CN105740528B - 一种自适应同步方式的电力通信联合仿真平台及其同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自适应同步方式的电力通信联合仿真平台及其同步方法，采用电力系统仿真工具、通信系统仿真工具和仿真同步模块构成的联合仿真平台；本发明根据同步方式触发条件选择所述电力系统仿真工具和所述通信系统仿真工具之间的同步方式。本发明能够在电力通信联合系统稳态时采用全局步长式进行快速仿真，而在出现电力系统故障时间或者通信系统事件时采用步进式进行精确仿真。该平台兼顾了仿真精度和速度，有助于研究电力通信系统交互影响特性。

Description

一种自适应同步方式的电力通信联合仿真平台及其同步方法
技术领域
本发明涉及电力系统仿真领域，尤其涉及电力通信联合仿真平台及其同步方法。
背景技术
电力系统的电力流和信息通信系统的信息流存在本质上的区别。在信息流中，对于设定的信息可以指定接受者，并调度其传送路径。然而在电力流中，同一电网中电源的注入功率与用电设备的消耗功率之间在任何时间断面上都是平衡的；电功率在电网中的流动则服从基尔霍夫定律,即每一个电气节点上的输入与输出在任意时刻平衡,没有缓冲、存储或滞后的可能。即使在电网不正常的状态下,上述平衡关系仍然严格存在,只不过此时的平衡伴随着电能质量降低、设备过载,负荷被迫退出,或电网解列直至崩溃。不平衡功率只会发生在发电机转子节点上的机械输入功率与电磁输出功率之间,并引起同步稳定性问题。然而传统电力系统研究与信息系统研究在理论和方法上基本是割裂的，在现有理论方法框架下难以深入分析信息系统对电力系统运行与控制的影响。在现有研究中将二者作为复合系统时，时间同步性、两个系统结构的异构性、元件组成和动态响应的差异性使得研究人员不得不对其中某一部分进行简化考虑，这也给研究结果的准确性和实用性带来一定影响。
因此，迫切需要建立一个能够深入分析复杂的电力通信系统的平台工具，为相关理论和应用问题的深入研究提供仿真、测试和验证支撑。美国国土安全部(US Departmentof Homeland Security)于2008年发布的报告《全美电网仿真工具性能：需求和相关问题》中提出未来的电网仿真工具应当能够对多种电网外部扰动事件进行建模，以分析电力系统与通信系统等关键设施之间的交互行为。
发明内容
发明目的：为了提高电力通信系统仿真平台的仿真效率和精度，本发明提供一种自适应同步方式的电力通信联合仿真平台及其同步方法。
技术方案：为实现上述目的，将电力系统和通信系统考虑成耦合和相互依存的联合仿真平台进行仿真，并提出了一种同步方法。
一种自适应同步方式的电力通信联合仿真平台，包括电力系统仿真工具、通信系统仿真工具；所述电力系统仿真工具对电力系统进行连续时步仿真，采集每一步仿真数据；所述通信系统仿真工具对通信系统进行离散时步仿真；还包括仿真同步模块；所述电力系统仿真工具将其每一步的电力系统仿真数据打上仿真时间标签传输至所述仿真同步模块；所述通信系统仿真工具将其每一步仿真结果打上仿真时间标签传输至仿真同步模块；
所述仿真同步模块包括同步模块及同步方式选择模块；所述同步方式选择模块在电力通信联合仿真平台满足同步方式触发条件时选择步进式作为电力通信联合仿真平台的同步方式；在切换死区时间内电力通信联合仿真平台不满足同步方式触发条件时选择全局步长式作为电力通信联合仿真平台的同步方式；所述切换死区时间为用户设定时间；
所述同步模块根据所述同步方式选择模块切换电力通信联合仿真平台的同步方式，并根据同步方式将电力系统仿真数据传输至通信系统仿真工具或将通信系统仿真结果传输至电力系统仿真工具。
所述同步方式触发条件为仿真时间触发式、电力系统仿真数据触发式或通信系统仿真结果触发式；所述仿真时间触发式为用户按照仿真需求确定在设定时刻进行同步方式切换；所述电力系统仿真数据触发式为用户按照仿真需求设定当电力系统仿真数据达到设定范围时进行同步方式切换；所述通信系统仿真结果触发式为用户按照仿真需求设定当通信系统仿真结果达到设定要求时进行同步方式切换。
一种电力通信联合仿真平台的同步方法，步骤如下：
