動態(tài)交互仿真平臺與電力市場、電力系統(tǒng)混合仿真.pdf

1、電力系統(tǒng)是一個典型的具有強時變性、強非線性的復雜大系統(tǒng)。數值仿真對電力系統(tǒng)中許多復雜問題的解決發(fā)揮了重要作用。一些結合數值仿真軌跡的動力學分析方法發(fā)現(xiàn)并解釋了復雜系統(tǒng)中獨有的各種現(xiàn)象，這些現(xiàn)象用基于靜態(tài)（幾何學）理論的解析方法都難以解釋。
　　 同樣，電力市場中也存在類似現(xiàn)象和問題。電力系統(tǒng)受物理規(guī)律制約，電力市場受經濟規(guī)律制約，各自由不同領域知識描述，但兩者又密不可分，存在緊密的交互影響。市場成員（以下簡稱參與者）主觀行為直接

2、影響經濟系統(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濟系統(tǒng)，乃至參與者決策。如何在仿真中真實反映兩者的交互關系，如何直觀、定量的展示參與者與市場規(guī)則、物理規(guī)律互動所造成的交互影響，是擺在電力市場仿真研究面前的基礎性課題。
　　 實際電力市場與電力系統(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。當外部因素（如CO2排放管理的引入、極端氣候災難的影響）上升為主要因素，需要

3、納入電力仿真視野時，卻遭遇時空尺度、模型參數等領域仿真系統(tǒng)擴展、集成的難題，缺少根本性的指導跨系統(tǒng)研究的框架、平臺及工具。
　　 作為電力市場、電力系統(tǒng)、外部環(huán)境系統(tǒng)、政策監(jiān)管等多領域交互的混合仿真研究工具，不僅要考慮各自系統(tǒng)內部各種非線性、時變性環(huán)節(jié)的仿真建模問題，同時還要考慮多個在時間、空間及目標參數（如物理量、環(huán)境量等）上存在諸多差異的研究領域之間的協(xié)同仿真問題，最后還須計及參與者因素，即博弈問題。應該借鑒分布式交互仿真、

4、面向對象仿真、仿真建模等新技術、新概念，設計實現(xiàn)可擴展的智能仿真平臺?？紤]這些因素的仿真工具被初步命名為“電力市場與電力系統(tǒng)動態(tài)交互仿真平臺”(thedynamicsimulationplatformforpowermarketandpowersystem,DSPMPS)。在智能電網發(fā)展的背景下研制該仿真工具，應該充分利用各種信息技術成果，整合已有算法數據資源，并使自身更加靈活、開放，以適應工作域的不斷擴大、自由縮放甚至重新組織。這并非

5、簡單的量變過程，而進一步帶來電力仿真技術領域在框架、平臺、算法及接口上的變革。
　　 設計實現(xiàn)上述仿真工具的主要難點仍在于工作域的擴大及開放性，包括仿真目標系統(tǒng)結構的不穩(wěn)定性和未知性、仿真實驗目的與需求的不確定性和差異性。
　　 在前期研究中，本課題組就該問題提出了兩個重要觀點:
　　 1、動態(tài)的觀點:認為上述問題本質是一個時域動態(tài)仿真問題，應建立合理的數學模型，正確的反映利潤積累、投資行為、可用發(fā)電容量和可用輸

6、電容量的動態(tài)行為，仿真分析應建立在詳細時域仿真軌跡的基礎上;
　　 2、交互的觀點:包括兩層含義，一個是物理-經濟模型之間的交互，一個是借鑒實驗經濟學方法，讓真實實驗參與者在計算機終端參與動態(tài)仿真過程，輸入自己的博弈策略，實現(xiàn)人與數學模型的交互。
　　 本文在前期研究的基礎上，應用廣義阻塞和廣義市場力的觀點，提出按統(tǒng)一、抽象的動力學模型建構靈活、開放的動態(tài)交互仿真平臺的觀點:
　　 1、靈活的觀點:智能電網的“大

7、舞臺”使許多以往無法感知、控制的設備或環(huán)境變得可訪問，隨之帶來電網分析與控制的參數、模型在種類和數量方面以指數級增長，僅建立開放的數據平臺已不足夠，還應建立靈活的試驗仿真平臺，實現(xiàn)信息獲取、知識提取和決策支持功能的可定制、可擴展。傳統(tǒng)仿真工具無法做到這一點，需要一個上升到廣義阻塞和廣義市場力概念層面的動態(tài)交互仿真的基礎平臺，為可靠、快速的開發(fā)、運行、測試、部署各種智能電網分析與控制技術提供服務，為電網分析與控制研究提供廣泛支撐;

8、　　 2、開放的觀點:在實現(xiàn)自適應時、空及目標參數尺度的前提下，采用標準協(xié)議建立平臺與外部軟件資源之間的信息通道，實現(xiàn)對廣域資源的連接和再利用，避免重復開發(fā);實現(xiàn)仿真應用的組件級標準化接口，使應用之間可通過組件互操作實現(xiàn)更大程度的資源共享;提高平臺對不同數據、模型、用戶界面、軟硬件平臺、計算方式及運行方式的兼容能力。
　　 本文為實現(xiàn)上述具備動態(tài)、交互、靈活、開放特點的仿真平臺做了如下工作:
　　 1、分析了現(xiàn)有動態(tài)交

9、互仿真工具的不足，運用廣義阻塞、廣義市場力概念對多領域、多角色仿真問題的本質特征進行了分析，提出設計混合仿真系統(tǒng)應尋求抽象性與靈活性的平衡，故結合組件技術采用“支撐層-應用層”分層軟件結構;
　　 2、采用微內核設計方法設計實現(xiàn)仿真平臺的支撐層，圍繞抽象的時序控制模型建立各內核模塊，抽象設計有利于打破領域知識的局限、實現(xiàn)仿真接口標準化、增強互操作性;創(chuàng)新設計的仿真標記語言，大大簡化了仿真程序的圖形、通訊和邏輯設計;
　　

10、 3、仿真平臺應用層以仿真組件庫為核心內容，組件庫設計以可重用性和靈活性為目標，設計方法從單一層次擴展到多層次，以體現(xiàn)多領域仿真內容的復雜、廣泛、相互滲透與交錯。配合典型應用搭建，集成大量已有算法或軟件，綜合運用繼承、抽象等軟件方法，搭建起平臺與多種應用間的橋梁;
　　 4、在建成的DSPMPS仿真平臺上設計多種仿真應用并基于這些應用進行多人參與的仿真實驗，如短期發(fā)電報價及其監(jiān)管、長期發(fā)輸電投資及其監(jiān)管，驗證了DSPMPS對不同

11、應用和實驗的適用性，說明其具備良好的可擴展性、運行性能和參與者體驗;
　　 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、核心要素基礎上，提出問題的形式化模型，建立了決策框架的模型，并提出多層解耦-協(xié)調的求解思路，包括備用等級間、預防與緊急控制間的解耦以及兩層迭代協(xié)調。運用該框架可求取動態(tài)充?？刂茊栴}的全局優(yōu)化解;
　　 6、在建成的DSPMPS仿真平臺上設計實現(xiàn)了包含發(fā)電側、需求側控制對象的充裕控制