主要收获
- 模拟先行测试可在隐蔽的控制和保护问题进入现场之前将其捕获，从而保护正常运行时间并缩短工期。
- 实时平台可为电网规范合规性提供可审计的证据，因此审批依赖于测量行为而非假设。
- 电磁瞬态研究揭示了逆变器在弱电网和快速瞬态情况下的相互作用，从而指导设置，使资产在发生故障时保持在线。
- 硬件在环将软件模型与物理设备融合在一起，使人确信集成系统能按预期运行。
- 将模拟作为日常实践，可将调试变成确认而非发现，从而提高可靠性和项目的可预测性。
任何新的逆变器或控制方案都必须先经过高保真模拟的验证，否则就不能在电网中使用。现代电网已变得如此复杂且由软件驱动，传统的测试方法已难以跟上。运营商面临着微妙的平衡问题，既要集成快速运行的可再生能源系统，又要满足严格的电网规范要求，以保持电网的稳定性。
依靠过时的规划研究或最低限度的现场测试往往会留下危险的盲点。事实上，监管机构已经警告说，只做最基本的工作可能会使电网变得脆弱，在发生扰动时可能会失去关键资源。我们认为，现在必须采用模拟先行的方法，将创新与保证联系起来。只有这样，才能及早发现隐藏的问题，并进行升级，从而提高可靠性，满足各项合规标准。
传统测试无法确保当今复杂电网的可靠性
传统的规划工具和一次性现场测试无法完全预测当今电网创新技术在压力下的表现。许多基于逆变器的最新资源以微秒为单位的控制时间尺度运行，远远快于传统瞬态稳定性研究捕捉到的现象。传统的模拟假设了理想化的条件和较慢的动态，因此忽略了太阳能发电场和电池系统响应电网事件时产生的高频开关效应和控制相互作用。因此，振荡、意外跳闸或谐波等问题可能会在设计审查时被忽视。
在调试和带电作业过程中，就能感受到这种后果。当新设备首次并网发电时，逆变器突然停机或保护协调失误常常令工程师们大吃一惊。在最近的一项分析中，近27%的公用事业级太阳能发电厂被发现在不符合故障穿越设置的情况下运行。这正是简单测试无法捕捉到的隐藏缺陷。在最后一刻修复这些问题可能会破坏项目的时间表，更糟的是，它们会破坏电网的可靠性，使系统容易发生不必要的停电。如果没有更严格的部署前测试环境，团队就没有安全的方法在公共服务之前根据最坏的情况验证新设备和控制方案，从而在创新和可靠运行之间造成风险缺口。
实时模拟为实现电网可靠性和合规性提供了更安全的途径
实时模拟环境为工程师们提供了一个可控的、无风险的试验场来验证他们的设计。团队可以在电网的数字孪生系统中对其进行详尽的压力测试，而不是寄希望于新的控制装置或设备能按预期运行。这种模拟优先方法的主要优势包括
- 极端场景测试：工程师可以重现罕见但危险的电网事件（如多相故障、突然断电或雷击浪涌），而不会对实际客户或设备造成任何危险。即使是最严重的瞬态事件，也可以在模拟器中引入，以了解设计的承受能力，而这一切都不会造成停电风险。
- 早期缺陷检测：高保真模型可揭示不稳定性和控制缺陷，而这些缺陷在粗略的测试中是不会被发现的。开发人员可以在仿真过程中捕捉到振荡、定时错误和错误的设置，从而在安装之前及早解决这些问题。这意味着调试过程中不会再出现令人不快的意外。
- 电网规范符合性验证：详细的模拟器输出有助于确认新系统是否符合严格的标准。例如，通过观察逆变器的 全波形响应，可以根据监管要求验证逆变器的低电压穿越行为。记录的波形和性能指标提供了可追溯的证据，证明互联规则得到了满足。