电力系统仿真工具步骤：对电力系统进行连续时步仿真，采集每一步仿真数据，并将每一步的电力系统仿真数据打上仿真时间标签传输至所述仿真同步模块；
通信系统仿真工具步骤：对通信系统进行离散时步仿真，并将其每一步仿真结果打上仿真时间标签传输至仿真同步模块；
仿真同步模块步骤：选择同步方式并根据同步方式将电力系统仿真数据传输至通信系统仿真工具或将通信系统仿真结果传输至电力系统仿真工具；其中，选择同步方式过程如下：
步骤(1)：根据电力系统仿真数据以及通信系统仿真结果判断电力通信联合仿真平台是否满足同步方式触发条件；若满足，则电力通信联合仿真平台的同步方式选择步进式；若不满足，进入步骤(2)；
步骤(2)：判断在切换死区时间内，电力通信联合仿真平台是否达到同步方式触发条件，如果满足，则继续选择步进式为电力通信联合仿真平台的同步方式；如果不满足，则选择全局步长式为电力通信联合仿真平台的同步方式；其中，切换死区时间为用户设定时间。
有益效果：采用本发明的仿真平台和同步方法，能够在电力通信联合系统稳态时采用全局步长式进行快速仿真，而在出现电力系统故障时间或者通信系统事件时采用步进式进行精确仿真。该平台兼顾了仿真精度和速度，有助于研究电力通信系统交互影响特性。
附图说明
图1为本发明提出的仿真平台的架构图。
图2为本发明的同步方式选择方法流程图。
图3为本发明的实施例电网结构。
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为本发明提出的混合仿真平台的架构图。如图1所示，本发明的一种电力通信联合仿真平台具体包括电力系统仿真工具、通信系统仿真工具和仿真同步模块。电力系统仿真工具，采用现有电力系统仿真软件对电力系统动态特性进行连续时步仿真，采集每一步仿真数据，并将其打上仿真时间标签传输至仿真同步模块；通信系统仿真工具，采用现有通信系统仿真软件对通信系统进行离散时步仿真，并将每一步仿真结果打上仿真时间标签传输至仿真同步模块；仿真同步模块，接收带时标的电力系统仿真数据和带时标的信息通信系统仿真结果，选择电力系统仿真工具和通信系统仿真工具之间的同步方式，根据同步方式在设定时间将电力系统仿真数据传输至通信系统仿真工具或将通信系统仿真结果传输至电力系统仿真工具。仿真同步模块需具备快速数据输入输出功能、数据存储功能和高速计算功能；在本发明实施例中，采用三台安装个人电脑作为仿真平台：一台安装PSCAD软件的电脑作为电力系统仿真工具，一台安装OPNET软件的电脑作为通信系统仿真工具和一台安装MATLAB软件的电脑作为仿真同步模块。
图3为本发明的实施例电网结构。仿真前准备，设置电力系统和信息通信混合仿真的相关参数：电力系统仿真步长设置为0.0002，系统仿真时间设置为3秒，电力系统故障时间为1秒，电力系统发生的故障为N1母线上发电机跳开。
图2为本发明的同步方式选择方法流程图。如图2所示，仿真同步模块的同步方式选择方法为：
(1)用户设定仿真同步模块同步方式触发条件为三者之一：仿真时间触发式、电力系统仿真数据触发式和通信系统仿真结果触发式；用户设定同步方式切换死区时间t，为用户设定时间，防止同步方式频繁切换导致仿真失准，一般大于5个步进式的步长时间。仿真开始时，同步方式采用全局步长式。同步方式触发方式中：仿真时间触发式为用户按照仿真需求确定在设定时刻进行同步方式切换，如可以设定为电力故障发生时刻；电力系统仿真数据触发式为用户按照仿真需求设定当电力系统仿真数据达到设定范围时进行同步方式切换，如可以设定为电力系统频率跌落到指定范围时进行切换；通信系统仿真结果触发式为用户按照仿真需求设定当通信系统仿真结果达到设定要求时进行同步方式切换，如可以设定通信延时超过某一设定数值时进行切换。本发明实施例中，用户设定同步方式触发条件为仿真时间触发式，触发时间为1秒，死区时间t为0.5秒。电力通信联合仿真平台开始仿真，同步方式采用全局步长式。
(2)仿真过程中，仿真同步模块判断电力通信联合仿真平台是否达到用户设定的同步方式触发条件，当电力通信联合仿真平台到达用户设定的触发条件时，同步方式切换到步进式；本发明实施例中，在仿真时间1秒时，同步方式由全局步长式切换至步进式。
