路學(xué)剛，朱欣春，胡 斌，董詩燾，文兆新，毛東宇，鄭宗生

（1.云南電力調(diào)度控制中心，云南昆明 650000；2.南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇南京 211102；3.四川大學(xué)，四川成都 610065）

0 引言

隨著我國新能源的迅速發(fā)展，電網(wǎng)的新能源比例逐漸提高，大規(guī)模電力電子設(shè)備的控制特性對電網(wǎng)整體運行特性的影響日益顯著[1-2]。多種時間尺度動態(tài)特性耦合、設(shè)備規(guī)模增大以及電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性極大增加了電網(wǎng)分析的難度[3-5]。

電網(wǎng)系統(tǒng)仿真是準(zhǔn)確掌握電網(wǎng)運行特性必備的基本手段，但當(dāng)前國內(nèi)外已有的仿真工具均存在一定的局限性[6-7]。電網(wǎng)常用的BPA 等機電仿真程序可以適用大規(guī)模電網(wǎng)仿真，但無法詳細考慮對直流輸電系統(tǒng)和新能源場站變流器等電力電子設(shè)備的動態(tài)特性。PSCAD，MATLAB 等電磁仿真軟件可以搭建較為詳細復(fù)雜的電力電子控制系統(tǒng)模型[8]，可以充分反映電力電子設(shè)備的實際運行動態(tài)特性，但由于軟件運行算法的限制，無法適應(yīng)較大的高比例電網(wǎng)仿真。RTDS 可以進行復(fù)雜的電磁暫態(tài)仿真[8]，但其運行實施需要大量的配套和維護工作，無法適應(yīng)頻繁的電網(wǎng)分析需求。

仿真系統(tǒng)的研究主要包括仿真模型和仿真算法兩方面。仿真模型方面，適應(yīng)于大規(guī)模仿真的新能源變流器集群，直流輸電等電力電子裝備及其保護系統(tǒng)的建模方法仍是目前的研究熱點。文獻[9-10]研究了電力電子設(shè)備電磁暫態(tài)模型的簡化，通過開關(guān)函數(shù)或平均化等實現(xiàn)運算加速。文獻[11-12]通過不同頻次動態(tài)相量的建模方法，加快了電磁暫態(tài)的計算。文獻[13-14]采用移頻建模的方式提高仿真步長，實現(xiàn)電磁暫態(tài)的加速。文獻[15-16]通過人工智能算法和大數(shù)據(jù)的方式實現(xiàn)大規(guī)模場站的特性建模。仿真算法方面，利用多線程結(jié)合并行計算算法對大電網(wǎng)進行仿真，是提高電磁暫態(tài)仿真效率的有效的方式。文獻[17-19]基于矩陣分網(wǎng)實現(xiàn)了仿真計算的并行。文獻[20-22]利用GPU 加速實現(xiàn)交流潮流法的加速計算。文獻[23-24]在多速率并行計算基礎(chǔ)上，基于高性能服務(wù)器和現(xiàn)場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）實現(xiàn)了仿真并行計算。綜合已有的研究，當(dāng)前電力電子設(shè)備的電磁暫態(tài)模型的精細化程度仍有待提高。網(wǎng)絡(luò)計算、設(shè)備建模與并行計算的結(jié)合仍有進一步的研究空間，共同實現(xiàn)精確、快速和便利的仿真系統(tǒng)。

為解決當(dāng)前高比例新能源電網(wǎng)仿真系統(tǒng)在高精度、快速和便利性方面面臨的問題，本文提出基于等效簡化和GPU 的高比例新能源電網(wǎng)快速仿真系統(tǒng)。基于控制模型和聯(lián)結(jié)阻抗對大規(guī)模變流器設(shè)備進行聚合等效，對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進行分區(qū)簡化，進一步降低運算復(fù)雜度；通過GPU 并行算法完成仿真建模和計算，提高仿真系統(tǒng)的運行速度；有效結(jié)合聚合等效建模、分區(qū)簡化和并行算法，保證電磁暫態(tài)仿真精度，提高大規(guī)模復(fù)雜電網(wǎng)的仿真速度，適應(yīng)了電網(wǎng)對仿真分析的高頻使用及維護。

1 快速仿真系統(tǒng)架構(gòu)