- 加快项目周期：实时模拟大大加快了测试和迭代速度。根据实时数字电网调整控制算法可将验证时间从数月缩短至数天。公用事业公司可以在软件中背靠背地评估多个方案，将过去需要数周的反复试验压缩为更短的开发周期。
- 硬件在环真实感：仿真平台可将物理硬件（如实际的逆变器控制器或保护继电器）直接集成到测试环境中。这意味着真实设备会 "认为 "它们连接到了实际电网，让团队可以验证硬件和软件在所有条件下是否都能协同工作。任何通过环路测试的设备基本上都已获得现场部署的预先批准。
有了这种严格的试运行，新电网组件上线的信心大大增强。团队可以采用可再生能源或先进控制等创新解决方案，因为他们知道这些方案已经在虚拟电网中得到了验证。事实上，电磁暂态（EMT）仿真已成为在可再生能源接入实际电网之前对其进行审核的首选技术。
"任何新的逆变器或控制方案都要先在高保真模拟中证明自己，否则就不能相信它能在电网上使用"。
EMT 模拟验证了真实条件下的可再生能源一体化
电磁暂态 (EMT) 仿真可再现电力系统的详细波形行为，这对于测试以复杂方式与电网交互的可再生能源至关重要。通过这种方法，工程师可以准确了解太阳能、风能和其他基于逆变器的发电机在实际电网场景中的表现。
在弱电网条件下验证可再生能源
可再生发电厂通常连接在电网强度有限的地区，短路水平低、旋转惯性小，使稳定性成为难题。EMT 仿真可对这些 "弱电网 "条件进行精确建模，以便工程师对控制设置进行微调，并验证稳定性裕度。例如，可以针对严重的电压骤降和频率波动对风力发电厂的控制系统进行测试，以确保其能够穿越故障而不是脱机跳闸。通过模拟器中的实验，开发人员可以调整逆变器参数（如锁相环调整或电流注入逻辑），从而在项目面临实际电网干扰之前优化性能。这样一来，即使在电网较弱的情况下，新的可再生能源资产也能符合电网规范并保持可靠性。
捕捉太阳能和风能的快速瞬变
太阳能和风能输出的变化速度可将电网设备推向极限。一朵飘过的云可以使公用事业规模的太阳能发电场的输出在一分钟内波动数十个百分点，从而导致传统模型可能忽略的电压波动。实时 EMT 仿真可以捕捉到这些快速瞬变。事实上，在某些条件下，太阳能发电场每分钟的斜率可达30% 左右，仿真工具允许运营商将这些突然的辐照度变化注入虚拟电网，以了解电压调节器、逆变器和储能设备的反应。同样，突如其来的阵风或涡轮机切换事件也会在 EMT 模型中忠实呈现，从而揭示出需要缓解的闪烁、谐波失真或控制振荡。这种详细程度可确保可再生能源装置能够抵御自然界特有的快速波动。
利用模拟证据满足互联要求
每个新的风能或太阳能项目都必须满足严格的互联要求。这些要求包括故障穿越能力、电压支持、频率响应和适当的保护协调。EMT 仿真提供了一种在现场调试前展示这些能力的方法。工程师可以虚拟运行官方电网规范合规性测试，记录逆变器如何响应规定的测试事件（如低电压穿越序列或频率下降），然后向监管机构提供这些波形作为证明。事实上，许多电网运营商现在都坚持将基于 EMT 的研究作为互联审批流程的一部分。这种高保真方法使监管合规之路更加顺畅，并大大降低了后期设计变更的风险。
实时模拟是确保电网可靠性和合规性不可或缺的手段
"实时仿真环境为工程师提供了一个可控的、无风险的游戏场，以证明他们的设计"。
在现代电网运行中，实时模拟已从奢侈品转变为绝对必需品。实时仿真是电力公司利用新技术进行创新的关键所在，同时还能保证电力供应，满足各种规定。当高保真仿真成为规划和测试的核心时，工程师就能更快地部署升级，避免不可预见的停电，并在每一步都记录完全合规性。简而言之，项目不再需要 "寄希望于最好的结果"；在设备投入使用之前，他们就能获得稳定性的具体证明。
