文| 伊力

编辑| 伊力

●—≺ 配电网数字物理混合仿真技术 ≻—●

传统的配电网模型主要采用二维模型，模拟的是电网的静态状态，无法反映电网的动态变化和实时运行状况，因此难以准确预测电网的稳定性和安全性。

随着配电网的规模不断扩大，传统的二维模型已经难以满足实际需求，需要采用更加先进的数字物理混合仿真技术，以实现配电网的动态模拟和运行状况监控。

数字物理混合仿真技术是将传统的数字仿真技术和物理仿真技术有机结合起来，充分利用二者的优势，以更加精准、真实的方式模拟系统运行过程。

它是将配电网建模为三维空间中的复杂网络结构，通过仿真系统动态监测配电网的运行状况，预测电网的稳定性和安全性，用来提高电网运行效率和能源利用效率。

配电网数字物理混合仿真技术在实际应用中，有5大特点：高度还原真实环境、动态监测系统运行状况、多源数据集成、智能化分析预测和实时动态仿真。

数字物理混合仿真技术能够实现高度还原真实环境，模拟电网系统的运行过程，实时监测配电网的运行状况，对配电网的实时动态仿真。

但在电网实际运行过程中，会有很多个不同类型的数据同步集成，包括电力负荷数据、电网结构数据、供电设备数据、环境因素数据等等。

这时就能够发挥数字物理混合仿真技术的作用了，它会将这些数据全部都集成后分析，能够实现全面真实的仿真结果。

不但是这些，它还能够和人工智能结合，利用数据分析、机器学习等手段进行预测和决策，提高配电网的智能化水平，以实现高效率的电网工作。

这些能够对配电网运行状况持续监测和分析，及时发现问题，提高配电网的能源利用效率和安全稳定性。

●—≺ 仿真接口算法和误差 ≻—●

配电网数字物理混合仿真接口的算法是配电网数字物理混合仿真技术的核心部分，其主要目的是实现数字化配电网模型和物理仿真模型的无缝对接。

常见的配电网数字物理混合仿真接口有多物理场耦合算法、有限元算法、离散事件仿真算法、深度学习算法。

配电网在不同的情况下需要运用不同的算法，多物理场耦合算法是将将电力系统、热力系统和机械系统进行耦合，以实现数字化配电网模型的真实性和准确性。

有限元算法的基本思想是，将连续介质分割成有限数量的小单元，对每个小单元进行离散化，通过求解有限元方程组来得到系统的解。

采用这种算法对电力系统进行仿真的话，能够算出电力系统的电磁场分布、电压、电流等参数。

离散事件仿真算法是将系统抽象成离散的事件流，模拟系统事件发生的时间和状态变化，通过模拟系统运行过程中的事件流来得到系统的性能指标。

这种算法能清楚得到电力系统的运转状况和性能指标，在一定的时间里，电力网发生不同状态变化时，这种算法是最合适的。

最后一种是深度学习算法，这种算法是一种基于神经网络的机器学习算法，其基本思想是通过模拟神经元的工作原理，构建多层神经网络，从而对大规模数据进行学习和预测。

运用深度学习算法能够对电力系统进行预测和优化，在未来一定时间内能保证电力系统更好运转，从而提高它的智能化水平。

配电网混合仿真系统在真正实验过程中，会出现不同方面和不同程度的误差，这些误差来自于数据采集、算法本身和模型等方面。

所有的仿真算法，在现实电力系统中，从数据上都会存在一定的误差，比如说数据采集、传输、处理等环节的误差，这种误差是不可避免的。

从数据采集来说，若是传感器的精度、稳定性、灵敏度出现问题，或者测量设备的不同，采集到的数据就不会是完全完美无缺的。

当采集数据出现一定误差后，后续的数据需要经过一系列的数据处理操作，如数据清洗、去噪、滤波等，也可能会引入一定的误差。

除了数据上会出现误差之外，配电网混合仿真系统本身的算法也是有不完善和局限性的，因此算法方面也会有些必要的误差。这些误差包括。数值算法误差、计算误差、参数误差。

数值算法是首先仿真的关键技术之一，可数值算法的精度和稳定性受到多种因素的影响，如步长大小、计算精度、数值格式等，都能导致最终结果出现误差。

而在在进行仿真计算的过程中，由于计算机本身的限制和误差，例如舍入误差、截断误差、舍入方式等因素，仿真计算的精度和准确性也会受到影响。

参数是需要通过多次的实验数据估计得到的，多次实验的过程中，实验质量和数量也会受到影响，得到的参数不可能完全是一样的，因此这种误差也不可避免。

在实验过程中，模型的准确性也能够直接影响到仿真结果的准确性。电力系统中的各种设备和元件的参数，在测量、设备老化和损耗中，都会出现各种各样的情况。

为了简化模型和减少计算量，常常会做出一些假设，例如假设电力系统中各元件的状态是静态的、瞬态过程可以忽略等等，这些假设可能并不符合实际情况，从而导致模型误差的产生。

还有模型拓扑误差，因为电力系统中的各个元件之间存在着复杂的拓扑关系，像是线路的连接不正确、变压器相接不当，也会导致模型误差的产生

可见，电力系统本身就具有复杂性和多变性，加上模型本身的不完善和误差，因此这种误差也会出现。

●—≺ 利用虚拟线路优化改进≻—●

在电力系统的实际运行情况中，为了得到相对准确的实验结果，虚拟线路概念就被提出来了。

虚拟线路是根据实际线路运行状态和数据计算得到的，可以用来代替实际线路进行仿真计算，成本相对较低能够代替实际线路，提高仿真的精度和效率的线路。

虚拟线路的原理是基于配电网混合仿真系统中的数据采集和处理技术。

系统通过采集实时的电网运行数据，如电流、电压、功率、频率等信息，并通过相应的算法进行处理和分析，得到电力系统的实时状态。

在此基础上，系统可以构建一种虚拟线路，以代替实际线路进行仿真计算。

虚拟线路与实际线路具有相同的电气特性和参数在仿真计算中，能够更加精确地模拟电力系统的运行状态。虚拟线路主要应用在提高仿真精度、仿真效率、支持在线仿真和支持多种操作模式等方面。

在配电网混合仿真系统中，电力系统的仿真计算量非常大，需要消耗大量的计算资源和时间，虚拟线路能够代替实际线路计算，准确模拟电力系统的运行状态，降低计算的时间和成本，从而提高仿真的精度和可靠度。

虚拟线路在实验中还能够根据实际线路的状态，进行实时更新，我们可以在线进行仿真计算，从而让用户随时了解电力系统的运行状态。

用户可以通过选择不同的操作模式，模拟不同的故障情况和运行状态，及时发现并解决问题，从而提高电网的稳定性和可靠性。虚拟线路的还能够适用于不同的场景中，像是电网规划、高铁运行优化、设备管理等方面。

在配电网规划方面，虚拟线路可以帮助用户模拟不同的方案，制定更加合理的运行策略，提高电网的效率和稳定性。从设备上来说，虚拟线路能够帮助用户实时监测设备状态，预测设备故障，及时进行优化。

但在利用虚拟线路改进配电网混合仿真系统的过程中，需要注意保证虚拟线路的精度和可靠性，对模型精准度的要求也要不断增强。还要结合电力系统模型和仿真需求来选择适当的仿真算法，提高系统的实时性。