針對高比例新能源電網(wǎng)的快速精確仿真需求本文所提仿真系統(tǒng)，同時兼顧仿真模型、仿真工程維護和進行的便利性。仿真系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。通過多變流器的聚合建模和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的分區(qū)簡化，在保證電力電子設(shè)備動態(tài)特性的前提下，盡可能簡化仿真內(nèi)容；通過GPU 電磁暫態(tài)時間尺度并行計算提高整體仿真效率，實現(xiàn)仿真過程的加速。以聚合等效建模、網(wǎng)絡(luò)簡化和GPU 并行計算為核心技術(shù)，構(gòu)建相應(yīng)的軟硬件，完成電網(wǎng)所需的仿真分析計算。

圖1 仿真系統(tǒng)整體架構(gòu)Fig.1 Architecture of proposed simulation system

仿真平臺即軟硬件系統(tǒng)主要包含3 部分功能：人機可視化交互、數(shù)據(jù)交互以及并行計算。人機可視化交互提供仿真任務(wù)構(gòu)建平臺，搭建網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，定義元器件及其控制模型，完成仿真任務(wù)設(shè)計，可以進行批量任務(wù)設(shè)計，并形成拓撲和元件信息進入數(shù)據(jù)交互模塊；數(shù)據(jù)交互主要包含模型、算法以及任務(wù)信息的交互，通過網(wǎng)絡(luò)及通訊協(xié)議完成核心模型和算法的維護、更新及調(diào)用，接收仿真任務(wù)及其信息，并按照對應(yīng)的模型和簡化算法對各個仿真任務(wù)中包含的新能源場站及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進行簡化，同時生成仿真任務(wù)集與并行計算硬件模塊進行交互，收集仿真結(jié)果并反映至人機可視化交互界面；并行計算模塊基于GPU 異構(gòu)并行計算環(huán)境，將各個任務(wù)的并行運算映射到GPU 中進行計算，并將計算結(jié)果返回至數(shù)據(jù)交互模塊。仿真平臺通過網(wǎng)絡(luò)進行信息交互，實現(xiàn)人機交互和復(fù)雜計算，易于平臺計算能力的擴展，也便于模型和算法的更新維護，可以較好適應(yīng)大規(guī)模仿真任務(wù)的需求。

2 多變流器聚合等效

隨著變流器并網(wǎng)數(shù)量的增多，弱阻尼工況下的故障等電磁暫態(tài)現(xiàn)象是重要的仿真內(nèi)容。

對新能源場站進行聚合等效，在對新能源高占比系統(tǒng)特性分析和測試應(yīng)用的前提背景下，優(yōu)先滿足等效前后電壓、電流、總體輸出有功無功功率保持不變，等效變流器與整體變流器動態(tài)特性保持一致。本仿真系統(tǒng)對多變流器聚合等效的基本思路如下：

1）簡化認為多變流器內(nèi)部控制系統(tǒng)及其電氣參數(shù)相同，對于控制參數(shù)差異較大的變流器進行單獨聚合等效。

2）當(dāng)變流器的差異主要是場站內(nèi)的連接阻抗時，按近機群與遠機群的分類將場站內(nèi)機組等值為2 機。

3）當(dāng)變流器的差異主要是各變流器輸出有功和無功功率時，按大功率機群與小功率機群的分類將場站內(nèi)機組等值為2 機。

4）當(dāng)場站內(nèi)電氣特性復(fù)雜時，按照近機群、遠機群、大功率機群、小功率機群將場站內(nèi)機組等值為4 機。

2.1 變流器控制系統(tǒng)模型

圖2 為單變流器并網(wǎng)系統(tǒng)以有功無功為控制目標(biāo)的典型控制系統(tǒng)。

圖2 典型變流器有功無功控制系統(tǒng)Fig.2 Active and reactive power control system of typical converter

系統(tǒng)的電壓外環(huán)控制包括有功控制和無功控制2 個環(huán)節(jié)。有功控制環(huán)節(jié)常采用直流電壓控制，無功控制環(huán)節(jié)常采用交流側(cè)端電壓控制。內(nèi)環(huán)控制為d，q軸電流環(huán)控制。

為實現(xiàn)矢量控制，系統(tǒng)利用鎖相環(huán)檢測并網(wǎng)點電壓Ut的相位，繼而生成控制參考坐標(biāo)系。圖3 為基于d，q同步坐標(biāo)變換的三相同步鎖相環(huán)控制框圖。其中，ω0為系統(tǒng)額定角速度；Utd、Utq分別為系統(tǒng)電壓Ut的d，q分量。

