[论文解读] InterPSS: A New Generation Power System Simulation Engine

Mike Zhou, Qiuhua Huang|arXiv (Cornell University)|Nov 7, 2017

HVDC Systems and Fault Protection参考文献 9被引用 11

一句话总结

InterPSS 是一个为可扩展性和集成而设计的开源、面向对象的电力系统仿真引擎，具备模块化架构，支持高级应用，如输电与配电系统的联合仿真、电磁暂态与相量的混合仿真，以及与市场仿真器的集成。其开放设计和全面的建模能力，使得下一代电力系统应用的灵活研发成为可能。

ABSTRACT

This paper presents the design of InterPSS simulation engine, including its object model, open software architecture, and software development process. Several advanced applications, including an integrated transmission and distribution co-simulation, an electromagnetic transient and phasor domain hybrid simulation, and InterPSS integration with a market simulator, have been developed by either extending InterPSS simulation engine or integrating it with other programs and/or platforms. These advanced applications show that the open architecture combined with the comprehensive modeling and simulation capabilities make InterPSS a very attractive option for the research and the future new power system simulation application development.

研究动机与目标

• 设计一个灵活、可扩展且具备开放架构的仿真引擎，以支持现代电力系统研究。
• 支持高级电力系统应用，如输电-配电联合仿真和电磁暂态/相量混合仿真。
• 实现与外部平台（包括市场仿真器）的无缝集成，以实现全面的电力系统分析。
• 提供一个软件基础，支持未来电力系统仿真工具的创新。
• 建立以社区为主导的开发流程，确保仿真能力的可持续演进。

提出的方法

• InterPSS 引擎采用面向对象设计，为电力系统元件和网络元件建立了明确定义的对象模型。
• 其采用基于插件的开放软件架构，支持动态扩展和与其他工具及平台的集成。
• 仿真引擎支持多种仿真领域，包括电磁暂态和基于相量的相量测量单元（PMU）建模。
• InterPSS 通过标准化接口编排输电与配电系统各自的仿真模块，实现联合仿真。
• 与外部系统（如市场仿真器）的集成通过明确定义的应用编程接口（API）和消息传递协议实现。
• 软件开发过程强调版本控制、自动化测试和社区贡献，以确保可靠性与可扩展性。

实验结果

研究问题

• RQ1 模块化、开放架构的仿真引擎如何支持多样化且复杂的电力系统应用？
• RQ2 哪些设计模式能够实现输电与配电系统仿真之间的无缝集成？
• RQ3 如何在单一框架内有效结合电磁暂态与相量域仿真？
• RQ4 InterPSS 与外部仿真平台（如市场仿真器）之间的互操作性可达到何种水平？
• RQ5 开放的开发模式如何提升仿真引擎的可扩展性与长期可维护性？

主要发现

• InterPSS 成功实现了输电与配电系统的联合仿真，证明了其对多电压等级和多域电力系统的建模能力。
• 电磁暂态与相量域的混合仿真实现了精确的时间同步和域间数据交换。
• InterPSS 成功与市场仿真器集成，实现了电力系统与市场运行的协同分析。
• 开放的架构使得无需修改核心引擎组件，即可实现仿真能力的快速原型设计与扩展。
• 软件的模块化设计与社区驱动的开发流程，支持了仿真引擎的稳定且可扩展的演进。
• 该引擎在复杂的真实世界仿真场景中表现出强大的性能与可靠性，验证了其在科研与工业应用中的适用性。