计算方案配置

本文档介绍如何配置电磁暂态仿真的计算方案，包括基础设置、高级设置和运行设置。

功能定义

在 SimStudio 运行标签页，新建或选择 电磁暂态仿真 方案栏下的任一计算方案，即可对选中的电磁暂态仿真方案进行配置。

电磁暂态仿真计算方案

功能说明

电磁暂态仿真方案配置栏包含基础设置、高级设置和运行设置 3 个常规模块。

• 用户可通过配置 基础设置 和 运行设置 模块，完成基础仿真时长、积分步长、输出通道、断面启动和计算资源的配置。
  • 量测和输出通道配置方法 详见 量测及输出系统 帮助页。
  • 断面保存和断面启动设置方法 详见 断面参数设置 帮助页。
• 如需使用 并行加速、实时仿真或事件驱动相关功能，则需额外配置 高级设置 模块。
• 如需使用 实时仿真，还需额外配置 实时仿真输出设置 模块

基本设置

电磁暂态仿真基本设置的参数如下图所示：

电磁暂态仿真基本设置

参数名	含义	说明
仿真类型	电磁暂态仿真的应用类型	可选择离线仿真、实时仿真或组网仿真，默认选择离线仿真, 实时仿真相关内容可查看 电磁暂态实时仿真 帮助文档。组网仿真与实时仿真依赖 CloudPSS 专有硬件，公网平台暂不支持。
开始时间	电磁暂态仿真的开始时间	单位为秒(s)，默认为 0s，仿真任务将从该设定时间开始执行时域积分。在进行断面启动功能时该参数需要与断面参数进行配合选取。
结束时间	电磁暂态仿真的结束时间	单位为秒(s)，当仿真时间达到该值时仿真停止。
积分步长	仿真的积分步长	单位为秒(s)，默认为 0.00005s，即 50 微秒。积分步长越小，仿真越精确，但计算量越大，仿真耗时越大，需结合实际情况进行选取。
输出通道	电磁暂态仿真的曲线输出配置	配置在结果页面显示的输出曲线，包括配置分辨率（输出频率）、显示方法、通道选择等内容。更多详细内容可查看 量测及输出系统 帮助文档。
求解器设置	求解器设置选项	可选择常规和开关/离散事件处理增强，默认选择常规。对于包含由分立开关元件构成的电力电子拓扑，可选择开关/离散事件处理增强，准确判断单一步长内的同步开关事件。
节点编号优化	仿真拓扑解析时，节点编号方法选择	可选择默认和稳定，通常情况下选择默认。默认方法采用相对高效的节点编号策略，稳定的编号方法将在多次仿真期间提供数值稳定性更高的节点编号策略。针对临界稳定或病态系统仿真算例，建议开启稳定选项。
是否配置启动参数	启动参数的开关	仅适用于纯交流系统，默认关闭。开启后，可以使能预启动流程，其作用是将同步发电机等交流元件的初始化统一放入预启动流程中，使电磁暂态仿真可以直接从指定潮流断面启动。在大部分使用场景中，建议关闭此选项，并使用电压源嵌位的启动方法，配置更简单。更多启动参数说明可查看 潮流结果写回及初始化 帮助文档。
是否配置断面参数	配置断面参数的开关	默认关闭。开启后，电磁暂态仿真可以从给定断面开始仿真，详细说明可查看 断面参数设置 帮助文档。

注意

求解器设置 - 开关/离散事件处理增强 适用于含同步开关的开关拓扑电路（如电压源型变流器）。通过同步开关预判机制，求解器可在当前时步直接确定变流器元件的稳态开关状态，无需迭代计算，显著提升仿真效率¹。以下为同步开关定义和 开关/离散事件处理增强 的使用建议：

• 同步开关：电路网络中某些开关的变化可能同时导致其他开关的状态发生变化（如下图，当开关管 $T_1$ 关断时，由于电感电流 $i_L$ 不可突变，二极管 $D_1$ 续流而同时导通）。