这种模拟优先的思维方式最终会带来更具弹性和适应性的电网。电网运营商可以接受雄心勃勃的可再生能源集成和先进的控制方案，而不必担心意外后果，因为每种情况都已事先经过审查。随着电力系统变得更加软件化和动态化，实时仿真成为连接大胆创新与不可动摇的可靠性的桥梁。通过将严格的仿真作为不容错过的条件，电力行业可以确保在电网发生快速变化的同时，可靠性和合规性依然不受影响。
从 OPAL-RT 角度看仿真驱动的电网可靠性
OPAL-RT 以仿真为先，是电力工程师进行高保真实时仿真的先驱。二十多年来，公司一直专注于开放式高性能平台，使用户能够在实验室中重现精确的电网状况，从微秒级瞬态到多兆瓦级电网事件。我们与电力公司、制造商和研究机构携手合作，确保每一种新的控制策略或设备都能在部署前得到严格验证。这样，我们的技术就能直接解决现代电网团队面临的痛点。它为极端场景测试提供了一个安全的沙盒，能及早发现设计缺陷，并为合规性审计提供详细的证据。
这种 "模拟第一 "的承诺来自于实践经验。我们一次又一次地发现，当一个系统通过了我们的硬件在环测试后，它就能在实际电网中可靠地运行。这就是为什么我们在设计解决方案时要将其无缝集成到开发周期中，这样仿真就不会是事后的想法，而是从概念到调试的持续支持。通过赋予工程师自由试验和全面验证的能力，我们正在帮助推动电网创新的新时代，而这种创新绝不会影响可靠性或监管标准。
电网的合规标准非常严格。它们要求证明设备和控制系统在各种干扰情况下都能在规定的范围内正常运行。实时模拟提供了一种在受控环境中根据这些标准进行测试的方法。通过模拟故障、频率下降和其他电网事件，工程师可以验证新设备（如逆变器或继电器）是否符合规定的性能标准。测试结果可使电力公司在连接新资产前，确信自己符合电网规范并提供相关证明文件。
电磁瞬态 (EMT) 仿真被运营商用于建立非常详细的可再生能源模型。例如，电力公司可以为新的太阳能发电厂或风力发电厂创建一个 EMT 模型，然后将其置于快速输出波动或电网故障等情景中。EMT 模拟器可以准确显示可再生发电厂的逆变器和控制装置在这些情况下的反应。操作人员可利用这一洞察力确保发电厂不会造成不稳定--他们可以在模型中调整控制设置或添加设备（如 STATCOM 或储能设备），直到可再生能源集成可靠运行。从本质上讲，EMT 仿真可让他们在数字电网上的可再生能源项目上线前解决任何问题。
硬件在环（HIL）测试是指将一个真实的物理设备放入一个模拟电网环路中，观察其表现。在电力系统中，这通常涉及将实际硬件（如保护继电器、控制器甚至太阳能逆变器）连接到实时数字模拟器。模拟器的行为就像电网一样，为设备提供电压和电流，就像在实时系统中一样。这样，工程师就能实时观察硬件对故障、波动和控制信号的响应。HIL 测试结合了两者的优点：您可以在各种条件下安全地测试真正的设备，而不会对实际电网造成任何风险。
传统的电网研究（如离线负荷流和瞬态稳定性模拟）简化了许多电气细节，运行速度往往比实时模拟慢。而实时仿真则以更细的时间步长对电网进行建模，并能与 "挂钟 "时间同步执行仿真。这意味着它可以捕捉到传统研究中可能忽略的快速瞬态和控制相互作用。此外，实时模拟器还可以直接与物理硬件或控制系统连接。简而言之，传统研究非常适合长期稳定性和规划分析，但实时仿真可以更接近、更动态地复制电网行为，以达到测试和验证的目的。
