没有先进的仿真技术，工程师就无法安全地设计当今复杂的电力系统。现代电网非常复杂，集成了可再生能源和分布式发电。到 2025 年，美国的分布式能源资源（DER）累计容量将达到 387 GW，工程师必须管理的因素成倍增加，因此这种复杂性的飙升带来了无数潜在的故障模式。开发周期比以往任何时候都要紧迫，可靠性标准也不宽松，因此直接在运行中的电力基础设施上测试新设计既不现实，也存在风险。实时仿真提供了一个强大的替代方案：它提供了一个安全、高保真的虚拟环境来验证和完善电力系统设计，及早发现问题，加快开发速度，并确保系统性能可靠--所有这一切都无需昂贵的物理原型或危险的现场实验。仿真弥补了概念与运行之间的差距，使工程师能够在复杂性不断增加的情况下迅速进行创新。
复杂的电力系统需要模拟才能进行安全测试
电力系统已变得错综复杂，不能再依靠试错式的现场测试。一个电网涉及数千个组件，其中任何一个组件都可能出现意外情况。在真实电网或原型上对极端情况进行物理测试不仅成本高昂，而且可能造成灾难性后果。一个失误就可能导致设备损坏或大面积停电，而我们知道大面积停电会带来巨大的经济损失。美国企业每年因停电损失约 1500 亿美元。相比之下，模拟可以让工程师在受控的数字环境中安全地重现这些场景。
利用详细的电力系统模型，工程师可以虚拟地施加严重故障、快速负载波动或异常配置，而不会危及真实设备或客户。高保真模拟器能复制微秒级的瞬态电气行为，因此即使是逆变器跳闸或保护系统响应等快速反应现象也能被仔细观察到。这意味着您可以探索最坏情况下的事件（级联线路故障、太阳能发电量突然激增等），并在任何物理实施之前查看系统的承受能力。这种安全的虚拟测试可以及早发现漏洞，避免日后出现代价高昂的意外情况。随着电力系统变得越来越复杂，容错率越来越低，仿真已成为测试新设计和控制策略的唯一实用方法，而不会将人员或基础设施置于危险之中。
实时仿真提供了一个强大的替代方案：它提供了一个安全、高保真的虚拟环境，用于验证和完善电力系统设计，及早发现问题，加快开发，并确保系统性能可靠。
仿真加速设计，降低故障风险
工程团队面临着在更紧迫的时间内提供更好的电力系统解决方案的压力。传统的构建和测试周期--构建原型、等待现场测试、在失败后进行迭代--在今天显得过于缓慢和冒险。仿真从根本上改变了这一等式，使迭代开发的速度大大加快。您可以对新的电网控制算法或变电站设计进行建模，并在数小时内而不是数月内开始虚拟测试，无需等待硬件即可快速完善设计。这种加速设计循环可将创新产品更快推向市场，并降低开发成本。值得注意的是，一个利用高保真模拟器培训的发电厂项目的调试时间缩短了 15%，这说明了虚拟测试是如何简化部署的。
仿真还能帮助您在最容易（也最便宜）解决问题的时候发现并解决问题。及早发现设计缺陷可以省去大量麻烦--在运行中发现的错误要比在设计阶段发现的错误多花费数百倍的时间来修复。实时仿真使这种早期发现成为可能：工程师可以让控制软件或设备模型在虚拟世界中经受成千上万种情况（故障、负载峰值、组件失效）的考验，并在任何东西上线之前就找出弱点。当您进入物理原型设计时，您所面对的是一个更加成熟和经过验证的设计。
这大大降低了开发期间和部署后的故障风险。您的团队不用在现场从代价高昂的错误中学习，而是从模拟中安全地学习。这样做的结果是设计周期更快，返工次数更少，而且更有信心，一旦系统真正建成，从第一天起就能按预期运行。
- 早期虚拟原型：通过仿真，您可以立即测试概念设计和控制策略，因此无需等待物理原型就能进行迭代。
- 快速场景测试：自动模拟可在一夜之间运行数百种情景（电网干扰或设备停机）。工程师可以获得即时反馈，并在数天而非数月内完善设计。
- 安全的故障探索：您可以在仿真中将系统推向边缘--制造罕见故障或极端过载--而不会产生实际后果。这样既能发现传统测试可能忽略的边缘故障，又能保证硬件安全。
- 减少物理原型：通过先在软件中验证想法，团队往往能减少硬件原型的制作。昂贵的测试只保留给最终的、经过严格审核的设计，从而削减了成本和开发时间。
- 协作设计：仿真提供了一个共享沙盒，电气工程师、控制开发人员和保护专家可在此共同进行试验。组件接口上的问题可以及早发现，避免成为代价高昂的集成问题。
凭借这些优势，实时仿真已成为电力工程速度和质量的催化剂。它使您的团队能够快速而安全地开展工作。工程师可以在无风险的数字环境中尝试大胆的想法，迅速完善这些想法，并避免后期失败的噩梦。简而言之，基于仿真的工作流程只需传统方法的一小部分时间，就能产生更好的设计。
高仿真模拟提高了可靠性和性能
