CN104701989A - 智能电网背景下电力网和通信网异构双网耦合建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能电网背景下电力网和通信网异构双网耦合建模方法，包括以下步骤：根据电力网网络特点建立电力网逻辑图模型；根据通信网网络特点建立通信网逻辑图模型；在电力网逻辑图模型和通信网逻辑图模型基础上建立异构双网耦合模型；在时间域实现电力网逻辑图模型、通信网逻辑图模型和异构双网耦合模型之间的交互。本发明针对电力网和通信网各自网络特点，构造异构双网耦合模型，主要应用于电力网和通信网混合建模仿真，仿真结论用于评估智能变电站、微电网、广域控制保护等系统的可靠性和安全性等。

Description

智能电网背景下电力网和通信网异构双网耦合建模方法

技术领域

本发明涉及一种建模方法，具体涉及一种智能电网背景下电力网和通信网异构双网耦合建模方法。

背景技术

电力网是能源配置和传输的重要平台，通信网是社会信息化、智能化提供保障。两张网络是现代社会重要的基础设施。目前电力行业和通信行业分别采用不同的方法对电网和通信网建模。而实际上，这两个系统之间的关联性愈来愈大，停电可能会造成通信网瘫痪，电网会对通信网造成电磁干扰，反之，智能电网强调现代电网的运行控制要求通信网(该专利中泛指电力二次设备、通信、信息系统、计算机网络等构成的区别于电网物理网络的系统)提供信息传输、信息采集和信息处理，通信网也会对电网造成潜在影响。

申请号为200910244247.7的发明专利提供一种基于MPI的电网仿真实时并行计算平台及应用，在引入实时操作系统RTLinux的基础上，通过对上层电网仿真计算应用模块、MPICH并行环境和GM软件的进行实时改造，提供构建电网仿真实时并行计算平台的方法，从而为大规模电力系统提供严格步长的实时并行仿真计算，减少了步长时间抖动次数和幅度，保证可对电力系统进行超实时和硬实时动态仿真。

申请号为200910167922.0的发明专利提供一种大规模通信网仿真模型的构建及仿真方法，根据真实网络中各网络单元(路由器)的地理位置、连接关系以及相互间业务量的大小，将真实网络划分为多个相对独立的“区域”和“子区域”；采用一台服务器作为一个模拟前端对一个“子区域”的工作过程进行仿真；采用一台服务器作为一个分调度单元对一个“区域”内所有模拟前端进行协调和调度；采用一台服务器作为总调度单元对各分调度单元进行协调和调度。采用与真实网络基本一致的仿真模型，将整个网络的工作过程分解到不同的服务器完成，使仿真速度加快，仿真结果更加直接、明确、符合实际情况。适用于大规模、超大规模网络的仿真。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种智能电网背景下电力网和通信网异构双网耦合建模方法，针对电力网和通信网各自网络特点，构造异构双网耦合模型，主要应用于电力网和通信网混合建模仿真，仿真结论用于评估智能变电站、微电网、广域控制保护等系统的可靠性和安全性等。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种智能电网背景下电力网和通信网异构双网耦合建模方法，所述方法包括以下步骤：