圖3 鎖相環(huán)控制框圖Fig.3 PLL control structure

2.2 多并聯(lián)變流器聚集模型

將多變流器等效為單臺變流器，在控制模型及其參數(shù)默認一致的情況下，等效的單機變流器即可采用原單臺的控制參數(shù)。為保證聚合等效輸出的精度，需要考慮光伏/風(fēng)電等新能源機組參數(shù)、場站連接線路阻抗等元件的聚合。

對于新能源機組，基于新能源場站模型結(jié)構(gòu)，參考實測曲線，可以得到其聚合模型參數(shù)的等效關(guān)系：

式中：N為待聚合光伏/風(fēng)電機組數(shù)量；Si，Pi，Qi，Hi，Di，Cdi，Lfi分別為第i個光伏/風(fēng)電機組輸出的視在功率，有功功率，無功功率，慣性常數(shù)（風(fēng)機），阻尼系數(shù)，濾波電容，濾波電抗；Seq，Peq，Qeq，Heq，Deq，Cdeq，Lfeq分別為聚合后單光伏/風(fēng)電機組輸出的視在功率，有功功率，無功功率，慣性常數(shù)（風(fēng)機），阻尼系數(shù)，濾波電容，濾波電抗。

新能源機組存在不同的連接方式。阻抗等效的基礎(chǔ)為保證變換前后由受電網(wǎng)電壓影響的幅值和相位不變。對于變壓器，可等效成對應(yīng)電壓側(cè)的阻抗，加入連接阻抗進行統(tǒng)一變換。

干式線路等值如圖4 所示，其中，S1，S2，S3，S4代表各風(fēng)電機組。當(dāng)功率平均分布時，干式線路等值阻抗如式（2）所示。

圖4 干式線路等值圖Fig.4 Equivalent model of dry lines

式中：Zeq為等效阻抗；Z1，Z2，…，Zn為各變流器的連接阻抗；n為變流器數(shù)量。

放射式線路等值如圖5 所示。當(dāng)功率平均分布時，放射線路等值阻抗如式（3）所示。

圖5 放射式線路等值圖Fig.5 Equivalent model of divergent lines

式中：Zeq為等效阻抗；Z1，Z2，…，Zn為各變流器的連接阻抗；n為變流器數(shù)量。

對于系統(tǒng)故障的仿真，涉及變流器機組數(shù)量變化的工況，則需要針對性調(diào)整數(shù)量N，重新對多變流器機組進行聚合等效。

3 網(wǎng)絡(luò)分區(qū)

通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)分區(qū)的方式可以提高并行仿真的計算速度。在對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進行分區(qū)后，并行仿真計算速度受各分區(qū)單獨的仿真時間和各分區(qū)之間數(shù)據(jù)交互時間的影響。仿真運行總時間與2 個因素的關(guān)系可由式（4）表示：

各分區(qū)單獨的仿真時間和各分區(qū)之間數(shù)據(jù)的交互時間與采用的GPU 處理能力相關(guān)。因此在本文仿真系統(tǒng)中將GPU 處理能力作為網(wǎng)絡(luò)分區(qū)的基礎(chǔ)依據(jù)。由式（4）可知，各分區(qū)間的規(guī)模尺度要盡量均勻，避免各分區(qū)計算差異過大及相互間交互時間的不同。本文通過所有仿真任務(wù)中涉及元件的總數(shù)量來表征仿真規(guī)模。電網(wǎng)各元件種類、控制策略不同，其仿真計算所需時間也不一致。但相同類型、細度元件的計算時間相當(dāng)，計算量差距很小；而不同類型元件的計算量差距很大。在高比例新能源電網(wǎng)中，主要是電力電子設(shè)備和同步機的差距較大，因此為充分考慮新能源場站節(jié)點在仿真中的計算量，在涉及元件數(shù)量的計算中，新能源節(jié)點需要計算一定的系數(shù)。同時，根據(jù)第2 節(jié)中變流器等效，等效出的變流器即可按單獨的元件計算。將仿真任務(wù)中的元件總數(shù)與當(dāng)前GPU 可用線程塊計算元件處理平均數(shù)，作為網(wǎng)絡(luò)分區(qū)的基礎(chǔ)依據(jù)，計算如式（5）所示。