一旦电力系统从设计阶段进入运行阶段，就不允许出现任何差错，因此必须确保可靠性和效率。高保真模拟在实现这些目标方面发挥着至关重要的作用。由于实时模拟器可以极其精确地模拟电气行为，因此工程师可以对系统进行微调，以实现最高的稳定性、效率和稳健性。先进的电磁瞬态（EMT）模拟可让电力公司研究基于逆变器的资源如何对电网故障做出响应，其细节远远超过传统模型。北美电力可靠性公司（NERC）甚至警告说，要识别和降低现代电网中新出现的可靠性风险，就必须进行这些详细的模拟。工程师使用高保真模型来验证保护装置和控制装置对干扰的正确反应。每一个微妙的动态都可以得到验证，从而使操作人员确信真实系统将按照预期运行。
确保系统可靠性
通过实时模拟，工程师可以应用无数种 "假设 "干扰，并验证电网是否保持稳定。他们可以模拟发电机跳闸、短路或其他故障，并查看系统的反应，从而在任何真实事件发生之前及早发现并修复薄弱环节。在部署设计时，该设计已通过成千上万次虚拟试验验证，大大降低了意外停电的几率。
实时模拟已成为工程必备
电力工程的发展轨迹使 实时仿真变得不可或缺。面对电网复杂性的飙升和对可靠性的苛刻要求，全球工程师已将仿真融入到开发的每一个阶段。事实上，领先的研究人员警告说，如果没有最先进的仿真工具，电力公司可能会在电网发生变化时难以维持可靠性。高保真、实时模型不再是奢侈品，因为它们是我们今天设计弹性系统的核心。公用事业公司和制造商现在使用实时数字孪生来验证施工前的设计，因为他们知道每个关键部件都应进行虚拟审查。事实证明，这种方法非常有效，正在成为其他高风险行业的标准。实时模拟是降低复杂工程项目风险的新基准。
高保真模拟器能够复制微秒级的瞬态电气行为，因此即使是逆变器跳闸或保护系统反应等快速反应现象也能被仔细观察到。
实时模拟的兴起并不能取代人类的聪明才智，因此当每一种假设场景都可以在模拟器上进行探索时，设计团队就能更深入地了解系统行为，从而做出更好的决策。当项目投入使用时，利益相关者可以放心，因为他们知道系统已经经历了数字化的考验。通过弥合理论与实践之间的差距，实时仿真已成为工程设计中不可或缺的一部分。它使我们能够迅速、安全地应对电力系统的挑战，在紧迫的时间内提供弹性、高性能的设计。
OPAL-RT 增强工程师的实时模拟能力
基于对实时仿真在现代电力工程中至关重要的认识，OPAL-RT长期以来一直致力于帮助工程师应对这些复杂的挑战。公司提供的 实时仿真平台可让团队对从单个电力电子设备到整个电网的所有设备进行建模和测试，并保证其真实性。通过使用其硬件在环和数字孪生解决方案，工程师可以在施工前很长时间内，根据所有情况（多源电网、快速瞬态、故障条件）安全地验证控制策略和设备设计。这意味着您可以及早发现设计问题，完善系统性能，并在不减慢开发速度的情况下自信地实现可靠性目标。
这种方法与上述痛点和优势不谋而合。该公司的实时模拟器和软件工具使企业能够在紧迫的时间内处理急剧增加的系统复杂性，同时保持最高标准的安全性和可靠性。在整个能源行业及其他领域，该公司是创新者寻求弥合概念与运行之间差距的值得信赖的合作伙伴。从增加可再生能源的公用事业公司到开发新型变流器的研发团队，工程师们都可以借助实时仿真专业技术加快进度。这样不仅能加快设计周期，还能提高电力系统的弹性，随时满足实际需求--这就是电力系统仿真在工程设计中变得至关重要的原因。
电气模拟可让您测试极端条件，而不会危及设备或基础设施。您可以在受控的数字环境中研究性能，而不是将资产暴露在破坏性场景中。这样，您就可以确信系统能够承受故障和压力。OPAL-RT 提供的仿真工具可以帮助您准确、快速地进行安全验证。
仿真软件可帮助您缩短设计周期，并通过及早发现设计缺陷来降低成本。您可以对网格行为进行建模、验证控制并在转入硬件之前对设置进行微调。这样可以避免浪费时间和返工，确保更顺利地实施。OPAL-RT 支持这些工作流程，其高性能仿真器旨在帮助您更快地交付可靠的成果。
高保真模型能够捕捉系统行为的微秒级细节，使工程师能够验证保护响应和稳定性。如果没有这种精确度，隐藏的风险可能会在运行前被忽视。使用精确的模拟，可以让您确信系统的性能符合预期。OPAL-RT 专注于实时平台，能够为您的项目带来这种逼真度。
可再生能源增加了电网的可变性和复杂性，传统测试无法完全覆盖。通过实时仿真，您可以详细模拟逆变器动态、快速输出转变和电网互动。这将确保您能够设计出在输入不断变化的情况下保持系统稳定的控制装置。OPAL-RT 可帮助可再生能源项目团队利用实时测试加快集成速度并保持可靠性。
OPAL-RT 为工程师提供实时仿真平台，用于验证概念和降低开发风险。通过这些工具，您可以虚拟地完善设计，并在建立原型之前充满信心。这样做的结果是加快了项目进度，提高了成功率。整个能源和学术领域的工程师都信赖 OPAL-RT，以支持他们最复杂的验证需求。