根据电力网网络特点建立电力网逻辑图模型；

根据通信网网络特点建立通信网逻辑图模型；

在电力网逻辑图模型和通信网逻辑图模型基础上建立异构双网耦合模型；

在时间域实现电力网逻辑图模型、通信网逻辑图模型和异构双网耦合模型之间的交互。

所述电力网逻辑图模型包括电源节点、电压变换节点、负荷节点、节点间交流联络线和节点间直流联络线。

所述电源节点是能量流的生成节点，其包括接入电力网的火电厂、风电场和太阳能发电；

所述电压变换节点包括各电压等级的变电站；

所述负荷节点包括居民负荷、工业负荷和商业负荷；

所述节点间交流联络线包括各电压等级交流输电线路；

所述节点间直流联络线包括各电压等级直流输电线路。

所述通信网逻辑图模型包括信息传感节点、信息执行节点、信息传输链路、信息处理节点和信息传输节点。

所述信息传感节点包括智能电表、电力互感器、电压互感器、温度传感器、湿度传感器和状态监测终端；

所述信息执行节点包括断路器控制器、具备控制功能的保护装置、安全稳定控制装置和负荷控制装置；

所述信息传输链路包括物理通信传输链路和逻辑数据通信链路；

所述信息处理节点包括具备信息处理功能的电力二次设备节点、系统子站、系统主站、控制中心和集中器；

所述信息传输节点包括通信机房、传输网通信设备和数据网通信设备。

所述异构双网耦合模型包括节点与节点的直接关联模型、节点与节点的间接关联模型、链路与节点的直接关联模型以及链路与节点间接关联模型。

通过时间分割同步协调电力网逻辑图模型、通信网逻辑图模型和异构双网耦合模型，在时间域实现电力网逻辑图模型、通信网逻辑图模型和异构双网耦合模型之间的交互。

时间分割同步协调电力网逻辑图模型、通信网逻辑图模型和异构双网耦合模型的过程中，设置电力网事件、通信网事件和耦合影响事件为同一时间起点；

时间起点设置为仿真时间开始点；

所述电力网事件为各种故障前预警信息和故障发生事件，电力网事件包括短路事件和开关跳闸事件；

所述通信网事件包括通信网网络中断、通信网链路性能下降、通信网备用链路中断和通信网重大故障告警；

所述耦合影响事件包括电源中断造成传输网通信设备或数据网通信设备不能正常工作，通信中断造成变电站终端、配网终端和负荷控制终端不能正常向控制中心上报数据，以及控制信号不能正常下达。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)、本发明提供的智能电网背景下电力网和通信网异构双网耦合建模方法同时考虑电力网和通信网及其相互影响；

2)、本发明提供的智能电网背景下电力网和通信网异构双网耦合建模方法比目前单独的电力网仿真和通信网仿真更能适应智能电网建模仿真需求。

3)、本发明中建立的电力网逻辑图模型基于对电力网主要节点和链路的抽象基础上，图模型的节点少，简化了模型，降低了大型电力网的建模的难度，为仿真减小计算开销；

4)、本发明建立的通信网逻辑图模型基于对通信网主要节点和链路的抽象基础上，图模型的节点少，简化了模型，降低了通信网的建模的难度，为仿真减小计算开销。

附图说明

图1是本发明实施例中智能电网背景下电力网和通信网异构双网耦合建模方法示意图；

图2是本发明实施例中基于电力网逻辑图模型和通信网逻辑图模型的异构双网耦合模型示意图；

图3是本发明实施例中时间分割同步协调电力网逻辑图模型、通信网逻辑图模型和异构双网耦合模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1，本发明提供一种智能电网背景下电力网和通信网异构双网耦合建模方法，所述方法包括以下步骤：

根据电力网网络特点建立电力网逻辑图模型；

根据通信网网络特点建立通信网逻辑图模型；

在电力网逻辑图模型和通信网逻辑图模型基础上建立异构双网耦合模型；

在时间域实现电力网逻辑图模型、通信网逻辑图模型和异构双网耦合模型之间的交互。

所述电力网逻辑图模型包括电源节点(power source，PS)、电压变换节点(power voltagetransform，PVT)、负荷节点(power load，PL)、节点间交流联络线(power AC Line，PAL)和节点间直流联络线(power DC Line，PDL)。

所述电源节点是能量流的生成节点，其包括接入电力网的火电厂、风电场和太阳能发电；

所述电压变换节点包括各电压等级的变电站；

所述负荷节点包括居民负荷、工业负荷和商业负荷；

所述节点间交流联络线包括各电压等级交流输电线路；

所述节点间直流联络线包括各电压等级直流输电线路。

所述通信网逻辑图模型包括信息传感节点(communication sensor，CS)、信息执行节点(communication actuator，CA)、信息传输链路(communication transmission line，CTL)、信息处理节点(communication computation net，CCN)和信息传输节点。

所述信息传感节点包括智能电表、电力互感器、电压互感器、温度传感器、湿度传感器和状态监测终端；

所述信息执行节点包括断路器控制器、具备控制功能的保护装置、安全稳定控制装置和负荷控制装置；

所述信息传输链路包括物理通信传输链路和逻辑数据通信链路；

所述信息处理节点包括具备信息处理功能的电力二次设备节点、系统子站、系统主站、控制中心和集中器；

所述信息传输节点包括通信机房、传输网通信设备和数据网通信设备。

所述异构双网耦合模型包括节点与节点的直接关联模型(direct node-nodeinterrelationship，DNNI)、节点与节点的间接关联模型(indirect node-node interrelationship，IDNNI)、链路与节点的直接关联模型(direct line-node interrelationship，DLNI)以及链路与节点间接关联模型(indirect line-node interrelationship，IDLNI)。

1)节点与节点的直接关联模型(direct node-node interrelationship，DNNI)：如传感器的信息采集性能直接影响物理节点信息获取准确性，断路器控制器故障会直接影响断路器动作，停电造成通信设备和控制设备功能丧失。

2)节点与节点的间接关联模型(indirect node-node interrelationship，IDNNI)：如故障指示器发生故障，则会拖延故障处置时间，增加故障发生概率，提高电力网节点的风险，但不会立刻产生影响。

3)链路与节点的直接关联模型(direct line-node interrelationship，DLNI)：如控制中心和变电站之间的通信链路中断会直接影响变电站节点，控制中心和变电站之间通常会配置不同路由的通信链路，分析时考虑到冗余通信链路影响。

4)链路与节点间接关联模型(indirect line-node interrelationship，IDLNI)：如通信网故障后，后备保护将会失去作用。但在主保护其作用的情况下。通信链路故障并不会对电力网节点产生直接影响。

如图2，针对一个简单电力系统建立的基于电力网逻辑图模型和通信网逻辑图模型的异构双网耦合模型，包括一个电源节点(PS)、两条节点间交流联线(PAL)，一个电压变换节点(PVT)、一个负荷节点(PL)。

