一、引言

隨著智能電網(wǎng)復(fù)雜性升級與分布式能源規(guī)模化發(fā)展，建模與仿真（Modeling and Simulation, Modsim）技術(shù)已成為現(xiàn)代能源系統(tǒng)分析的核心工具。通過虛擬環(huán)境模擬系統(tǒng)行為，優(yōu)化性能、降低風險并支持決策，為能源轉(zhuǎn)型提供關(guān)鍵技術(shù)支持。

二、Modsim技術(shù)框架與核心能力

（一）技術(shù)原理與特征

1. 數(shù)字孿生體系
建立物理系統(tǒng)的虛擬鏡像，實現(xiàn)從設(shè)計、運行到維護的全生命周期動態(tài)仿真。典型案例包括核電站安全預(yù)警系統(tǒng)與風電場功率預(yù)測模型。

2. 多學科耦合建模
通過3DEXPERIENCE等平臺集成機械、電氣、熱力學等多物理場模型，支撐復(fù)雜系統(tǒng)跨尺度仿真（如光伏-儲能-電網(wǎng)協(xié)同優(yōu)化）。

圖1 風力發(fā)電機多場耦合仿真

3. 數(shù)據(jù)驅(qū)動迭代優(yōu)化
基于實時監(jiān)測數(shù)據(jù)更新模型參數(shù)，形成"仿真-驗證-修正"閉環(huán)（如建筑能耗模型的月度校準機制）。

（二）技術(shù)優(yōu)勢對比

三、能源系統(tǒng)全鏈條應(yīng)用場景

（一）發(fā)電側(cè)：可再生能源精準預(yù)測

· 風電場微觀選址：結(jié)合CFD仿真與GIS數(shù)據(jù)優(yōu)化風機布局

· 光伏系統(tǒng)效能評估：基于天氣預(yù)測數(shù)據(jù)模擬組件衰減對LCOE的影響

· 核反應(yīng)堆安全驗證：法國NAAREA公司通過數(shù)字孿生縮短微型堆研發(fā)周期40%

（二）電網(wǎng)側(cè)：高彈性系統(tǒng)構(gòu)建

1. 分布式能源并網(wǎng)分析

o 模擬屋頂光伏集群的諧波擾動傳播路徑

o 量化電動汽車無序充電對配變過載風險

2. 市場機制仿真

o 應(yīng)用PLEXOS工具優(yōu)化電力-碳市場聯(lián)合出清策略

o 預(yù)測儲能參與調(diào)頻服務(wù)的收益閾值

四、關(guān)鍵技術(shù)突破與工具創(chuàng)新

（一）前沿建模方法

· 混合智能體模型（Hybrid ABM）：耦合Agent行為規(guī)則與SD宏觀變量

· 量子計算加速：D-Wave系統(tǒng)求解百萬節(jié)點電網(wǎng)優(yōu)化問題耗時縮短至分鐘級

（二）主流工具生態(tài)

五、實踐案例分析

案例1：阿魯巴島100%可再生能源轉(zhuǎn)型

· 挑戰(zhàn)：島嶼電網(wǎng)脆弱性高，柴油發(fā)電成本占比超40%

· 方案：使用HELICS集成光伏、儲能、海水淡化負荷模型

· 成果：2040年可再生能源占比目標從30%上調(diào)至100%，投資風險降低25%

案例2：德國E.ON虛擬電廠優(yōu)化

· 方法：建立分布式資源聚合模型，滾動修正競價策略

· 效益：2023年參與歐洲平衡市場收益增加1800萬歐元

六、結(jié)論

Modsim技術(shù)通過構(gòu)建"物理域-信息域-決策域"的閉環(huán)映射，正在重塑能源系統(tǒng)的研發(fā)范式。隨著數(shù)字孿生、人工智能等技術(shù)的深度融合，其將加速推動能源系統(tǒng)向安全、高效、低碳方向轉(zhuǎn)型，為實現(xiàn)碳中和目標提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

凱思軟件基于多年來在MODSIM的最佳實踐，具備精湛的實施落地優(yōu)勢：其一，凱思軟件深度融合行業(yè)Know-How，針對高復(fù)雜結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域提供定制化建模與仿真方案，精準匹配多物理場耦合及非線性分析需求；其二，凱思軟件自主研發(fā)自動化腳本與智能優(yōu)化工具，顯著提升仿真效率，助力企業(yè)研發(fā)周期；其三，凱思軟件全流程伴隨式服務(wù)體系，從模型搭建、算法調(diào)優(yōu)到結(jié)果解讀，由資深CAE專家團隊提供本地化深度支持，確保復(fù)雜工程問題的高效閉環(huán)解決，有效降低客戶技術(shù)轉(zhuǎn)化門檻。