動(dòng)態(tài)交互仿真平臺(tái)與電力市場(chǎng)、電力系統(tǒng)混合仿真.pdf

1、電力系統(tǒng)是一個(gè)典型的具有強(qiáng)時(shí)變性、強(qiáng)非線性的復(fù)雜大系統(tǒng)。數(shù)值仿真對(duì)電力系統(tǒng)中許多復(fù)雜問(wèn)題的解決發(fā)揮了重要作用。一些結(jié)合數(shù)值仿真軌跡的動(dòng)力學(xué)分析方法發(fā)現(xiàn)并解釋了復(fù)雜系統(tǒng)中獨(dú)有的各種現(xiàn)象，這些現(xiàn)象用基于靜態(tài)（幾何學(xué)）理論的解析方法都難以解釋。
　　 同樣，電力市場(chǎng)中也存在類(lèi)似現(xiàn)象和問(wèn)題。電力系統(tǒng)受物理規(guī)律制約，電力市場(chǎng)受經(jīng)濟(jì)規(guī)律制約，各自由不同領(lǐng)域知識(shí)描述，但兩者又密不可分，存在緊密的交互影響。市場(chǎng)成員（以下簡(jiǎn)稱(chēng)參與者）主觀行為直接

2、影響經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，繼而影響物理系統(tǒng);物理系統(tǒng)的各種約束又反作用于經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，乃至參與者決策。如何在仿真中真實(shí)反映兩者的交互關(guān)系，如何直觀、定量的展示參與者與市場(chǎng)規(guī)則、物理規(guī)律互動(dòng)所造成的交互影響，是擺在電力市場(chǎng)仿真研究面前的基礎(chǔ)性課題。
　　 實(shí)際電力市場(chǎng)與電力系統(tǒng)一樣，并非孤立或封閉系統(tǒng)，電力與周邊系統(tǒng)相互依存。但是不同系統(tǒng)采用不同概念和描述體系，溝通困難。當(dāng)外部因素（如CO2排放管理的引入、極端氣候?yàn)?zāi)難的影響）上升為主要因素，需要

3、納入電力仿真視野時(shí)，卻遭遇時(shí)空尺度、模型參數(shù)等領(lǐng)域仿真系統(tǒng)擴(kuò)展、集成的難題，缺少根本性的指導(dǎo)跨系統(tǒng)研究的框架、平臺(tái)及工具。
　　 作為電力市場(chǎng)、電力系統(tǒng)、外部環(huán)境系統(tǒng)、政策監(jiān)管等多領(lǐng)域交互的混合仿真研究工具，不僅要考慮各自系統(tǒng)內(nèi)部各種非線性、時(shí)變性環(huán)節(jié)的仿真建模問(wèn)題，同時(shí)還要考慮多個(gè)在時(shí)間、空間及目標(biāo)參數(shù)（如物理量、環(huán)境量等）上存在諸多差異的研究領(lǐng)域之間的協(xié)同仿真問(wèn)題，最后還須計(jì)及參與者因素，即博弈問(wèn)題。應(yīng)該借鑒分布式交互仿真、

4、面向?qū)ο蠓抡?、仿真建模等新技術(shù)、新概念，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的智能仿真平臺(tái)?？紤]這些因素的仿真工具被初步命名為“電力市場(chǎng)與電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)交互仿真平臺(tái)”(thedynamicsimulationplatformforpowermarketandpowersystem,DSPMPS)。在智能電網(wǎng)發(fā)展的背景下研制該仿真工具，應(yīng)該充分利用各種信息技術(shù)成果，整合已有算法數(shù)據(jù)資源，并使自身更加靈活、開(kāi)放，以適應(yīng)工作域的不斷擴(kuò)大、自由縮放甚至重新組織。這并非

5、簡(jiǎn)單的量變過(guò)程，而進(jìn)一步帶來(lái)電力仿真技術(shù)領(lǐng)域在框架、平臺(tái)、算法及接口上的變革。
　　 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上述仿真工具的主要難點(diǎn)仍在于工作域的擴(kuò)大及開(kāi)放性，包括仿真目標(biāo)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性和未知性、仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c需求的不確定性和差異性。
　　 在前期研究中，本課題組就該問(wèn)題提出了兩個(gè)重要觀點(diǎn):
　　 1、動(dòng)態(tài)的觀點(diǎn):認(rèn)為上述問(wèn)題本質(zhì)是一個(gè)時(shí)域動(dòng)態(tài)仿真問(wèn)題，應(yīng)建立合理的數(shù)學(xué)模型，正確的反映利潤(rùn)積累、投資行為、可用發(fā)電容量和可用輸

6、電容量的動(dòng)態(tài)行為，仿真分析應(yīng)建立在詳細(xì)時(shí)域仿真軌跡的基礎(chǔ)上;
　　 2、交互的觀點(diǎn):包括兩層含義，一個(gè)是物理-經(jīng)濟(jì)模型之間的交互，一個(gè)是借鑒實(shí)驗(yàn)經(jīng)濟(jì)學(xué)方法，讓真實(shí)實(shí)驗(yàn)參與者在計(jì)算機(jī)終端參與動(dòng)態(tài)仿真過(guò)程，輸入自己的博弈策略，實(shí)現(xiàn)人與數(shù)學(xué)模型的交互。
　　 本文在前期研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用廣義阻塞和廣義市場(chǎng)力的觀點(diǎn)，提出按統(tǒng)一、抽象的動(dòng)力學(xué)模型建構(gòu)靈活、開(kāi)放的動(dòng)態(tài)交互仿真平臺(tái)的觀點(diǎn):
　　 1、靈活的觀點(diǎn):智能電網(wǎng)的“大

