SimuNPS-EMT

一、系统定位

SimuNPS-EMT是科梁科技面向新型电力系统和大规模电力电子化场景研发的新一代软硬件一体化电磁暂态仿真系统，能够完整刻画电力电子开关过程、快速控制环节、保护动作、故障穿越、宽频振荡和多变流器相互作用等快速动态过程，并能够接入各类控制器实现数模混合实时仿真，适用于装备级到系统级的工程化仿真，主要支撑新能源发电、柔性直流等电力电子装备研发和测试，以及含高比例电力电子设备的大规模复杂电力系统运行特性及控制策略优化仿真研究和验证，是新型电力系统规划设计、装备研发、并网验证、系统稳定分析和运行风险评估的基础平台。

SimuNPS-EMT以高精度电磁暂态仿真计算为核心，提供图形化建模、模型库管理、快速仿真求解、智能结果分析和工程数据管理等一体化能力。在工程应用中，系统重点强化三项能力：一是支持BPA、PSCAD等既有模型导入与转换，帮助用户继承已有电网模型、设备模型、控制模型和工程算例，避免重复建模，降低模型迁移成本；二是采用优化的电磁暂态解算技术和大规模并行仿真能力，支持上万节点复杂电力系统计算，实现电磁暂态仿真从局部工程分析扩展到大规模系统级分析，三是实现了ns级电力电子设备快速响应过程与us级电力系统响应过程的联合交互实时精准仿真。

SimuNPS-EMT支持离线仿真与实时仿真的模型贯通和无缝衔接。对于装备级、小规模电力系统及控制策略仿真研究，用户可直接在常用笔记本电脑或台式工作站上完成建模、计算与结果分析；对于大规模电网、电力电子密集系统以及硬件在环等实时仿真场景，则可将同一模型部署至专用实时仿真机，开展高性能并行计算和实时闭环验证。由此形成从个人计算环境到专业实时仿真平台的一体化应用体系，减少重复建模与模型迁移成本。

二、系统总体架构

SimuNPS-EMT采用分层式软硬件架构设计，由应用层、核心计算层和基础平台层组成。三层架构既保证了用户侧建模、仿真、分析和工程管理的易用性，也保证了底层求解算法、并行计算、仿真实时性、数据管理、接口扩展和系统调度能力的可维护性与可扩展性。

应用层面向工程用户和开发人员，提供图形化建模、模型库管理、工程管理、仿真管理、结果可视化、标准元件库、专用元件库、用户自定义元件库、版本管理以及脚本与自动化等功能。用户可以通过图形化方式快速搭建电网、变流器、控制系统、保护逻辑和测试场景，并通过统一的工程管理体系完成模型组织、参数配置、仿真任务管理和结果分析。

核心计算层是软件的计算与求解中心，主要包括电磁暂态引擎、小步长/电力电子引擎、控制求解引擎、快速初始化引擎、并行计算引擎、C/C++编译服务、Python执行器、数据采样与记录数据库驱动服务、混合仿真引擎以及FMU驱动服务。该层负责完成电磁暂态数值求解、电力电子小步长仿真计算、控制系统联合计算、快速初始化稳态工况建立、并行计算和外部模型集成，是软件实现高精度、高效率和高扩展性的关键。

基础平台层为系统运行提供底层软硬件支撑，软件包括操作系统支持、仿真调度服务、并行与分布式支持、多机同步支持、实时内存访问服务、外部接口支持、分布式数据管理支持、I/O与驱动支持、许可证管理和日志服务；硬件包括高性能CPU以及FPGA算力资源，ADC、DAC以及DIO等高速I/O接口单元，SFP+以及QSFP+等高速通讯单元等。基础平台层面向工程化部署和平台化运行，通过单机多CPU核/多FPGA并行、多机分布式协同计算支撑装备级到系统级的数字仿真和数模混合仿真。

三、系统核心能力

SimuNPS-EMT 的核心能力为“图形化建模、高精度求解、同步并行解算、数模实时仿真、工程化管理、开放式集成和平台化扩展”。

1.图形化建模与工程化模型管理能力

SimuNPS-EMT 提供面向电力系统和电力电子系统的图形化建模环境，支持用户以工程图纸化、模块化、层次化方式搭建仿真模型。软件模型库由标准元件库、专用元件库和用户自定义元件库组成，覆盖基础电气元件、控制模块、测量环节以及故障模拟功能模块，可灵活构建含新能源场站、储能系统、柔性直流、电力电子变压器等复杂电力电子设备的不同规模交直流电力系统。