式中：M為線程塊計算元件處理平均數(shù)；Nb為當(dāng)前可用GPU 線程塊；j為仿真任務(wù)標(biāo)號；αj為第j個任務(wù)中變流器附加系數(shù)，一般大于1；Ngi為第j個仿真任務(wù)中的同步機數(shù)量；Nlj為第j個仿真任務(wù)中的負荷數(shù)量；Nt為當(dāng)前并發(fā)的仿真任務(wù)數(shù)量。

本文采用層次聚類方法對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進行分區(qū)，將具有指標(biāo)關(guān)聯(lián)特性（例如電氣聯(lián)系緊密，屬于同一地理區(qū)域或行政管轄范圍等）的節(jié)點和元件聚合在一起，對大系統(tǒng)進行分區(qū)。將監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)中省級以上電網(wǎng)中電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系、地理分區(qū)名及元件類型等信息導(dǎo)入仿真數(shù)據(jù)。將電氣距離或/且地理距離較近的進行聚合，對于含Nm個節(jié)點的大系統(tǒng)，如圖6 所示，從電力系統(tǒng)所有節(jié)點開始，將具有關(guān)聯(lián)特性的節(jié)點由下至上劃分為不同的分區(qū)，不斷向上直至完成所有網(wǎng)絡(luò)的分區(qū)工作，其中，C1，C2等代表較高層級的聚類。

圖6 自下而上層級聚類Fig.6 Bottom-up clustering

按照仿真任務(wù)中的網(wǎng)絡(luò)，從最底端開始按照區(qū)域電氣距離和電壓等級進行排序。從最近的電氣距離開始，將包含M個元件的節(jié)點作為1 個分區(qū)，直至所有網(wǎng)絡(luò)的分區(qū)完成，分區(qū)的具體流程如圖7所示。

圖7 網(wǎng)絡(luò)分區(qū)流程Fig.7 Network partitioning process

4 GPU并行算法

GPU 是一類由大量計算核心、少量邏輯處理單元構(gòu)成的眾核（Many-Core）架構(gòu)處理器。其為實現(xiàn)對GPU 的編程應(yīng)用，NVIDIA 推出了統(tǒng)一計算設(shè)備架構(gòu)（Compute Unified Device Architecture，CUDA）的通用并行計算架構(gòu)，可以實現(xiàn)通過GPU 的強大計算能力來解決特定復(fù)雜問題。圖8 給出了CUDA 下的GPU 細粒度并行計算模型。其中，GPU 程序被組織為一系列核函數(shù)。每一個核函數(shù)包含大量計算線程，并由CPU 程序調(diào)用執(zhí)行。大量線程在GPU中被組織為層狀結(jié)構(gòu)，并有序地映射到GPU 中的每個計算核心。計算指令相同的線程通過單指令多線程（Single-instruction Multi-threads，SIMT）并行機制實現(xiàn)計算任務(wù)的細粒度并行。

圖8 GPU細粒度并行計算模型Fig.8 GPU fine-grained parallel computing model

元件特性采用微分方程或偏微分方程來描述。一般先在待求解網(wǎng)絡(luò)中采用數(shù)值積分方法（可選多種數(shù)值積分方法）對系統(tǒng)中動態(tài)元件的微分方程進行差分化，得到代數(shù)形式的差分方程組，進而得到等效導(dǎo)納與電流源并聯(lián)的諾頓等效電路，實現(xiàn)各個離散時間點上的暫態(tài)等值計算網(wǎng)絡(luò)表征。通過聯(lián)立電路的差分方程組，可以得到如式（6）所示的節(jié)點計算方程，求解可得系統(tǒng)中各節(jié)點電壓的瞬時值。

式中：U1(t)，U2(t)，…，UN(t)為t時刻各節(jié)點電壓；Y11～YNN組成等值網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點電導(dǎo)矩陣；I1(t)，I2(t)，…，IN(t)為t時刻為各節(jié)點注入電流。