同步开关

• 使用建议：求解器设置 - 常规 无法判断同步开关事件，当电路存在同步开关时，建议启用 开关/离散事件处理增强。若电路无同步开关，可不启用。

高级设置

电磁暂态仿真高级设置的参数如下图所示：

电磁暂态仿高级设置

参数名	含义	说明
计算选项	选择仿真计算加速方式	可选择常规、分网并行、 CPU Turbo 或 CPU Super Turbo，默认选择常规。常规即利用单个 CPU 核心完成全部计算；分网并行即对电网进行解耦，不同分区分配在多个 CPU 核心中完成计算，利用多核 CPU 加速仿真；CPU Turbo 即自动利用多核 CPU 完成计算，该选项会执行自动负载均衡策略；CPU Super Turbo 是在 CPU Turbo 的基础上优化计算流程，进一步提升计算效率。并行计算相关配置方法可参考 电磁暂态仿真并行加速 帮助文档。
核心数	仿真使用的 CPU 核心数	计算选项选择分网并行、 CPU Turbo 或 CPU Super Turbo 时可设置，代表单次仿真所使用的 CPU 核心数，默认值为 1。
电气核心数	计算电气系统时使用的 CPU 核心数	控制系统与电气系统并行开关开启时可设置，设置计算电气系统的 CPU 核心数, 如果电气核心数 = 核心数，代表控制系统与电气系统串行。
控制系统与电气系统并行	并行开关	默认关闭。若开启，则使能控制系统与电气系统的并行计算,从而提高仿真效率。需要注意的是，该选项关闭时，每个仿真时步采用控制系统、电气系统串行的计算流程，即电气元件接收当前时步控制指令进行本时步计算。启用该功能后，每时步的电气系统和控制系统并行计算，即电气元件接收上一时步控制指令进行计算。启用该选项将带来一定延时误差（降低了相位裕量），需谨慎使用。若开启此选项，建议根据仿真步长，为控制器添加补偿校正环节。
配置负载均衡策略	手动负载均衡策略配置开关	默认关闭。若关闭，系统将采用自动负载均衡策略；若开启，需手动配置负载均衡策略表。关于负载均衡策略的生成与配置可详见负载均衡功能。
是否输出分块信息	输出分块信息开关	默认开启。开启是否输出分块信息选项后可以输出电气节点统计、控制节点统计以及负载均衡表等信息。详见并行计算高级参数设置。
负载均衡策略表	手动负载均衡配置表	在开启配置负载均衡策略选项后，可手动配置负载均衡策略表。使用该功能时，请先执行交直流电网拓扑分析，获取各个分区数据，并根据各个分区计算量和预估耗时，设计负载均衡策略，将分区编号对应填入“分区-核心”映射表。也可以在交直流电网拓扑分析结果页中写入负载均衡信息，将负载均衡策略表设置为拓扑分析后的默认值。更多详细说明可查看 交直流拓扑分析 文档。
是否支持事件驱动	事件驱动开关	默认关闭。若开启，可在仿真过程中添加异步事件。更多事件驱动相关内容可参考 事件驱动仿真 帮助文档。
只进行分网	分网选项	默认关闭。若开启，仿真则只进行初始化分网，不进行后续仿真。主要用于交直流拓扑分析和负载均衡优化。更多详细说明可查看 交直流拓扑分析 帮助文档
使用清翼编译器	是否使用清翼编译器	默认关闭。启用该功能后，在运行电磁暂态仿真时将使用清翼编译器（Tsing-E），即先根据算例自动生成仿真代码并编译为可执行文件（预编译），再执行预编译好的电磁暂态仿真程序，可显著提升仿真效率。该功能目前仅在部分私有化部署平台可用，公网平台暂不可用。
是否支持安控策略	选择是否启用安控策略	启用后，将执行考虑安控策略的电磁暂态仿真程序，支持的模块包括安控元件库。具体使用案例可查看安全稳定控制策略案例
是否启用全局CDA	选择是否在仿真过程中保持CDA算法	启用后，将在仿真的每个时步均采用CDA算法，即半步长后向欧拉算法。该选项主要用于算例调试。
元件功率量测方法	选择三相交流元件的默认功率量测方法	用于切换元件 Monitoring 分组中三相交流功率的计算方法，可在PLL和瞬时功率选项中选择，默认选择PLL。当选择PLL时，通过采用锁相环分别获取电压、电流信号的瞬时相角，并采用 $P = \lvert {\tilde V} \rvert\lvert {\tilde I} \rvert\cos \left( {{\theta _V} - {\theta _I}} \right), Q = \lvert {\tilde V} \rvert\lvert {\tilde I} \rvert\sin \left( {{\theta _V} - {\theta _I}} \right)$ 的方式求解。当选择瞬时功率时，将采用赤木泰文的瞬时功率理论2求解交流功率。

运行设置

电磁暂态仿真运行设置的参数如下图所示：

电磁暂态仿真运行设置

参数名	含义	说明
任务队列	任务运行使用的队列	默认设置为默认队列。如网内存在多台 CloudPSS 设备和多类设备，可自行选择相应的任务队列。
计算资源	任务运行使用的计算资源	默认设置为1 逻辑核心。此处的核心数应大于等于高级设置中的核心数。
优先级	任务运行的优先级	默认设置为 0。优先级仅在 计算资源 不足，任务需要排队等待时使用。任务等待时，由 优先级 和 队列参数 共同计算出该任务在队列中位置，此处的 优先级 设置越高，任务在队列中的位置越靠前。更多 队列参数 详见 队列管理 帮助页。
调试参数	任务调试时使用的调试参数	默认为空，可用于输入额外的调试参数。

