未来智能电网中的独立电力系统模式
为准确模拟独立电力系统中各类设备本身的物理运行规律以及能量管理和控制措施对系统动态过程的影响，需要深入研究独立电力系统数字仿真建模方法。
独立电力系统的建模必须考虑系统自身的特点。首先，需要建立独立电力系统中特有的复杂元件和装置的仿真模型，如非陆用电力系统中的多相发电机和电动机、孤立区域电力系统和微电网中含电力电子接口的各种可再生能源发电装置等。其次，还要考虑系统内部各组成部分的时间常数相差较大的问题，例如，独立电力系统中一次能源转化的时间常数多以s计，发电装置中电磁暂态过程以μs计，机电暂态过程以ms或几十ms计，而电力电子变流器中开关及其控制过程以μs甚至ns计。
同时，还需要提出一套评估和校验仿真模型准确性和鲁棒性的理论或方法，设计合理的评估和校验指标，用于定量地衡量仿真模型的准确程度和鲁棒程度。
2)独立电力系统全过程实时/超实时仿真的理论和方法。
提高独立电力系统全过程仿真的准确性和快速性，使其达到实时或超实时，是实现数字虚拟独立电力系统的前提条件。
一方面，独立电力系统中包含了大量的电力电子装置，且涉及的频率范围十分广泛，反映不同物理特征的动态过程相互交织在一起，极大地增加了系统仿真的复杂度。为解决这一问题，可采用全数字机电暂态和电磁暂态混合仿真技术，有效协调系统仿真规模、精度和速度等问题，为模拟独立电力系统的动态特性提供新的方法和途径。
另一方面，采用并行计算技术，针对独立电力系统的结构设计高效的分解协调策略，并在高性能并行计算机上加以实现，可大大提高独立电力系统全过程仿真的速度。
3.2 全方位信息化的独立电力系统
全方位信息化是对独立电力系统运行状态进行监视和控制的重要基础。一方面，信息化系统通过先进的量测体系和可靠的通信系统，获得全面、准确的系统实时运行状态信息;基于所获得的实时运行状态信息，实现对系统元件的在线状态评估和故障诊断。另一方面，系统的决策和控制信号也将通过信息化系统可靠、有效地下达，实现对系统的实时闭环控制。
1)可靠的数据量测和传输技术。
独立电力系统的数据量测与传输技术必须适应实际应用环境的要求。
①独立电力系统往往包含大量特殊元器件，并采用交、直流混合网络，其保护和控制逻辑十分复杂。相应地，系统所需数据量测的内容和性能要求与传统互联电力系统也存在很大不同。
②独立电力系统中可再生能源发电受自然环境影响很大(如风速波动对风机出力的影响、云层移动对光伏机组出力的影响等)，系统运行状态的变化非常频繁且迅速，因此对数据测量的实时性要求很高。
③船舶/飞机/空间站电力系统多运行于恶劣的自然环境(海洋、高空或太空环境)中，大量电力设备紧凑地安装在有限的空间中，存在较强的电磁干扰。因此，数据采集和通信设备亦必须具有抵抗电磁干扰的能力。
2)独立电力系统的状态估计。
传统电力系统状态估计理论和方法一般针对大型互联电网设计，而独立电力系统的电气距离一般较近，系统中各量测量之间耦合程度较高，如何利用这一特点设计具有更强容错能力、更高准确性和更快计算效率的状态估计方法也是重要的研究方向之一。
3.3 具有自愈控制能力的独立电力系统
独立电力系统的自愈控制能力包括系统在线预警和控制能力。在系统运行过程中，通过对系统运行状态进行实时监视，对系统可能发生的安全稳定隐患进行预警，进而采取适当控制措施加以消除，提高系统的安全稳定水平、系统紧急状况下的快速重构与恢复能力。当系统发生故障时，系统自动进行重构，由断路器或其保护装置隔离故障负载或发电机，使无故障部分的重要负载最大限度地快速恢复供电。
1)在线预警和控制能力。
实现独立电力系统的在线预警和控制需要解决2个关键问题：
①建立一套运行指标体系，作为独立电力系统运行状态优劣的考核标准。该指标体系的建立应从用户的需求和运行环境对独立电力系统的要求出发，将这些需求构建成完整的可量化的指标体系。
②在此基础上，以指标体系为依据，分别建立“独立电力系统运行状态评估系统”和“独立电力系统能量管理系统”。
前者用来评估独立电力系统的运行是否处于满意状态，后者在某一个或某一组指标偏离预先设定的偏差允许值时，通过快速决策和控制，消除那些不满足指标要求的运行状态，使系统重新回到满意的运行状态。
2)紧急情况下的快速重构与恢复能力。
独立电力系统的实际运行环境对系统紧急情况下的快速重构与恢复能力提出了很高的要求。例如，船舶/飞机/空间站等非陆用电力系统中含有许多电子负载，对于电力中断和电能质量非常敏感，因此在系统故障时，必须快速恢复重要负载的供电以提高系统的存活能力。
高效可靠的快速重构算法是提高独立电力系统安全性和存活性的核心。独立电力系统的快速重构算法需要综合考虑多方面的约束：既要考虑静态约束，如潮流约束、电压电流限值约束等;又要考虑稳定约束，如暂态稳定性、电压稳定等，使系统在重构过程中能够保持稳定。
4 结语
新能源的大规模开发和利用给传统电力系统的运行和控制带来了众多挑战。独立电力系统作为未来电网能源供应和消费的一种新模式，是解决传统互联电力系统所面临难题的重要途径之一。笔者介绍了几类典型的独立电力系统，并结合独立电力系统的特点探讨了独立电力系统发展过程中面临的主要问题和需要研究的关键技术，以期为未来电网的发展提供有益参考。
作者：
清华大学电机系电力系统国家重点实验室：陈来军，梅生伟，许寅
陕西省地方电力(集团)有限公司：任正某
参考文献：
[1] Khersonsky Y，Hingorani N，Peterson K L.IEEE electric ship technologies initiative-A review of the electric ship technologies symposium and standardization activities[J].IEEE Industry Applications Magazine，2011，17(1)：65-73.
[2]Hirst M，Mcloughlin A，Norman P J，et al.Demonstrating the more electric engine：a step towards the poweroptimised aircraft[J].IET Electric Power Applications，2011，5(1)：3-13.
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