面向控制系統(tǒng)和非線性電氣元件的處理，其作用是更新電氣元件計算所需的電壓、電流、導(dǎo)納矩陣。

將所得分區(qū)映射到不同的GPU 線程塊中求解，各區(qū)的交互信息通過GPU 內(nèi)存實現(xiàn)共享和調(diào)用。每個分區(qū)具有獨立的仿真進程，將生成獨立的電磁暫態(tài)仿真執(zhí)行文件，調(diào)用GPU 網(wǎng)絡(luò)求解核函數(shù)，并在不同的GPU 線程塊上獨立運行。網(wǎng)絡(luò)方程采用任意GPU 加速的線性代數(shù)庫求解式（6）所示的節(jié)點電壓方程。為避免系統(tǒng)矩陣的頻繁更新，在求解前，通過對系統(tǒng)節(jié)點電導(dǎo)矩陣Yn求逆，得到系統(tǒng)的節(jié)點電阻矩陣，并將其預(yù)存在GPU 全局內(nèi)存中。在仿真過程中，若Yn不變，則節(jié)點電壓方程的求解可簡化為矩陣向量乘法。網(wǎng)絡(luò)方程求解核函數(shù)可選用CUBLAS 矩陣求解器。同類計算采用SIMT 的細粒度并行計算形式在GPU 上求解。每層的不同類別元件可分至不同的組，實現(xiàn)分組SIMT 并行。每一層元件計算完畢后，進行一次層間同步，保證下一層所需的數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備完畢。最終，基于GPU 的電磁暫態(tài)仿真計算流程如圖9 所示。其中，t為迭代次數(shù)；ttotal為迭代總次數(shù)。

圖9 基于GPU的電磁暫態(tài)仿真計算流程Fig.9 GPU based electromagnetic transient simulation calculation process

5 運行實例

為對高比例新能源電網(wǎng)快速仿真系統(tǒng)的運行性能進行測試，本系統(tǒng)采用NVIDIA A100 PCIe 80G作為仿真計算平臺的GPU。從變流器仿真精度和仿真運行時間的角度進行實例驗證。

為驗證變流器等效方法的可靠性，將多變流器與等效變流器的運行情況進行對比。多變流器與電網(wǎng)連接的系統(tǒng)如圖10 所示。以多變流器的電網(wǎng)系統(tǒng)的PSCAD 仿真結(jié)果作為測試依據(jù)，分別將正常運行、階躍和故障3 種工況的運行情況與仿真系統(tǒng)中的等效變流器運行情況進行比較，對等效模型在穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)下的仿真精度和有效性進行驗證。

圖10 多變流器系統(tǒng)圖Fig.10 Multi converter system

變流器控制采用有功/無功控制的方式，其主要控制和電路參數(shù)如表1 所示。為較好驗證等效變流器的運行特性及更好模擬現(xiàn)場的連接情況，圖10中各個變流器的阻抗存在差異。

表1 變流器的主要控制和電路參數(shù)Table 1 Main control and circuit parameters of converter

選取變流器的控制目標(biāo)有功功率和無功功率作為比較對象，穩(wěn)態(tài)運行情況下的波形對比如圖11所示。其中，Pm0，Qm0為PSCAD 仿真結(jié)果，Pm，Qm為仿真系統(tǒng)仿真結(jié)果。從圖11 中可以看出，穩(wěn)態(tài)情況下等效變流器與多變流器的PSCAD 的仿真結(jié)果基本一致，誤差不超過0.1%。

圖11 穩(wěn)態(tài)運行對比Fig.11 Steady state operation comparison

多變流器控制目標(biāo)階躍與等效變流器階躍的輸出波形對比如圖12 所示。0.8 s 時刻有功功率降低10%，1.2 s 時刻返回原控制目標(biāo)。從圖12 中可以看出，階躍情況下等效變流器與多變流器的PSCAD 的仿真結(jié)果基本一致，誤差不超過0.1%。

圖12 階躍運行對比Fig.12 Step state operation comparison

為進一步驗證仿真系統(tǒng)對變流器暫態(tài)工況的仿真能力，將系統(tǒng)三相短路系統(tǒng)電壓降低至30%并持續(xù)0.5 s 的工況下的PSCAD 與仿真系統(tǒng)的仿真結(jié)果進行對比，對比結(jié)果如圖13 所示。在整個暫態(tài)變化過程中，PSCAD 仿真結(jié)果與仿真系統(tǒng)的運行結(jié)果基本一致，有功/無功功率波動的最大最小值，波動形式誤差較小。

