概述

HYPERSIM是魁北克水電（Hydro-Québec），法國(guó)電力JU（RTE）和中國(guó)電力科學(xué)研究院（CEPRI）20年來(lái)合作研究的結(jié)晶。自2010年起，OPAL-RT繼續(xù)致力于HYPERSIM的開(kāi)發(fā)，發(fā)布了HYPERSIM6.0具備基于Windows®的建模環(huán)境。HYPERSIM 支持標(biāo)準(zhǔn)的Intel兼容多核計(jì)算機(jī)以及所有OPAL-RT的FPGA實(shí)時(shí)I/O系統(tǒng)，有能力仿真和分析有多達(dá)2000三相總線的超大型電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器，依托開(kāi)放的結(jié)構(gòu)、高速并行處理和模塊可升級(jí)性來(lái)提供標(biāo)準(zhǔn)實(shí)時(shí)仿真，這種通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的性能水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他利用自定義DSP和RISC處理器板的高造價(jià)數(shù)字實(shí)時(shí)仿真器。HYPERSIM一直處于創(chuàng)新前沿，并已成為美國(guó)，亞洲和歐洲國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，行業(yè)研發(fā)中心以及電力公司的標(biāo)準(zhǔn)配置設(shè)備，它被用于工廠驗(yàn)收、系統(tǒng)集成測(cè)試以及研發(fā)工作和投產(chǎn)試驗(yàn)。

系統(tǒng)原理

HYPERSIM為交直流電網(wǎng)仿真提供了全方面的解決方案，包含了FACTS、SVC、STATCOM、MMC、HVDC等各電網(wǎng)系統(tǒng)。HYPERSIM實(shí)時(shí)仿真器由使用Intel Xeon處理器的CPU仿真器和Xilinx FPGA仿真器組成，CPU仿真器作為大規(guī)模復(fù)雜電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真并行處理仿真計(jì)算，F(xiàn)PGA仿真器計(jì)算微妙級(jí)以下的高頻電力電子器件仿真，同時(shí)用作連接外部設(shè)備與CPU仿真器之間的接口單元。

解決方案

控制保護(hù)裝置的硬件在環(huán)仿真

全數(shù)字仿真程序HYPERSIM與控制保護(hù)裝置交互的僅為（控制）信號(hào)量，電壓一般在-15V~+15V之間，此時(shí)的接口為信號(hào)接口。H YPERSIM經(jīng)D/A或D/O輸出開(kāi)關(guān)量、分接頭位置信息等給直流控制保護(hù)裝置，同時(shí)，控保裝置通過(guò)A/D、D/ I將相關(guān)控制信號(hào)反饋至仿真程序，交互信號(hào)傳輸由專(zhuān)用電纜或光纖實(shí)現(xiàn)。

數(shù)字仿真與物理仿真裝置互聯(lián)的混合仿真

HYPERSIM與一次物理仿真裝置的互聯(lián)需完成兩者之間的功率傳遞。由于數(shù)字側(cè)輸出端口的功率為毫瓦級(jí)，而物理仿真裝置端口的功率一般在幾十瓦左右，因此選擇適當(dāng)?shù)哪芰哭D(zhuǎn)換裝置。將輸電線路解耦方法應(yīng)用到數(shù)?；旌戏抡嬷?，則可采用電力系統(tǒng)中常用的輸電線路元件實(shí)現(xiàn)數(shù)字側(cè)與物理側(cè)的網(wǎng)絡(luò)分割。將分布參數(shù)線路的波過(guò)程轉(zhuǎn)化為僅含電阻和電流源的集中參數(shù)電路，線路兩端的電磁聯(lián)系由等值電流源來(lái)實(shí)現(xiàn)，將電力網(wǎng)絡(luò)分為兩個(gè)相互獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行并行計(jì)算。

不同仿真軟件之間的異步互聯(lián)混合仿真

將輸電線路解耦方法應(yīng)用到不同仿真軟件之間的混合仿真中，則可采用電力系統(tǒng)中常用的輸電線路元件實(shí)現(xiàn)不同仿真步長(zhǎng)軟件之間的聯(lián)合仿真。

不同仿真軟件之間的互聯(lián)，可方便實(shí)現(xiàn)交流大電網(wǎng)與HVDC、UHVDC、VSC-HVDC、背靠背直流、直流控制保護(hù)系統(tǒng)以及系統(tǒng)安穩(wěn)裝置和各種繼電保護(hù)裝置等的互聯(lián)仿真。同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)與其他仿真設(shè)備的互聯(lián)，如TCSC、STATCOM等電力電子設(shè)備，風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電等可再生能源以及儲(chǔ)能裝置等，既可對(duì)大規(guī)模交直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的仿真研究，還將實(shí)時(shí)地跟蹤電網(wǎng)的數(shù)據(jù)變化，與整個(gè)大電網(wǎng)的安全控制、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如WAMS、PMU有機(jī)地融為一體。聯(lián)合仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)也將進(jìn)一步擴(kuò)大數(shù)字仿真的研究領(lǐng)域和應(yīng)用范圍，如控制系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)等。