2.支持多种常用模型导入能力

SimuNPS-EMT支持BPA、PSCAD以及Simulink等已有模型的导入与转换，方便用户充分利用长期积累的模型资产，在保留既有模型资产的基础上开展进一步仿真分析，使已有模型能够继续发挥价值，降低平台迁移门槛，提升工程应用效率。

3.电力电子设备小步长仿真与大规模电力系统电磁暂态仿真联合求解能力

SimuNPS-EMT以内置优化的电磁暂态计算引擎为基础，结合电力电子设备小步长计算引擎，通过分布式高性能CPU与FPGA硬件并行加速以及多机同步支持，实现上万节点的大规模新型电力系统电磁暂态加速/实时仿真计算，可对跟/构网型新能源、SST、柔性直流工程等高频电力电子设备并网进行精细化仿真，为大规模新能源接入、交直流混联系统、区域电网稳定分析和复杂工程验证提供更强的仿真支撑。

4.基于潮流的稳态工况快速初始化能力

SimuNPS-EMT可与SimuNPS-ESA联合，实现基于潮流计算结果的电磁暂态仿真稳态初始工况快速建立，大幅提高仿真分析效率。

5.各类控制与保护装置硬件在环接入能力

SimuNPS-EMT基于科梁自研专用实时仿真器，通过高速数字模拟量I/O接口、SFP+接口以及以太网通讯接口，实现与各类ns级、us级、ms级以及s级响应速度的控制与保护装置连接进行数模混合仿真。

系统最高支持200kHz开关频率的变流器控制器的硬件在环，可同时支持共计上万个I/O信号的大规模控制器硬件在环仿真。

6.与其他软件/模型协同仿真能力

SimuNPS-EMT在核心服务层设置控制求解引擎以及FMU运行驱动服务，支持外部封装的黑盒模型以及其他专业软件的FMU模型等联合运行。SimuNPS-EMT支持封装成黑盒/FMU模型，供其他软件调用进行联合仿真。

四、典型应用

SimuNPS-EMT作为科梁科技研发的具有自主知识产权的电磁暂态仿真系统，通过高精度电磁暂态并行仿真，帮助客户实现从新能源装备研发与并网仿真验证、新能源场站以及园区级仿真验证、直流工程仿真验证、算力中心供电仿真验证到大规模省域级电网的仿真验证。

1.新能源装备研发与并网仿真验证：SimuNPS-EMT面向跟/构网型新能源风光储变流器研发与并网验证，支持百ns级小步长电磁暂态仿真及控制器硬件在环测试，可精准评估弱电网、故障穿越、保护配合与宽频阻抗分析。

2.新能源场站以及园区级仿真验证：SimuNPS-EMT面向新能源场站及园区级系统仿真验证，可统一构建电网、风光储新能源场站、负荷及控制保护系统模型，支持详细开关模型与等值模型协同数模混合仿真。系统能够开展多设备并联、源网荷储协调、并离网切换、故障穿越、黑启动、保护配合及弱电网适应性分析，准确复现电压频率波动、功率振荡和控制耦合等问题，为场站接入设计、控制参数整定、运行方式校核及投运前风险验证提供支撑。

3.直流工程仿真验证：SimuNPS-EMT面向常规直流与柔性直流工程仿真验证，支持交流系统、换流站、直流线路及控制保护系统统一建模与数模混合仿真，可接入真实继保装置开展交直流故障、闭锁重启、功率反转、多端协调及保护配合分析，准确复现控制耦合、电压波动和功率振荡，为工程设计、参数整定及投运前联调提供支撑。

4.算力中心供电仿真验证：SimuNPS-EMT面向算力中心供电系统仿真验证，支持电网、中压配电、SST、储能及服务器负荷统一建模与数模混合仿真。针对近千个100kHz高频电力电子SST装置，系统提供百ns级小步长、高性能并行仿真，准确分析负荷突变、母线故障、并离网切换、控制耦合及宽频振荡，为供电架构设计、装备选型、控制优化和投运前验证提供支撑。

5.大规模省域级电网的仿真验证：SimuNPS-EMT面向大规模省域级电网仿真验证，支持BPA、PSCAD，HYPERSIM等模型的导入，支持省域级上万节点的电力系统与新能源电力电子系统的统一建模与数模混合仿真，可开展大规模故障扰动、电压频率稳定、交直流耦合、弱支撑区域振荡及新能源集中接入分析。系统通过多时间尺度建模与高性能求解，复现复杂运行方式下的动态演化过程，为电网规划校核、稳定边界评估、控制策略优化及重大故障预演提供支撑。