两个传感节点(CS)分别用于量测电源节点和电压变换节点，两个信息执行节点(CA)分别用于对两条交流联络线进行通断控制，一条信息传输链路(CTL)用于在现场节点(包括传感节点和执行节点)与信息处理节点之间传输信息，一个信息处理节点(CCN)表示电网运行控制中心。如果图2中传感节点和执行节点发生故障不能正常工作，则采用节点与节点的直接关联模型(direct node-node interrelationship，DNNI)来建模。如果信息传输链路发生故障不能传输信息，则采用链路与节点的直接关联模型(direct line-node interrelationship，DLNI)来进行建模。

如图3，通过时间分割同步协调电力网逻辑图模型、通信网逻辑图模型和异构双网耦合模型，在时间域实现电力网逻辑图模型、通信网逻辑图模型和异构双网耦合模型之间的交互。

时间分割同步协调电力网逻辑图模型、通信网逻辑图模型和异构双网耦合模型的过程中，设置电力网事件、通信网事件和耦合影响事件为同一时间起点；

时间起点设置为仿真时间开始点；

所述电力网事件为各种故障前预警信息和故障发生事件，电力网事件包括短路事件和开关跳闸事件；

所述通信网事件包括通信网网络中断、通信网链路性能下降、通信网备用链路中断和通信网重大故障告警；

所述耦合影响事件包括电源中断造成传输网通信设备或数据网通信设备不能正常工作，通信中断造成变电站终端、配网终端和负荷控制终端不能正常向控制中心上报数据，以及控制信号不能正常下达。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.智能电网背景下电力网和通信网异构双网耦合建模方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

根据电力网网络特点建立电力网逻辑图模型；

根据通信网网络特点建立通信网逻辑图模型；

在电力网逻辑图模型和通信网逻辑图模型基础上建立异构双网耦合模型；

在时间域实现电力网逻辑图模型、通信网逻辑图模型和异构双网耦合模型之间的交互。

2.根据权利要求1所述的智能电网背景下电力网和通信网异构双网耦合建模方法，其特征在于：所述电力网逻辑图模型包括电源节点、电压变换节点、负荷节点、节点间交流联络线和节点间直流联络线。

3.根据权利要求2所述的智能电网背景下电力网和通信网异构双网耦合建模方法，其特征在于：所述电源节点是能量流的生成节点，其包括接入电力网的火电厂、风电场和太阳能发电；

所述电压变换节点包括各电压等级的变电站；

所述负荷节点包括居民负荷、工业负荷和商业负荷；

所述节点间交流联络线包括各电压等级交流输电线路；

所述节点间直流联络线包括各电压等级直流输电线路。

4.根据权利要求1所述的智能电网背景下电力网和通信网异构双网耦合建模方法，其特征在于：所述通信网逻辑图模型包括信息传感节点、信息执行节点、信息传输链路、信息处理节点和信息传输节点。

5.根据权利要求4所述的智能电网背景下电力网和通信网异构双网耦合建模方法，其特征在于：所述信息传感节点包括智能电表、电力互感器、电压互感器、温度传感器、湿度传感器和状态监测终端；

所述信息执行节点包括断路器控制器、具备控制功能的保护装置、安全稳定控制装置和负荷控制装置；

所述信息传输链路包括物理通信传输链路和逻辑数据通信链路；

所述信息处理节点包括具备信息处理功能的电力二次设备节点、系统子站、系统主站、控制中心和集中器；

所述信息传输节点包括通信机房、传输网通信设备和数据网通信设备。

6.根据权利要求1所述的智能电网背景下电力网和通信网异构双网耦合建模方法，其特征在于：所述异构双网耦合模型包括节点与节点的直接关联模型、节点与节点的间接关联模型、链路与节点的直接关联模型以及链路与节点间接关联模型。

7.根据权利要求1所述的智能电网背景下电力网和通信网异构双网耦合建模方法，其特征在于：通过时间分割同步协调电力网逻辑图模型、通信网逻辑图模型和异构双网耦合模型，在时间域实现电力网逻辑图模型、通信网逻辑图模型和异构双网耦合模型之间的交互。

8.根据权利要求7所述的智能电网背景下电力网和通信网异构双网耦合建模方法，其特征在于：时间分割同步协调电力网逻辑图模型、通信网逻辑图模型和异构双网耦合模型的过程中，设置电力网事件、通信网事件和耦合影响事件为同一时间起点；

时间起点设置为仿真时间开始点；

所述电力网事件为各种故障前预警信息和故障发生事件，电力网事件包括短路事件和开关跳闸事件；

所述通信网事件包括通信网网络中断、通信网链路性能下降、通信网备用链路中断和通信网重大故障告警；

所述耦合影响事件包括电源中断造成传输网通信设备或数据网通信设备不能正常工作，通信中断造成变电站终端、配网终端和负荷控制终端不能正常向控制中心上报数据，以及控制信号不能正常下达。