CN105739324A - 一种电力信息物理融合系统实时仿真平台及其方法 - Google Patents

一种电力信息物理融合系统实时仿真平台及其方法 Download PDF

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    • G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric

Abstract

本发明公开了一种电力信息物理融合系统实时仿真平台，包括电力物理系统实时仿真器、信息系统仿真器以及控制中心仿真器；所述电力物理系统实时仿真器与所述信息系统仿真器通信连接，所述信息系统仿真器与所述控制中心仿真器通信连接；采用本发明的仿真平台和仿真方法，通过控制中心仿真器在电力物理系统实时仿真器和信息系统实时仿真器之间进行实时数据传输，可以对电力信息物理融合系统进行高精度实时仿真，而现有仿真平台架构和仿真方法不具备高精度下实时仿真的能力。从而采用该平台和方法能够精确地分析信息通信系统对电力系统的影响，验证智能电网广域控制策略的有效性。

Description

一种电力信息物理融合系统实时仿真平台及其方法
技术领域
本发明涉及电力系统仿真方法领域，尤其涉及电力信息物理融合系统实时仿真平台及其方法。
背景技术
在智能电网环境下，不同位置、不同电压等级电网的各类量测信息(如电压、频率等)和其它附加信息(如气象信息，智能家电和电动汽车等可控智能负荷用户设定信息等)将被源源不断的传送至电网集中控制中心或区域控制器，以用于监测、调控和保护等应用。对于电网调控和保护应用，控制指令信息将会被传送至相应的控制器和继电保护装置。这种广域监控保护和控制系统对信息通信系统提出了高要求。因此，分析智能电网各种先进解决方案的关键就在于，在进行动态或静态电力系统仿真时能够融合完整的信息通信过程与应用。
作为两个独立系统，电力系统和信息通信系统都拥有各自专业的截然不同的仿真工具。电力系统动态行为在时间上是连续的，可用一组微分代数方程来表示。通常这类微分代数方程组只能通过数值方法求解，因此电力系统仿真工具采用离散时步对系统当前状态进行相对精确的估计。而信息通信系统本身就是离散系统，因此可以通过离散事件仿真工具对其进行建模，采用离散状态模型对网络在离散参数(如数据队列长度)和离散事件(如数据包的传输)下进行描述，而将复杂的通信过程转化为具体的事件队列。
近年来，为了将两种类型的仿真方法结合以研究智能电网相关特性，研究人员提出了多种非实时联合仿真方案。在处理信息通信相关的电力系统静态问题(如需求响应配置、无功优化等)时，现有的非实时联合仿真方案已经能够较好实现两个系统的交互过程。然而当面对电力系统动态问题(如稳定控制、广域监测)时，非实时联合仿真方案的最大挑战来自时间同步问题。而在电力和通信部分均构建实时仿真单元，并采用实时数据交换则可以避免时间同步的问题。
发明内容
发明目的：为了提高电力信息物理融合系统仿真效率和精度，本发明提供一种电力信息物理融合系统实时仿真平台及仿真方法。
本发明的技术方案如下：一种电力信息物理融合系统实时仿真平台，包括电力物理系统实时仿真器、信息系统仿真器以及控制中心仿真器；所述电力物理系统实时仿真器与所述信息系统仿真器通信连接，所述信息系统仿真器与所述控制中心仿真器通信连接；
所述电力物理系统实时仿真器对用户预先建立的电力系统模型进行实时仿真并得到仿真的状态信息；通过所述信息系统仿真器将所述状态信息传输给控制中心仿真器；
所述控制中心仿真器接收所述状态信息，根据用户预先设定的控制策略进行仿真，得到控制指令，并将所述控制指令通过信息系统仿真器下发至所述带那里系统实时仿真器；
所述信息系统仿真器分别对所述电力物理系统实时仿真器的状态信息以及所述控制中心仿真器的控制指令进行仿真；确定状态信息以及控制指令的数据传输延时、误码和中断信息；并向所述控制中心仿真器上传经过仿真后的状态数据，向所述电力物理系统实时仿真器下发经过仿真后的控制指令。