(3)在系统为步进式同步方式下的仿真过程中，当系统状态不达到用户设定的触发条件时，进行切换判断，当在此后时间t内的系统状态均未达到用户设定的触发条件时，将同步方式切换至全局步长式。本发明实施例中，在1.5秒时切换至全局仿真步长式。
仿真同步模块的同步方式分别为：全局步长式同步方式采用一个用户设定的全局步长T，在每个时间T内，电力系统仿真工具和通信系统仿真工具分别按照各自时步进行仿真，所产生的仿真数据和仿真结果均存储于仿真同步模块，在T时刻结束时进行时间同步模块向电力系统仿真工具和通信系统仿真工具的数据传输；步进式同步方式下，仿真同步装置在接收到每个仿真数据和仿真结果时均立刻向电力系统仿真工具和通信系统仿真工具进行数据传输。在本实施例中，全局步长式同步方式的全局步长T设定为0.01秒。
采用全局步长式同步方法的优点是仿真速度快，缺点是在系统发生较大变化时无法进行精确仿真；而步进式同步方法则相反，其优点是仿真精度高，缺点则是每一步均需要进行数据交互，导致仿真速度慢。在电力通信联合仿真中，当系统处于稳态时，采用全局步长式比步进式精度相差不大，但是速度大大提高；而在系统故障时，则需要采用步进式进行精确仿真。因此本发明就是通过提出了上述两种同步方式的切换机制，使得联合仿真平台能够在系统稳态和故障时切换不同的时间同步方式，在保证系统仿真精度的情况下提高仿真速度。
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 (3)

1.一种自适应同步方式的电力通信联合仿真平台，包括电力系统仿真工具、通信系统仿真工具；所述电力系统仿真工具对电力系统进行连续时步仿真，采集每一步仿真数据；所述通信系统仿真工具对通信系统进行离散时步仿真；其特征在于：还包括仿真同步模块；所述电力系统仿真工具将其每一步的电力系统仿真数据打上仿真时间标签传输至所述仿真同步模块；所述通信系统仿真工具将其每一步仿真结果打上仿真时间标签传输至仿真同步模块；
所述仿真同步模块包括同步模块及同步方式选择模块；所述同步方式选择模块在电力通信联合仿真平台满足同步方式触发条件时选择步进式作为电力通信联合仿真平台的同步方式；在切换死区时间内电力通信联合仿真平台不满足同步方式触发条件时选择全局步长式作为电力通信联合仿真平台的同步方式；所述切换死区时间为用户设定时间；
所述同步模块根据所述同步方式选择模块切换电力通信联合仿真平台的同步方式，并根据同步方式将电力系统仿真数据传输至通信系统仿真工具或将通信系统仿真结果传输至电力系统仿真工具。
2.根据权利要求1所述的电力通信联合仿真平台，其特征在于：所述同步方式触发条件为仿真时间触发式、电力系统仿真数据触发式或通信系统仿真结果触发式；所述仿真时间触发式为用户按照仿真需求确定在设定时刻进行同步方式切换；所述电力系统仿真数据触发式为用户按照仿真需求设定当电力系统仿真数据达到设定范围时进行同步方式切换；所述通信系统仿真结果触发式为用户按照仿真需求设定当通信系统仿真结果达到设定要求时进行同步方式切换。
3.一种采用权利要求1所述的电力通信联合仿真平台的同步方法，其特征在于：步骤如下：
电力系统仿真工具步骤：对电力系统进行连续时步仿真，采集每一步仿真数据，并将每一步的电力系统仿真数据打上仿真时间标签传输至所述仿真同步模块；
通信系统仿真工具步骤：对通信系统进行离散时步仿真，并将其每一步仿真结果打上仿真时间标签传输至仿真同步模块；
仿真同步模块步骤：选择同步方式并根据同步方式将电力系统仿真数据传输至通信系统仿真工具或将通信系统仿真结果传输至电力系统仿真工具；其中，选择同步方式过程如下：
步骤(1)：根据电力系统仿真数据以及通信系统仿真结果判断电力通信联合仿真平台是否满足同步方式触发条件；若满足，则电力通信联合仿真平台的同步方式选择步进式；若不满足，进入步骤(2)；
步骤(2)：判断在切换死区时间内，电力通信联合仿真平台是否达到同步方式触发条件，如果满足，则继续选择步进式为电力通信联合仿真平台的同步方式；如果不满足，则选择全局步长式为电力通信联合仿真平台的同步方式；其中，切换死区时间为用户设定时间。
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