7、舞臺(tái)”使許多以往無(wú)法感知、控制的設(shè)備或環(huán)境變得可訪問(wèn)，隨之帶來(lái)電網(wǎng)分析與控制的參數(shù)、模型在種類(lèi)和數(shù)量方面以指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，僅建立開(kāi)放的數(shù)據(jù)平臺(tái)已不足夠，還應(yīng)建立靈活的試驗(yàn)仿真平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信息獲取、知識(shí)提取和決策支持功能的可定制、可擴(kuò)展。傳統(tǒng)仿真工具無(wú)法做到這一點(diǎn)，需要一個(gè)上升到廣義阻塞和廣義市場(chǎng)力概念層面的動(dòng)態(tài)交互仿真的基礎(chǔ)平臺(tái)，為可靠、快速的開(kāi)發(fā)、運(yùn)行、測(cè)試、部署各種智能電網(wǎng)分析與控制技術(shù)提供服務(wù)，為電網(wǎng)分析與控制研究提供廣泛支撐;

8、　　 2、開(kāi)放的觀點(diǎn):在實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)時(shí)、空及目標(biāo)參數(shù)尺度的前提下，采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議建立平臺(tái)與外部軟件資源之間的信息通道，實(shí)現(xiàn)對(duì)廣域資源的連接和再利用，避免重復(fù)開(kāi)發(fā);實(shí)現(xiàn)仿真應(yīng)用的組件級(jí)標(biāo)準(zhǔn)化接口，使應(yīng)用之間可通過(guò)組件互操作實(shí)現(xiàn)更大程度的資源共享;提高平臺(tái)對(duì)不同數(shù)據(jù)、模型、用戶界面、軟硬件平臺(tái)、計(jì)算方式及運(yùn)行方式的兼容能力。
　　 本文為實(shí)現(xiàn)上述具備動(dòng)態(tài)、交互、靈活、開(kāi)放特點(diǎn)的仿真平臺(tái)做了如下工作:
　　 1、分析了現(xiàn)有動(dòng)態(tài)交

9、互仿真工具的不足，運(yùn)用廣義阻塞、廣義市場(chǎng)力概念對(duì)多領(lǐng)域、多角色仿真問(wèn)題的本質(zhì)特征進(jìn)行了分析，提出設(shè)計(jì)混合仿真系統(tǒng)應(yīng)尋求抽象性與靈活性的平衡，故結(jié)合組件技術(shù)采用“支撐層-應(yīng)用層”分層軟件結(jié)構(gòu);
　　 2、采用微內(nèi)核設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)仿真平臺(tái)的支撐層，圍繞抽象的時(shí)序控制模型建立各內(nèi)核模塊，抽象設(shè)計(jì)有利于打破領(lǐng)域知識(shí)的局限、實(shí)現(xiàn)仿真接口標(biāo)準(zhǔn)化、增強(qiáng)互操作性;創(chuàng)新設(shè)計(jì)的仿真標(biāo)記語(yǔ)言，大大簡(jiǎn)化了仿真程序的圖形、通訊和邏輯設(shè)計(jì);
　　

10、 3、仿真平臺(tái)應(yīng)用層以仿真組件庫(kù)為核心內(nèi)容，組件庫(kù)設(shè)計(jì)以可重用性和靈活性為目標(biāo)，設(shè)計(jì)方法從單一層次擴(kuò)展到多層次，以體現(xiàn)多領(lǐng)域仿真內(nèi)容的復(fù)雜、廣泛、相互滲透與交錯(cuò)。配合典型應(yīng)用搭建，集成大量已有算法或軟件，綜合運(yùn)用繼承、抽象等軟件方法，搭建起平臺(tái)與多種應(yīng)用間的橋梁;
　　 4、在建成的DSPMPS仿真平臺(tái)上設(shè)計(jì)多種仿真應(yīng)用并基于這些應(yīng)用進(jìn)行多人參與的仿真實(shí)驗(yàn)，如短期發(fā)電報(bào)價(jià)及其監(jiān)管、長(zhǎng)期發(fā)輸電投資及其監(jiān)管，驗(yàn)證了DSPMPS對(duì)不同

11、應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)的適用性，說(shuō)明其具備良好的可擴(kuò)展性、運(yùn)行性能和參與者體驗(yàn);
　　 5、在廣泛分析大規(guī)?？稍偕茉唇尤胂孪到y(tǒng)充裕性及其控制的研究現(xiàn)狀、核心要素基礎(chǔ)上，提出問(wèn)題的形式化模型，建立了決策框架的模型，并提出多層解耦-協(xié)調(diào)的求解思路，包括備用等級(jí)間、預(yù)防與緊急控制間的解耦以及兩層迭代協(xié)調(diào)。運(yùn)用該框架可求取動(dòng)態(tài)充?？刂茊?wèn)題的全局優(yōu)化解;
　　 6、在建成的DSPMPS仿真平臺(tái)上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了包含發(fā)電側(cè)、需求側(cè)控制對(duì)象的充?？刂?/p>