所述电力物理系统实时仿真器与所述信息系统仿真器之间、所述信息系统仿真器与所述控制中心仿真器之间均通过接口连接单元连接；所述接口连接单元根据用户指定的通信协议在多个仿真器之间进行数据传输工作。
一种采用权利要求1所述的电力信息物理融合系统实时仿真方法，包括如下步骤：
步骤(1)所述电力物理系统实时仿真器对电力系统进行实时仿真，并将仿真的状态信息打上时标上传至信息系统仿真器；
步骤(2)所述信息系统仿真器接收所述步骤(1)的状态信息；并进行实时仿真，确定电力物理系统实时仿真器上传的状态信息在信息系统中的传输状态信息，如传输路径、传输延时、误码、中断等信息；并向控制中心仿真器上传经仿真后的状态信息；
步骤(3)所述控制中心仿真器接收所述步骤(2)经仿真后的状态信息进行仿真，得到控制指令，并向所述信息系统仿真器下发带时标的控制指令；
步骤(4)所述信息系统仿真器接收所述步骤(3)的控制指令并进行实时仿真，确定控制指令数据在信息系统中的传输状态信息，如传输路径、传输延时、误码、中断等信息；并向电力物理系统实时仿真器下发经过仿真后的控制指令；
步骤(5)所述电力物理系统实时仿真器根据步骤(4)的控制指令修正电力系统；判断仿真时间是否达到设定时间，如果是，则停止仿真，否则返回步骤(1)。
所述电力物理系统实时仿真器采用能够进行并行处理电力系统动态模型的仿真工具；所述信息系统仿真器采用能够对实际通信系统进行高精度建模、计算和扩展的仿真工具；所述控制中心仿真器采用能够对电力系统复杂控制策略进行编程的仿真工具。
所述各仿真器之间的通信连接采用以太网或无线网。
技术方案：为实现上述目的，
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
采用本发明的仿真平台和仿真方法，通过控制中心仿真器在电力物理系统实时仿真器和信息系统实时仿真器之间进行实时数据传输，可以对电力信息物理融合系统进行高精度实时仿真，而现有仿真平台架构和仿真方法不具备高精度下实时仿真的能力。从而采用该平台和方法能够精确地分析信息通信系统对电力系统的影响，验证智能电网广域控制策略的有效性。
附图说明
图1为本发明提出的电力通信混合系统仿真平台的架构图；
图2为本发明实施例仿真平台结构图；
图3为本发明实施例电网结构；
图4为本发明实施例负荷变化图；
图5为本发明实施例仿真结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
图1为本发明提出的一种电力信息物理融合系统实时仿真平台，包括电力物理系统实时仿真器、信息系统仿真器、控制中心仿真器和接口连接单元；所述电力物理系统实时平台的连接方式为：信息系统仿真器通过两个接口连接单元分别与电力物理系统实时仿真器和控制中心仿真器连接。
图2为应用本发明的一种仿真平台实例。OPAL-RT作为电力物理系统实时仿真器，安装OPNET的计算机作为信息系统仿真器，安装JavaEclipse的计算机作为控制中心仿真器，接口连接单元采用OPNET内置的SITL模块和若干外接网卡，通过以太网实现各仿真器之间的连接。该平台可以完成考虑信息通信最多900电力节点的高精度电磁暂态仿真以及多达240000电力节点的广域电力系统监控仿真。
仿真步骤如下：
(1)OPAL-RT、OPNET和JavaEclipse同时开始运行；
(2)通过OPAL-RT对用户预先建立的电力系统模型进行实时仿真，同时根据用户预先设定的信息上传策略向OPNET上传带时标的状态信息，如节点电压信息；
(3)OPNET对用户预先建立的信息通信网络进行仿真，确定电力系统状态信息数据传输路径、传输延时、误码、中断等信息；向JavaEclipse上传经过仿真后的状态信息数据；
