前言

电力系统是由发电、输配电和用电三部分组成的大型人造系统。在电力系统为人类带来巨大效益的同时，还时刻面临来自外部和内部故障对安全运行的威胁。若不能及时采取正确的处理措施，就会导致局部或大面积的停电事故，造成巨大的经济损失和社会影响。到2013年年底我国已建成装机容量超过12亿千瓦、面积覆盖全国的互联电力系统。确保电力系统运行安全、避免大范围停电事故的发生和蔓延，是维护国家能源供应安全的重要任务。通过对大规模电力系统的实时和超实时仿真，掌握运行中电网遭受故障条件下的动态特性，以及对各类安全稳定措施和控制保护设备进行实时验证考核，是达到避免大停电事故、保障电力系统安全运行的重要举措。

电力系统实时仿真技术经历了20世纪50、60年代出现的物理实时仿真（又称为动态模拟），70、80年代出现的数字物理混合实时仿真（又称数模混合式仿真），到90年代以来出现的电力系统全数字实时仿真（又称实时数字仿真）的发展过程。全数字实时仿真将电力系统实时仿真技术推向一个新的发展阶段。为满足我国大规模、交直流混合电力系统仿真的要求，电力系统实时数字仿真技术必须要解决下述两大技术难题： 大规模互联电网仿真的实时性和大容量电力电子设备与大电网相互影响的仿真精确度。为此，我们于20世纪90年代后期开始，在国家“973”项目课题“以高速PC机网络为硬件支撑的多机电力系统实时仿真系统关键技术研究”的支持下，开展了实时仿真关键技术研究，后来又在国家高技术产业发展计划项目以及国家电力公司重点项目持续支持下，开展了实时仿真装置的研制工作，于2005年完成了项目的研发。

从2005年至今，全数字实时仿真技术又得到新的发展，在基于Infiniband高速网络的实时仿真、高频开断的电力电子开关器件的实时仿真、全数字实时仿真与物理模拟仿真设备的功率连接、全数字实时仿真与FACTS控制装置的闭环仿真试验、基于IEC61850的数字化变电站闭环试验等技术的研究方面取得进展。与此同时，依托上述项目所研制的电力系统全数字实时仿真装置（ADPSS）已推广应用到全国30余家单位，各应用单位结合生产实际需求，开展了交直流互联系统仿真分析，新能源新设备的建模和仿真分析，基于在线数据的仿真分析，连锁故障仿真分析，重大事故分析，继电保护、励磁控制和安稳控制装置闭环试验，HVDC和FACTS控制系统闭环试验，自动电压控制、自动发电控制和广域控制保护系统的闭环试验等应用研究工作。

随着计算机软硬件和网络通信技术的发展，例如，图形处理器(graphic processing unit，GPU)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)、众核处理器、新一代网络、云计算等，未来实时数字仿真技术将朝着下述方向发展： 基于GPU和FPGA的实时仿真； 利用高速通信网络的分布式实时仿真和远程试验； 机电暂态电磁暂态中长期动态一体化实时仿真； 基于超实时仿真的在线控制和云控制等。

为了促进电力系统数字仿真技术的进一步发展、满足应用需要，本书作者遴选了上述研究项目的研究成果，并吸取了部分后续应用研究成果，组成了本书的主要内容。全书共分7章。其中第1、3、4、5章由田芳撰写，第2、6章由李亚楼撰写，第7章由郑超撰写，周孝信负责全书统稿和审核。吴中习教授级高工、林集明教授级高工、武守远教授级高工、李若梅教授级高工为科研项目的立项和研究做出了关键贡献，郭剑、宋瑞华、岳程燕、张星、裘微江、康建东、朱旭凯参加了项目的研究和后续应用研究工作。本书撰写过程中得到陈绪江、彭红英的大力协助。在此谨代表本书作者对上述各位所做出的贡献表示衷心的感谢。对江苏省电力试验研究院、山东电力研究院、中电普瑞科技有限公司等单位对后续应用研究工作的支持表示衷心感谢。

电力系统数字仿真新技术不断涌现，作者限于水平，难窥全貌，书中错误和不妥之处在所难免，请读者批评指正。

周孝信

2014年2月