仿真驱动优化的电网未来

仿真驱动优化的电网未来

多物理场仿真为复杂电网组件提供关键洞察

仿真软件在分析新设计以提升电网韧性、确保高效可靠电力分配以及开发整合替代能源（如核聚变和可再生能源）的组件方面非常有用。在统一建模环境中模拟多种物理现象的能力，使工程师能更深入理解电网各组件如何相互影响。

例如，在设计电网基础设施的各种组件（如变压器和输电线路）时，多物理场电磁场分析对于确保周围人员和环境的安全至关重要。理解热行为（另一个涉及多物理场的现象）对于设计电网组件同样必要，因为散热和热应力会显著影响性能和寿命。同时，结构和声学仿真用于预测和缓解变压器振动和噪音等问题——这是确保电网组件寿命和可靠性的重要实践。

多物理场仿真为电网组件内部复杂相互作用提供关键洞察，使工程师能够虚拟测试和优化未来电网设计。

电击穿和电晕放电分析对高压输电线路尤为重要，因为此类现象可能损害其绝缘系统的性能。仿真使开发团队能够预测此类事件可能发生的位置，增强绝缘体和其他组件的设计，目标是最大限度地减少能量损失和材料退化。

作为一个现实世界的例子，某领先制造商使用某机构的多物理场仿真软件开发磁耦合器，这是一种机械传动的非接触替代方案，能够在没有持续接触固有摩擦限制的情况下实现电力传输。虽然无摩擦电力传输的优势意味着磁耦合器已在广泛技术中找到应用，包括海上风力涡轮机，但这些系统必须谨慎开发以避免性能退化。通过采用高度非线性的磁滞曲线并应用其自身的材料温度依赖性进行磁负载，该制造商的开发团队已成功使用多物理场仿真来帮助防止永磁体达到临界温度，这可能导致不可逆的退磁并损害设计的可靠性。此外，由于磁耦合器用例的多样性，该公司的设计工程师必须能够互换磁体的形状和材料以满足客户需求，而无需构建昂贵且耗时的原型——这使得多物理场仿真成为表征配置、提供设计虚拟原型并最终降低客户价格同时保持对细节警惕的强大方法。

这些例子展示了在单个模型中耦合多个相互作用的物理场可以成功模拟现实世界现象，从而为当前和未来设计提供洞察的几种方式。

通过数字孪生和仿真应用提升可靠性

工程团队还可以使用仿真技术通过创建数字孪生来构建更高效、有效和可持续的电网。数字孪生包含物理产品、设备或过程的高保真描述——从微观到宏观层面——紧密镜像其真实对应物。对于每个应用，数字孪生持续接收信息，确保最新和准确的表示。借助这项技术，电网运营商及其设备供应商可以预测哪些组件最可能失效，使他们能够更有效地安排维护和更换，从而提高电网可靠性。数字孪生可以为从电源（包括太阳能电池和风力涡轮机）到配电系统和电池储能的各种设备制作。

最新的建模和仿真技术为电力和能源公司提供了以独立仿真应用形式创建数字孪生的工具，这显著增加了能够访问先进仿真技术的用户数量。通过在独立仿真应用中仅包含相关功能，没有建模和仿真经验的同事可以在不需要建模专家指导的情况下利用这项技术。此外，在仿真应用中使用数据驱动的替代模型能够近乎即时地评估原本耗时的仿真——这意味着仿真技术现在可以在现实世界设置中使用。

以独立应用形式存在的数字孪生将仿真的力量带到现场，电网运营商可以利用实时性能信息确保电网可靠性。

例如，某与当地电力公司合作分析设备维护和故障的机构基于其开发的多物理场模型构建了一个定制应用，以预测电缆故障并提高故障排除效率。虽然工程师在实验室中使用仿真已有数十年，但电缆故障发生在现场，现场故障排除人员负责评估这些故障条件。考虑到这一点，该机构的一名工程师使用某机构的多物理场仿真软件中的应用程序构建器开发了仿真应用。

该应用具有相关参数，没有仿真经验的故障排除人员可以轻松修改。现场技术人员输入电缆数据并选择故障类型，这会实时修改多物理场模型，允许应用评估并输出理解导致故障的条件所需的数据。然后，应用生成报告的电位和电场，引导技术人员就是否需要更换或修复电缆做出明智决定。在该应用成功部署后，开发它的工程师表示：“仿真应用在电缆维护中扮演关键角色。它通过授权我们的现场技术人员自信地评估和修复故障，使他们的工作更高效。”

电网设备的常规物理测试在许多情况下无法完全反映条件或确定故障类型，因为必须考虑大量复杂因素，如电缆结构和材料、电缆中的杂质、电压波动以及操作条件和环境。因此，仿真在许多情况下已被证明对于收集准确的电缆健康评估不可或缺——而现在以定制应用的形式，它比以往任何时候都更容易访问。

生成核能解决方案

仿真也已深度集成到与核工业相关的各种组件的设计过程中。例如，仿真被用于帮助设计核电站的发电机断路器。发电机断路器必须可靠，即使在长时间不活动后也能保持性能。某机构的多物理场仿真软件可用于提高发电机断路器的载流能力，这可以提供电流浪涌保护并确保可靠的发电。像托卡马克这样的核聚变机器的设计也受益于仿真的使用。这些设备必须能够承受高热通量和等离子体中断。某机构的多物理场仿真软件已被用于帮助工程师预测这些问题的影响并提出设计解决方案，例如添加结构支撑系统，这有助于减少应力并在挑战性条件下生存。

设计明日电网

下一代电网系统的开发是一个复杂且动态的过程，需要安全、可靠且负担得起的测试。多物理场仿真技术可以在该行业的未来创新中发挥重要作用，使工程师能够预测和分析这些设备内部发生的复杂相互作用，同时基于现有基础设施构建以满足现代消费的需求。

某机构的多物理场仿真是某机构的注册商标。
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