解读中国电科院：穆清 基于ADPSS实时仿真基座的一二次联合仿真技术与应用

什么是“一二次联合仿真”

课件把一二次联合仿真定义为：将一次电网及设备模型与二次控制、保护和调度系统相耦合，通过电气量测与控制动作的双向交互形成仿真闭环。二次系统既可以是数字模型，也可以是实物装置，二者共同表征故障发生、处置、恢复及运行调节的全过程。

这一定义的关键在于“闭环”二字。真实电力系统处于实时动态平衡、无法中断，而硬件在环仿真系统把仿真装置、柔直控保、新能源控制器等接进来，让实际控制程序在电气动态中接受检验。换句话说，仿真里跑的不再只是数学方程，还有厂家真实烧录的控制逻辑。

新能源接入为何带来一二次耦合

新能源与电力电子装备接入后，设备故障电流和功率恢复受到控制限流、保护逻辑及场站调节的共同影响。二次动作进一步改变网络拓扑和功率平衡，使局部设备响应与电网动态相互耦合。课件以新能源直流送出为例，把系统拆成一次电气系统（物理层）和二次控制系统（控制层），两层之间通过一次电气连接和二次信号交互联动。

课件连用五页剖析挑战。挑战一指向模型与实际控制行为的一致性：一次扰动可能触发变流器限流、保护切除、直流闭锁或稳控干预，并影响后续功率恢复。

这就要求联合仿真同步表征设备电气特性与二次逻辑，并建立模型、参数和现场配置的对应关系。

跨尺度与硬实时的双重约束

挑战二聚焦跨尺度动态与离散事件耦合。联合仿真要同时覆盖微秒及更短的开关与触发脉冲、亚毫秒至秒级的控制保护、毫秒至数十秒的机电动态，以及秒至分钟级的AGC与场站调节。统一采用最细步长会增加实时计算负担，过度简化又可能遗漏关键特征，因此需要多速率信息交换与离散动作时刻的协同处理。

挑战三则是复杂控保接入下的大规模硬实时计算。课件强调，实时仿真每步计算时间都严格小于仿真步长，电力电子仿真需要微秒级步长，比大数据、工业控制提升一个数量级；区域电网和大量新能源接入还要求数百个计算单元同步参与。网络求解、厂家控保逻辑、通信同步和接口处理共同占用实时计算预算，故障期间的拓扑变化与集中动作可能增加关键路径耗时。

ADPSS的技术体系怎么应对

ADPSS由大规模机电—电磁混合实时仿真向全电磁实时仿真发展，以统一建模、并行计算和数模接口连接一次网络与二次系统。课件用一页表把五项挑战逐一对上技术手段：模型与实际行为一致靠一次精细建模、二次封装及实物接入；多尺度与事件耦合靠动态阻尼、事件处理及跨速率时序校核；大规模硬实时计算靠一次分网、复杂控保并行及跨节点互联；信号与时间一致靠分布式接口、统一映射及低时延交互；场景与在线方式适配靠运行方式转换、初始化及分层验证。

在建模层面，换流器被课件称为规模化和效率的核心瓶颈。SCCM采用广义状态空间方法，将换流器等效关系直接并入外部网络，并利用步内脉冲信息表征开关过程。在数值稳定层面，ADPSS动态阻尼算法在事件附近结合隐式梯形积分与半步长后退欧拉处理，抑制开关动作引发的数值振荡，同时仍需开展步长敏感性校核，区分数值误差与真实控制动态。

并行分网与接口时序的一致性保障

大规模实时仿真需要协同划分一次网络与二次计算任务。课件给出陇东直流黑盒模型的例子：将一次系统划为8个并行子网、控保划为32个并行子网，通过专用分网模块交换状态，形成复杂厂家模型的实时化实现方案。软件中创建了TDM、IFC、LAN、MST和SLV五种分网模块，每种类型分别有发送和接收模型，借助多维数组变量实现不同控保机箱之间的信号隔离与自动分网。

接口方面，ADPSS通过物理、数字及高速光通信接口组织电气量和控制指令的双向交换。课件披露了通信优化的量化效果：传统I/O单向延迟为4个仿真步长，采用内存映射、零拷贝后降至1个仿真步长；万路I/O场景下延时从28微秒降到2微秒。DI超采样可记录一个仿真步内的多次脉冲变化，配合DA无延时输出，支撑沙戈荒送出场景的硬件在环实时仿真。

工程应用：从继电保护到多回直流反演

课件的应用部分覆盖继电保护、新能源、直流输电和AGC四大方向。继电保护方面，ADPSS基于对偶原理建立支持匝间短路的变压器模型，并用发展性故障电流与RTDS对照；通过分布式数模接口接入实际保护装置，应用于330kV古峰变智能站系统联调、330kV牛首山变预制舱及站域保护调试，还延伸到葡萄牙研发中心的未来变电站项目。

直流输电方面，渝鄂柔直以电压阶跃扰动为校核工况，将实际控保闭环结果与现场直流电压、电流和输送功率对照。更具规模的是华东故障反演：2020年9月27日华东电网交流单相接地故障引起6回直流换相失败，反演将10回直流的实际控制保护装置接入统一电网模型，ADPSS实时计算交流网络和直流主电路，通过分布式数模接口交换量测、开关及分接头指令，并以林枫、葛南直流的现场录波为参照进行多通道对照。

适用边界与后续方向

课件没有回避联合仿真的局限。仿真结论受模型假设、实时配置与场景范围共同约束：部分MMC加速模型忽略均压调制，其系统级响应不能直接用于全部阀级逻辑验证；复杂控保和大量接口并发时，还需校核最坏计算耗时与附加时延对动态结果的影响。课件为此提出按验证目标选择详细程度、校核最坏步耗时与并发压力、开展时延标定与敏感性分析。

在总结展望中，课件把工程价值概括为将设备模型、实际控制程序与电网动态关联起来，支撑保护及稳控试验、新能源模型校核和交直流故障反演。后续重点在于模型与现场版本持续一致、多厂家联合规模扩展，以及在线方式适配和全过程评价。AGC闭环推演被列为拓展方案，拟将测试主站、接口、场站控制与ADPSS一次模型连接，利用在线快照设置初始方式，分别设置正常执行与容量或爬坡受限工况进行对照。

这组数据来自课件的应用章节，反映的是联合仿真的实际工程规模。陇东直流黑盒模型把一次系统划为8个并行子网、控保划为32个并行子网，说明厂家的复杂控保逻辑本身就需要大量并行计算单元才能实时化。 华东故障反演的配置更为可观：10回直流的实际控保装置、384核仿真主机、4890路电压电流量，这已经是大电网级别的联合反演环境。而云南黄坪和西藏电网稳控试验分别配置627路和320路模拟量输出，体现了区域电网多装置接入的信号规模。这些数字共同说明，大规模联合仿真对计算和接口资源的需求是实打实的。

这组数据对比了数模接口优化前后的延时表现。传统I/O单向延迟为4个仿真步长，经过内存映射、零拷贝和非阻塞收发改造后降至1个仿真步长；在万路I/O规模下，延时从28微秒降到2微秒。 对于微秒级步长的电力电子仿真来说，接口延时每减少一个仿真步长，都直接影响闭环时序的准确性。课件把这一改进定位为支撑高精度、高实时性硬件在环协同仿真的基础。