实时仿真输出设置

实时仿真输出设置仅在仿真类型选择实时仿真时才可配置，其参数如下图所示：

实时仿真输出设置

参数名	含义	说明
模式	设置为主模式或从模式	当选为主模式时，CloudPSS-RT 将会以当前实时仿真机作为主时钟源，按照设置的仿真积分步长与外部设备进行数据交互；当选为从模式时，CloudPSS-RT 将会选择外部时钟源，以SFP/QSFP光口周期性接收到的 Aurora 数据帧作为计算的同步触发信号。具体参考硬件在环仿真 文档。
数值型输出通道	配置数值型输出通道	实时仿真结果以数值的形式显示，可设置分组名称、刷新频率、小数位数，并选择待观测的输出通道。同一个分组中可选择多个输出通道，各通道的结果将形成一个表格并在结果页面显示。每一行视为一个分组，可添加多个分组。详情请参考实时仿真信号监视器文档。
曲线型输出通道	配置曲线型输出通道	实时仿真结果将以曲线的形式显示，可设置分组名称、窗口类型、窗口宽度，并选择待观测的输出通道。同一个分组中可选择多个输出通道。可添加多个分组。详情请参考实时仿真信号监视器文档。
曲线型刷新间隔	配置曲线型刷新间隔	单位为秒 (s)，输入曲线型输出通道的刷新时间间隔，默认为 0.02s，即每 0.02s 刷新一帧，每一帧包含 0.02s 的数据。详情请参考实时仿真信号监视器文档。
曲线型缓存帧数	配置曲线型缓存帧数	曲线型输出通道的缓存帧数，默认为 200 帧。增加缓存帧数可以提升曲线刷新流畅度，但同时会增加缓存数据量。如遇页面卡顿，可减少曲线缓存帧数。建议低性能配置的用户终端使用默认或更少的曲线缓存帧数。详情请参考实时仿真信号监视器文档。
实时仿真超时时间	实时仿真超时设置	实时仿真模式设置为从模式时可配置。假如超过实时仿真超时时间，数据交互的通信也没有成功建立，实时仿真任务将自动终止。更多实时仿真相关内容可查看 电磁暂态实时仿真 帮助文档。

案例

IEEE 39 节点的基本参数设置

本案例使用 IEEE 39 节点模板算例演示电磁暂态计算方案的基本设置。

• 在 SimStudio 工作台，点击新建电力系统仿真项目。

新建电力系统仿真项目

• 点击左上角的新建图标，选中 IEEE 标准系统，选择 10 机 39 节点标准测试系统，最后点击新建。

新建 IEEE39 节点算例

• 在运行标签页，新建电磁暂态仿真计算方案，选中并开始设置仿真方案：将结束时间设置为 15s，输出通道按照下图进行设置，计算选项为默认的常规选项，选择计算资源为 1 逻辑核心。

计算方案配置 1

输出通道

• 点击运行按钮，在结果页面可显示出电磁暂态的仿真结果。

常规运行方式

常见问题

电磁暂态仿真的积分步长设置为多少较为合理？

积分步长取决于所关注暂态过程的时间常数，比如受同步发电机主导的传统电力系统，时间常数一般在毫秒到秒的时间范围；以电力电子设备和新能源大规模接入的新能源系统时间常数范围为微秒级。一般情况下，若要获得准确、分辨率合理的仿真结果，仿真步长（积分步长）不应超过所模拟系统最小时间常数的 1/10。当然，积分步长越小，仿真精度越高，但所需仿真时间越长。 以下为典型系统的仿真步长选择建议：

• 纯交流系统：典型值 50μs，建议选择范围：10 - 100μs。
• 直流输电系统（LCC或MMC型）：可选择范围：10 - 50μs。
• 电压源型变流器详细模型：一般在 10μs 以下，需要根据开关频率调整。
• 电压源型变流器平均模型：典型值 50μs，建议选择范围：10 - 100μs。

电磁暂态仿真的开始时间设置不为 0 时，仿真结果与预想不同？

需要注意系统中依赖时间戳的元件，如阶跃发生器、三相交流电压源等，采用的时间是相对于0时刻的时间戳。 例如，当设置电磁暂态仿真的开始时间为 2s，同时系统中同步发电机采用电压源转电机的启动方法，设置了 0.06s 的爬坡时间（Ramping Time），且对应的S2M信号由阶跃发生器提供，设置为 1s 阶跃。那么当开始仿真后，系统将直接从 2s 开始计算，会跳过电压源的爬坡时间及电机的启动过程，造成仿真结果与预想不同。 因此，当设置电磁暂态仿真的开始时间设置不为 0 时，需要核对系统中各元件与时间相关的参数，确保各过程正确响应。通常情况下，仿真开始时间不为 0 时，需结合断面功能使用。

脚注

1. 张芮,宋炎侃,于智同,等.基于同步开关预判的半桥型VSC快速电磁暂态建模方法[J].电力系统自动化,2021,45(20):148-156. ↩︎

2. 日 赤木泰文,巴西 Watanabe Edson Hirokazu,巴西 Aredes Mauricio.瞬时功率理论及其在电力调节中的应用[M].机械工业出版社,2009. ↩︎