一、引言

隨著(zhù)智能電網(wǎng)復雜性升級與分布式能源規?；l(fā)展，建模與仿真（Modeling and Simulation, Modsim）技術(shù)已成為現代能源系統分析的核心工具。通過(guò)虛擬環(huán)境模擬系統行為，優(yōu)化性能、降低風(fēng)險并支持決策，為能源轉型提供關(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. 數字孿生體系
建立物理系統的虛擬鏡像，實(shí)現從設計、運行到維護的全生命周期動(dòng)態(tài)仿真。典型案例包括核電站安全預警系統與風(fēng)電場(chǎng)功率預測模型。

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

圖1 風(fēng)力發(fā)電機多場(chǎng)耦合仿真

3. 數據驅動(dòng)迭代優(yōu)化
基于實(shí)時(shí)監測數據更新模型參數，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、能源系統全鏈條應用場(chǎng)景

（一）發(fā)電側：可再生能源精準預測

· 風(fēng)電場(chǎng)微觀(guān)選址：結合CFD仿真與GIS數據優(yōu)化風(fēng)機布局

· 光伏系統效能評估：基于天氣預測數據模擬組件衰減對LCOE的影響

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

（二）電網(wǎng)側：高彈性系統構建

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(dòng)傳播路徑

o 量化電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序充電對配變過(guò)載風(fēng)險

2. 市場(chǎng)機制仿真

o 應用PLEXOS工具優(yōu)化電力-碳市場(chǎng)聯(lián)合出清策略

o 預測儲能參與調頻服務(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行為規則與SD宏觀(guān)變量

· 量子計算加速：D-Wave系統求解百萬(wàn)節點(diǎn)電網(wǎng)優(yōu)化問(wèn)題耗時(shí)縮短至分鐘級

（二）主流工具生態(tài)

五、實(shí)踐案例分析

案例1：阿魯巴島100%可再生能源轉型

· 挑戰：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%上調至100%，投資風(fēng)險降低25%

案例2：德國E.ON虛擬電廠(chǎng)優(yōu)化

· 方法：建立分布式資源聚合模型，滾動(dòng)修正競價(jià)策略

· 效益：2023年參與歐洲平衡市場(chǎng)收益增加1800萬(wàn)歐元

六、結論

Modsim技術(shù)通過(guò)構建"物理域-信息域-決策域"的閉環(huán)映射，正在重塑能源系統的研發(fā)范式。隨著(zhù)數字孿生、人工智能等技術(shù)的深度融合，其將加速推動(dòng)能源系統向安全、高效、低碳方向轉型，為實(shí)現碳中和目標提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

凱思軟件基于多年來(lái)在MODSIM的最佳實(shí)踐，具備精湛的實(shí)施落地優(yōu)勢：其一，凱思軟件深度融合行業(yè)Know-How，針對高復雜結構分析領(lǐng)域提供定制化建模與仿真方案，精準匹配多物理場(chǎng)耦合及非線(xiàn)性分析需求；其二，凱思軟件自主研發(fā)自動(dòng)化腳本與智能優(yōu)化工具，顯著(zhù)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、算法調優(yōu)到結果解讀，由資深CAE專(zhuān)家團隊提供本地化深度支持，確保復雜工程問(wèn)題的高效閉環(huán)解決，有效降低客戶(hù)技術(shù)轉化門(mén)檻。