于仿真的实时性,数字仿真系统可与实际控制与保护系统相连以便进行实时测试,构成测试内环。通过数模混合实时接口还可外接HVDC和FACTS模拟仿真器。模拟仿真器再与待测的控制与保护系统相连,与测试内环一起构成测试外环。
系统的特点有: ①无需简化等值,充分利用了系统信息; ②既可考察系统动态行为及稳定性,又可模拟装置的快速响应行为; ③数字仿真系统主要模拟装置,可减少计算负担; ④与模拟仿真器相连构成测试外环,以便进一步扩展测试范围。
国内发展和应用现状
我国电力系统实时仿真的发展历程基本跟踪了国际上电力系统实时仿真发展不同阶段的最新技术，基本情况如下：
从20 世纪50、60 年代开始有电力系统动态模拟实验室到80年代初，电科院和武汉高压研究所从美国PTI公司分别引进了TNA(Transient Network Analyzer)设备这段时期我国电力系统实时仿真基本是全物理仿真。80 年代中期，从原瑞士BBC 公司(现ABB)引进了早期的数模混合式高压直流模拟仿真设备；1996年，为了对三峡工程的输配电工程进行实时仿真研究，电科院从加拿大TEQSIM公司引进了先进的数模混合式仿真系统；90 年代中期，一些科研单位和高校开始引进RTDS装置。
目前，大部分高校企业及科研机构主要依靠动模试验和基于并行数字处理器(DSP)的实时仿真器(RTDS)对装置进行继电保护装置闭环测试以及AV 、RPSS 、HVDC 、SVC 、STATCOMT 、CSC 、UPFC 等FACTS 控制装置的闭环测试，RTDS与其他离线仿真技术相结合还可进行大规模电力系统动态行为模拟和分析，这二者都有局限性，前面已有分析。随着微处理器技术的迅速发展，微机的计算能力不断提高，价格也不断下降，为基于微机的电力系统实时数字仿真(DDRTS)的开发提供了广阔的发展空间。基于微机的电力系统实时数字仿真系统成本低，升级容易，且有良好的扩展性和兼容性。国内一些高校和科研机构正致力于这方面的研究，并取得了很大成果。
国外发展和应用现状
① RTDS实时仿真系统是由加拿大Manitoba高压直流研究中心研制的实施全数字暂态模拟装置，专门用于研究电力系统的数字动态系统，该系统中的电力系统元件模型和仿真算法是建立在已广泛应用的BMTDC的基础上，其用途主要包括：开展大规模电力系统仿真、HVDC模拟、交流暂态网络分析仪（TNA）功能。此外，可用于测试各种保护装置和安全自动装置。
② ARENE系统是法国电力公司（EDF）研究开发的全数字实时仿真系统。ARENE可以实现电力系统潮流调度、事故预测、故障处理、事故后分析等功能。在ARENE的实时版中，仿真程序通过接受和发送模拟、数字、逻辑信号，可以与实际电气设备连接运行。
供应商信息
美国PTI公司：TNA(Transient Network Analyzer)设备
ABB公司：数模混合式高压直流模拟仿真设备
加拿大TEQSIM公司
中国电力科学研究院：ADPSS实时仿真系统
武汉高压研究所
西门子公司
深圳殷图科技有限公司：DDRTS数字动态实时仿真系统
法国电力公司：ARENE系统
经典案例
西门子公司为中国天—广高压直流输电项目建立了基于RTDS的数模混合仿真系统,用于直流输电控制与保护系统的实时测试。系统包括两个双极型12脉冲换流站,额定容量为1800 MW,直流线路全长为960 km,额定电压为±500 kV。测试系统总体结构由混合实时仿真系统和天—广HVDC控制与保护系统构成,如图5所示。其中作为被测试对象的HVDC控制与保护系统包括极控制单元、站控制单元和直流系统保护单元的硬件样机和控制软件。混合仿真系统中,等值后的交流系统、交流滤波器、直流滤波器、详细的直流输电线模型(包括接地极线路模型)以及相关电路的开关均由RTDS模拟。晶闸管阀组和换流变压器以及相关设备由模拟仿真器模拟。RTDS和模拟仿真器通过交流和直流数模混合实时接口相连。
利用数模混合仿真系统可实现与系统的稳态及动态特性相关的控制、保护系统的测试、校验和整定。
其中动态性能测试的目的是为了检验在各种交、直流系统故障条件下极控制单元和直流保护装置的暂态响应,评估极控制单元和直流保护装置的动态特性、结构和参数。测试内容主要包括甩负荷操作、220 kV及500 kV交流线路故障、直流线路故障、单极闭锁故障、换流器故障(包括各种阀短路故障) 、无功补偿设备的投切、变压器磁化及发电机组的启停等。
参考文献
[1] 罗建民，何正文. 电力系统实时仿真技术的研究[J].电气时代，2006，（9）：76-78.
[2] 王占领，郑三立. 电力系统实时仿真技术分析[J].电力设备，2006，7（2）：46-49.
[3] 郝晓平. 电力系统实时数字仿真技术及应用进展[J].湖北电力，2009，33（4）：7-9.