SimuNPS-FlexModel

一、SimuNPS-FlexModel模型库

为满足新型电力系统全层级仿真建模需求，提升仿真研发效率、降低装置开发成本、支撑新型电力系统关键技术攻关，研发SimuNPS-FlexModel模型库。模型库原生适配SimuNPS-EMT电磁暂态仿真软件，支持离线仿真、实时仿真、硬件在环全场景测试;同时提供标准化黑盒调用接口，可接入HYPERSIM、RT-LAB、MATLAB等第三方仿真工具。

二、模型库组成及特点

模型库遵循“从模块到设备、从单机到系统”分层递进建模思路，整体分为四大类：电力电子设备控制模型库、新能源设备模型库、直流输电与柔性输电工程模型库、典型系统案例模型库，完整覆盖模块级、设备级、场站级、系统级仿真需求。

1.电力电子设备控制模型库

(1)单模块逻辑控制模型

电力电子设备控制模型库面向DC/DC、DC/AC、AC/DC等典型变流器，提供从基础闭环、调制与同步到设备级运行逻辑的可复用控制模块。控制参数统一采用归一化标幺值体系，主电路容量和电压等级变化后只需修改基准值与少量参数。

(2)跟网型与构网型控制模块

跟网型模块包含PLL、dq解耦双闭环、高低电压穿越逻辑等控制，可用于PQ、Udc、Uac等跟网控制;构网型模块包含下垂控制、虚拟同步机、匹配控制、并离网切换等控制，可用于弱电网、低惯量系统研究。

2.新能源设备模型库

新能源设备模型库聚焦电力电子化新能源设备，包含单机换流器平均值模型、单机换流器详细值模型、新能源单机小步长模型三大类。

(1)单机换流器平均值模型

包含风电、光伏、储能等设备的跟网型与构网型电路及控制模型，级联SVG、级联储能、制氯电源等20余种单机数字模型。

模型主电路拓扑和电气参数对标实际工程装置，具有较强的工程适用性。

换流器采用电压源型或电流源型平均值建模方法，忽略开关器件动作细节，可显著降低计算量、提高仿真效率，适用于大步长、大规模系统级仿真。

控制系统采用归一化标幺值设计，主电路容量、电压等级及参数变化后通常无需重新设计控制结构，模型通用性和复用性较强。

(2)单机换流器详细值模型

包含风电、光伏、储能等设备的跟网型与构网型电路及控制模型，以及级联SVG、级联储能、制氢电源等20余种单机数字模型。

模型主电路拓扑和电气参数对标实际工程装置，具有较强的工程适用性。

换流器对IGBT等功率开关器件进行全开关详细建模，支持小步长仿真，可用于电能质量分析、开关特性校验、谐波测试及故障暂态研究等精细化仿真场景。

控制系统采用归一化标幺值设计，主电路参数变化后无需大幅调整控制逻辑和控制参数，便于跨容量、跨电压等级复用。

(3)新能源单机小步长模型

包含风电、光伏和储能等设备的主电路与控制模型，采用CPU-FPGA大小步长协同仿真架构：主电路拓扑模型在FPGA中运行，控制系统在CPU中运行。

主电路拓扑与实际装置保持一致，换流器采用开关器件详细建模，仿真步长小于1us,既支持纯数字实时仿真也可满足硬件在环测试的需求。

3.直流输电与柔性输电工程模型库

直流输电模型库主要含不同类型换流器的相关工程模型，包括LCC-HVDC、MMC-HVDC、PET、DAB等模型。

包含高压直流输电(HVDC)、模块化多电平换流器(MMC)、电力电子变压器(PET)等典型工程模型，可用于直流输电系统控制、保护及交直流耦合特性研究。

针对开关计算量较大的级联换流器拓扑，采用CPU-FPGA协同架构，换流器主电路在FPGA侧小步长实时解算，外围交流系统、直流网络及控制系统在CPU中建模，兼顾仿真精度、运行效率和调试便利性。

4.典型系统算例模型(配电网、微电网及新能源场站)

系统级场景模型库由各类单机设备模型、典型电网拓扑和场站控制系统组合构建，可用于方案验证、控制策略研究和工程联调的模型基础，覆盖复杂配电网、交直流微网、100%新能源区域电网以及新能源场站级模型等典型场景。

(1)有源配电网模型

支持包含配电线路、变压器、分布式光伏、风电、储能、台区负荷及开关设备的有源配电网，可开展潮流优化、电压治理、保护配合与故障自愈等研究。

(2)交直流微网模型

支持交流、直流及交直流混合微网，具备并网/孤岛切换、主从控制、对等控制、储能能量管理和黑启动等典型功能。

(3)100%新能源区域电网模型

由风电、光伏、储能、柔性负荷及电力电子接口设备构成，可研究低惯量系统的频率/电压稳定、构网控制、功率平衡与多时间尺度协调等。

(4)新能源场站级模型

支持风电场、光伏电站、储能电站及多能互补场站的集群建模，可对接场站AVC/AGC、EMS 实物控制器,开展硬件在环并网性能验证。

三、模型库特点与优势

1.模型体系完备，覆盖类型广泛

模型库涵盖新能源发电、常规电源、柔性输电、配电网和微电网等电力系统核心环节，既包含纯数字仿真模型，也支持硬件在环测试，可满足从模块级、设备级到系统级的全层级仿真需求。

2.模型精度高，工程对标性强

模型主电路拓扑、电气参数和典型控制结构均对标实际工业装置，典型工况下的稳态与暂态特性具有较高一致性，仿真结果具备工程参考价值。

3.参数归一化，模型复用性强

控制系统统一采用归一化标幺值参数体系。主电路容量、电压等级及关键参数修改后，通常无需重新设计控制逻辑，可显著提高建模效率和模型复用能力。

4.接口标准化，平台适配性强

模型预留标准化的上层控制器和调度系统接口，可与实时仿真平台深度适配，并支持Modbus、IEC60870-5-104、IEC61850等主流工业通信协议，可直接对接实物控制器开展硬件在环测试。