(4)JavaEclipse接收到状态信息数据后，根据用户预先设定的控制策略进行仿真，得到控制指令，并向OPNET下发带时标的控制指令数据，如电容器投切指令；
(5)OPNET通过仿真确定控制指令数据的传输路径、传输延时、误码、中断等信息；向OPAL-RT下发经过仿真后的控制指令数据。
(6)OPAL-RT根据控制指令修正电力系统模型；判断仿真时间是否达到用户设定时间，如果是，则停止仿真，否则返回步骤(2).
图3为本发明实施例电网结构图。节点4处负荷按照图4所示变化，导致节点4电压发送波动。采集节点4电压上传至系统控制中心；系统控制中心根据预先制定的控制策略(当电压低于0.95标幺值时，投入节点4电容器)针对不同电压信息下发控制指令。
采用本发明仿真平台和方法对该例进行仿真，效果如图5。可以看到当电压低于0.95时，控制中心下发控制策略，电容器投入，提升了节点4的电压。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种电力信息物理融合系统实时仿真平台，其特征在于，包括电力物理系统实时仿真器、信息系统仿真器以及控制中心仿真器；所述电力物理系统实时仿真器与所述信息系统仿真器通信连接，所述信息系统仿真器与所述控制中心仿真器通信连接；
所述电力物理系统实时仿真器对用户预先建立的电力系统模型进行实时仿真并得到仿真的状态信息；通过所述信息系统仿真器将所述状态信息传输给控制中心仿真器；
所述控制中心仿真器接收所述状态信息，根据用户预先设定的控制策略进行仿真，得到控制指令，并将所述控制指令通过信息系统仿真器下发至所述带那里系统实时仿真器；
所述信息系统仿真器分别对所述电力物理系统实时仿真器的状态信息以及所述控制中心仿真器的控制指令进行仿真；确定状态信息以及控制指令的数据传输延时、误码和中断信息；并向所述控制中心仿真器上传经过仿真后的状态数据，向所述电力物理系统实时仿真器下发经过仿真后的控制指令。
2.根据权利要求1所述的电力信息物理融合系统实时仿真平台，其特征在于，所述电力物理系统实时仿真器与所述信息系统仿真器之间、所述信息系统仿真器与所述控制中心仿真器之间均通过接口连接单元连接；所述接口连接单元根据用户指定的通信协议在多个仿真器之间进行数据传输工作。
3.一种采用权利要求1所述的电力信息物理融合系统实时仿真平台的仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)所述电力物理系统实时仿真器对电力系统进行实时仿真，并将仿真的状态信息打上时标上传至信息系统仿真器；
步骤(2)所述信息系统仿真器接收所述步骤(1)的状态信息；并进行实时仿真，确定电力物理系统实时仿真器上传的状态信息在信息系统中的传输状态信息，并向控制中心仿真器上传经仿真后的状态信息；
步骤(3)所述控制中心仿真器接收所述步骤(2)经仿真后的状态信息进行仿真，得到控制指令，并向所述信息系统仿真器下发带时标的控制指令；
步骤(4)所述信息系统仿真器接收所述步骤(3)的控制指令并进行实时仿真，确定控制指令数据在信息系统中的传输状态信息，并向电力物理系统实时仿真器下发经过仿真后的控制指令；
步骤(5)所述电力物理系统实时仿真器根据步骤(4)的控制指令修正电力系统；判断仿真时间是否达到设定时间，如果是，则停止仿真，否则返回步骤(1)。
4.根据权利要求3所述的仿真方法，其特征在于，所述电力物理系统实时仿真器采用能够进行并行处理电力系统动态模型的仿真工具；所述信息系统仿真器采用能够对实际通信系统进行高精度建模、计算和扩展的仿真工具；所述控制中心仿真器采用能够对电力系统复杂控制策略进行编程的仿真工具。
5.根据权利要求3所述的仿真方法，其特征在于，所述各仿真器之间的通信连接采用以太网或无线网。
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