（一）核心架构（四层闭环体系）

1. 物理感知层（实体基础）

• 电气设备集群：高低压配电柜、变压器、断路器、逆变器、SVG、PLC、智能电表、互感器等，覆盖发 - 输 - 配 - 用全环节。

• 新能源单元：光伏阵列（含组件、汇流箱、逆变器）、风力发电机（含机舱、叶片、变流器）、光热 / 氢能设备。

• 储能系统：锂电池 / 铅炭电池储能（含 BMS、PCS）、超级电容、飞轮储能、抽水蓄能，支持充放电动态模拟。

• 多能负荷：工业电机、楼宇空调、充电桩、可控 / 不可控负荷，含需求响应接口。

• 感知网络：电压 / 电流 / 温度 / 功率 / 辐照度 / 风速传感器，通过 SCADA、OPC UA、MQTT 协议实时采集数据，同步至数字模型。

2. 数据中台层（核心支撑）

• 多源数据接入：兼容 Modbus、IEC 104、DNP3 等协议，整合设备运行数据、气象数据（辐照度、风速、温度）、负荷数据、电价数据、历史故障数据。

• 数据治理：清洗异常值、填补缺失值、标准化格式（JSON/XML）、构建设备数字档案，保障仿真精度。

• 数据库集群：时序数据库（存实时 / 历史数据）、关系数据库（存设备参数 / 模型配置）、空间数据库（存拓扑 / 地理信息）。

3. 模型仿真层（核心引擎）

（1）多维度模型库

• 设备级机理模型

◦ 电气设备：变压器（等效电路模型）、线路（π 型等效）、断路器（暂态过程）、逆变器（PQ/Vf 控制模型）。

◦ 新能源：光伏（光照 - 温度 - 出力数学模型）、风机（风速 - 功率曲线 + 气动模型）。

◦ 储能：电池（SOC - 电压 - 内阻模型、充放电效率）、BMS（过压 / 过流 / 过温保护逻辑）。

• 系统级耦合模型

◦ 微电网模型：并网 / 离网切换、功率平衡、频率 / 电压稳定控制。

◦ 综合能源模型：电 - 热 - 冷 - 气多能流耦合，含热泵、锅炉、制冷机、电解制氢设备模型。

◦ 电网模型：潮流计算、短路故障、暂态稳定、谐波分析，支持交直流混合电网仿真。

（2）仿真引擎与算法

• 仿真工具：基于 MATLAB/Simulink、Modelica/Dymola、CloudPSS 等平台，支持连续系统仿真（CSS）、离散事件仿真（DES）、电磁暂态仿真。

• 时间尺度：毫秒级（暂态 / 故障）、秒级（控制 / 调度）、小时级（日前优化）、年度级（规划 / 寿命评估）。

• 智能算法：集成遗传算法、粒子群优化（PSO）、强化学习、机器学习，用于优化调度、负荷预测、故障诊断。

（3）建模流程

1. 拓扑构建：拖拽式搭建电气主接线、能源网络拓扑，定义设备连接关系与参数。

2. 参数配置：录入设备额定容量、阻抗、效率、控制参数、环境边界条件（风速 / 光照）。

3. 模型编译：系统自动生成机理方程与控制逻辑，校验拓扑合理性与参数一致性。

4. 仿真计算：设置仿真时长（24h/1 年）、步长，执行动态模拟，输出电压、电流、功率、SOC、碳排放等结果。

5. 模型校准：对比仿真数据与实测数据，修正参数，形成 “仿真 - 验证 - 修正” 闭环。

4. 应用功能层（场景落地）

（1）实时监控与可视化

• 三维全景展示：电气设备、能源管网、场站布局三维可视化，设备状态（运行 / 待机 / 故障）颜色标识。

• 数据仪表盘：实时显示电压、频率、功率、储能 SOC、新能源消纳率、能耗成本、碳排放等关键指标，支持趋势曲线、热力图、柱状图展示。

• 异常报警：设定多级阈值，超限自动声光报警，定位故障设备，推送告警信息。

（2）优化调度与能量管理

• 日前 / 日内优化：基于气象预测、负荷预测、峰谷电价，优化新能源出力、储能充放电、负荷投切，目标为最小化运行成本、最大化新能源消纳、最低碳排放。

• 实时控制：平抑新能源波动，维持电网频率 / 电压稳定，并网 / 离网无缝切换，虚拟电厂聚合调度。

• 需求响应：激励型（分时电价）、紧急型（削峰）需求响应模拟，优化负荷曲线，降低峰谷差。

（3）故障推演与安全分析

• 故障仿真：模拟短路、断线、设备过载、绝缘老化、极端天气等故障，分析故障传播路径、影响范围与保护动作行为。

• 稳定性评估：电压稳定、频率稳定、暂态稳定分析，识别电网薄弱环节，提供加固方案。

• 应急预案：预演故障处理流程，优化保护定值、切换策略，提升运维效率。

（4）规划设计与选型

• 容量配置：新能源装机容量、储能功率 / 容量、变压器 / 线路规格优化选型，平衡经济性与可靠性。

• 场景对比：多方案仿真对比（如不同储能配比、不同新能源渗透率），输出投资回报、能耗、碳排放对比报告。

• 扩容改造：评估现有系统扩容、设备升级的可行性，预判改造后运行效果。

（5）教育培训与运维支撑

• 操作实训：模拟设备启停、倒闸操作、故障处理，培训运维人员，降低实操风险。

• 原理演示：三维动画 + 动态仿真，直观展示发电、输电、储能、能量转换原理，适配教学与科普场景。

（二）核心优势

1. 高保真映射：机理模型 + 数据驱动融合，仿真精度达95% 以上，真实还原系统动态行为。

2. 多尺度兼容：覆盖设备→微网→区域电网→综合能源系统，适配不同层级仿真需求。

3. 全场景覆盖：支持规划、设计、运行、维护、故障处理全生命周期应用，适配新能源电站、微电网、园区综合能源、智能电网等场景。

4. 智能闭环决策：实时数据驱动仿真，AI 算法优化策略，仿真结果反向控制物理系统，形成 “感知 - 仿真 - 决策 - 控制” 闭环。

（三）典型应用场景

• 新能源电站：光伏 / 风电场出力预测、储能配置优化、并网稳定性分析、故障预警。

• 微电网 / 虚拟电厂：孤岛运行、并网调度、需求响应、多能互补优化、经济性评估。

• 园区 / 建筑能源：电 - 热 - 冷联供、能耗优化、碳排放核算、节能改造方案验证。

• 智能电网：潮流计算、短路分析、暂态稳定、电网规划、保护定值优化。

• 工业能源：电机能效优化、负荷调度、储能削峰填谷、能源成本管控。

（四）关键技术指标

• 仿真精度：设备动态误差≤5%，系统潮流误差≤3%。

• 实时性：数据同步延迟≤100ms，仿真计算响应≤1s。

• 规模适配：支持≥1000 台设备同时建模，区域级系统节点≥10000 个。

• 兼容性：兼容 IEC 61970（CIM）、OPC UA 等标准，支持多平台数据交互。

• 稳定性：连续仿真运行≥720h 无崩溃，参数校准后模型寿命≥1 年。