圖13 故障運行對比Fig.13 Fault state operation comparison

對穩(wěn)態(tài)運行、階躍控制和三相故障短路典型工況下的運行對比表明，本文所提仿真系統(tǒng)的變流器等效及其接入電網(wǎng)后對應(yīng)的電路運算，與采用傳統(tǒng)的PSCAD 電磁暫態(tài)仿真程序運行的結(jié)果基本一致，具備在簡化變流器情況下高精度展示高比例新能源電網(wǎng)電磁暫態(tài)過程的能力。

為測試高比例新能源電網(wǎng)快速仿真系統(tǒng)的運算效率，選取某地區(qū)的329 節(jié)點實際作為測試對象，該系統(tǒng)中新能源發(fā)電容量比例約為70%。在對電網(wǎng)的分區(qū)過程中，先按電壓等級形成不同的序列，在各個序列中按照地理相近因素進一步形成對應(yīng)的子序列，在其中按照第4 節(jié)所述的線程塊計算元件處理平均數(shù)原則進行分區(qū)。對采用相同GPU核心數(shù)情況下不同變流器數(shù)量的仿真時間以及相同接入變流器情況下不同GPU 核心數(shù)情況下的仿真時間進行對比，分析并行計算運行特性。

將GPU 中并行運行的Block 設(shè)置為85，將各仿真工況下單位步長耗時進行對比，仿真工況包括：（1）新能源發(fā)電容量比例約為20%，通過切除一部分新能源電場和將小容量新能源電場替換成同容量的同步發(fā)電機實現(xiàn)；（2）新能源發(fā)電容量比例約為50%；（3）新能源發(fā)電容量比例約為70%。3 種工況下的單位步長耗時對比如圖14 所示。從對比可以看出，在相同并行計算線程塊Block 情況下，隨著變流器數(shù)量的增加，計算時間有輕微的增加，但其運行時間要大大優(yōu)于當(dāng)前的電磁暫態(tài)仿真軟件，符合電網(wǎng)規(guī)劃、分析、調(diào)度等運行需求。

圖14 不同新能源比例下仿真時間對比Fig.14 Simulation time comparison of different proportions of renewable energy

圖15 為在新能源發(fā)電容量比例約為70%情況下針對不同并列運行Block 數(shù)量（85，50，20）的單位步長耗時的對比。從圖15 中可以看出，隨著并行數(shù)量的增大，可以提高仿真的運行效率，以此類推其可用于大規(guī)模電網(wǎng)的仿真分析。

圖15 不同線程塊下仿真時間對比Fig.15 Simulation time comparison of different thread blocks

綜合實例運行分析，可以看出，所提出的仿真系統(tǒng)在適當(dāng)?shù)刃Ф嘧兞髌鞯那闆r下可以保證合適的電磁暫態(tài)仿真精度，GPU 并行運算技術(shù)的應(yīng)用可以大幅提高高比例新能源電網(wǎng)的運行時間，使得仿真系統(tǒng)可以用于電網(wǎng)快速的分析計算，具有較好的便利性，易于維護，與當(dāng)前電網(wǎng)分析的精度和高頻使用需求相契合，為具備電力電子設(shè)備特性的電網(wǎng)的規(guī)劃、分析和調(diào)度等提供有力支撐。

6 結(jié)語

高比例新能源電網(wǎng)的運行特性分析包含大量的電磁暫態(tài)計算，為提高其仿真效率適應(yīng)電網(wǎng)的分析需求，本文提出基于等效簡化和GPU 的高比例新能源電網(wǎng)快速仿真系統(tǒng)，在保證完整控制模型前提下對大規(guī)模變流器設(shè)備進行聚合等效，保證電磁暫態(tài)特性的同時簡化多變流器的仿真規(guī)模；對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進行分區(qū)簡化，以便于進行并行計算；仿真運算通過GPU 并行計算完成，提高仿真系統(tǒng)的運行速度；通過聚合等效、分區(qū)簡化和并行計算的相互結(jié)合，實現(xiàn)高比例新能源電網(wǎng)的快速仿真，準(zhǔn)確快速對高比例新能源電網(wǎng)的運行特性進行分析，使用便利，維護方便。最后通過運行實例，驗證了所提仿真系統(tǒng)具有較好的精度和運行效率，適應(yīng)大規(guī)模電磁暫態(tài)的快速仿真，滿足電網(wǎng)規(guī)劃、分析和調(diào)度等的需求。