解決方案
隨著雙碳目標、能源轉型和科技進步的推動，能源電力系統的結構形態和控制運行方式發生了顛覆性變化，2021年3月15日，習近平總書記在中央財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再生能源和高比例電力電子設備的“雙高”的特征，對新型電力系統的建模仿真理論和方法都提出了更高的要求。傳統以機電暫態為主的仿真軟件，無法仿真微秒級的電力電子與電力系統的高頻暫態現象；而以電磁暫態為主的仿真軟件多數是國外軟件，其設計理念和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、適配性、擴展性、迭代速度和用戶體驗等都無法滿足國內新型電力系統的發展需求。基于這些現狀和問題，國內市場急需一款能夠滿足客戶需求、解決上述問題的電力建模仿真軟件。
上海科梁信息科技股份有限公司利用其15年在能源電力領域的專業積累，聯合行業資深專家，歷時5年潛心研發，正式發布完全自主可控的全電磁暫態建模仿真軟件SimuNPS。
■ 圖形化建模
用戶可在圖形化畫板上通過拖拽、復制和粘貼等操作分別建立電氣系統模型和控制系統模型，同時支持在畫板上增加與模型運行無關，僅用于批注的圖形或注釋，模塊可自動連接、并且拖動時顯示對齊輔助線。
■ 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、輸電線路、負載、斷路器、變流器、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。
■ 電磁暫態計算
支持新型電力系統中“源網荷儲充”各種系統的全電磁暫態仿真計算，仿真步長可設置從1μs到200μs，全電磁暫態仿真電網母線數2000+。
■ 潮流計算
支持新型電力系統的潮流計算，可在系統拓撲圖上顯示潮流結果，并可通過表格顯示。
■ 數據監控和分析
支持數據以可視化方式將仿真結果以曲線圖、表格、文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，可進行更復雜的數據分析，如：支持諧波分析、功率計算、電氣量計算、統計量計算和查找最值等功能。
■ 更人性化的建模畫板
電氣系統和控制系統畫板分開設計，集成測量元件，母線與元件的可觀測信號可以直接推送到示波器觀察和存儲，這使得整個電網結構看起來清晰、直觀。畫板支持自動連接、輔助對齊線、雙擊空白自動創建模塊等便捷功能，模塊可縮放、顯示“警告、錯誤、掛起”等不同狀態。電氣畫板可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，建立統一模型和設備的數據管理器，將仿真涉及電氣和控制元件統一分類管理，便于查找和處理；將模型和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
仿真引擎支持多種數值積分方法，包括后向歐拉法、隱式梯形積分法、梯形與歐拉加權數值積分法等，通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，可適應新型電力系統特征，能夠消除數值振蕩問題，保證誤差1%以內的仿真精度。
■ 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動態調參、支持高階傳遞函數模塊。利用復合模型機制，可建立多個模型結構一致、參數不同的控制系統模型。支持C++語言建立自定義內部算法的控制模塊。
■ 靈活的二次開發能力
用戶可以自己編寫C++代碼對控制元件進行自定義編程，實現自動化模型驗證、仿真、賦值等一系列批處理操作。
■ 完全自主可控
根據行業的使用習慣設計，底層實現框架和代碼全自主化，重視用戶體驗，確保只要會用傳統辦公軟件即可快速上手，學習成本低。
支持幾十種常用電力應用示例模型，包括IEEE標準模型、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、綠氫系統以及相關控制器模型等。
（1）IEEE 39節點標準模型
IEEE39節點模型是電力系統仿真和分析中常用的一個標準模型，包括同步發電機組、變壓器、輸電線路和負載等元件，其中IEEE 39-05電機在6s到6.2s接地故障與故障恢復，模型和仿真結果如圖：
下圖中名稱為“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（VSC）的高壓直流輸電（HVDC）系統，其中兩端的換流器可以獨立控制交流側的有功和無功功率，實現雙向潮流調節和無功支撐。其電氣模型和控制模型分別如下所示：
0.5s對送端VSC電流環d軸施加一個階躍，d軸參考值從0跳變為50A，SimuNPS仿真結果，如圖所示：
與主流仿真軟件對比，局部放大和絕對誤差如下圖所示，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、直流輸電線路和逆變站。交流電力首先經過整流站轉換為高壓直流，然后通過逆變站將直流電力輸送到另一端交流。這種結構使用了多個晶閘管組成的換流閥，可以實現高壓大容量電力傳輸，兩端的換流站可以精準控制交流側的有功功率，實現雙向潮流調節。
其電氣模型和控制模型分別如下所示：
下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。
模型和仿真結果如下圖：
可以看到，在0.5秒時，由于發生了接地故障，電壓產生了明顯的變化。在0.7秒時，故障結束，電壓逐漸恢復正常。
