CN106773790B - 基于全局事件轴同步的多迭代电力和通信联合仿真方法 - Google Patents

基于全局事件轴同步的多迭代电力和通信联合仿真方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于全局事件轴同步的多迭代电力和通信联合仿真方法，电力仿真事件和通信仿真事件根据发生的时间加在一个全局事件轴上，由这个全局事件轴管理电力和通信仿真的进程，当通信仿真软件每完成一次全局事件的仿真，电力仿真软件就根据从通信仿真获取的仿真状态信息和仿真结果信息生成一个新电力仿真的算例，执行一次电力的迭代仿真，如此通过多次的迭代，可以精确反映电力和通信系统故障的演化过程，及其引发连锁故障的演化过程。

Description

基于全局事件轴同步的多迭代电力和通信联合仿真方法
技术领域
本发明属于计算机数字仿真技术领域，具体是涉及一种基于全局事件轴同步的多迭代电力和通信联合仿真方法。
背景技术
电力系统是最为重要的国家基础设施之一，其安全稳定运行关系到国计民生的各个环节。随着智能电网技术的发展，电力系统和通信网的结合越来越紧密，而电力通信又是现代电网的重要基础设施，是保证电网安全稳定经济运行的重要手段。尤其是智能电网和刚刚兴起的能源互联网，对电力通信网络提出了更高的要求。由于电力系统对通信网的高度依赖，使得一旦电力通信网络发生故障，将会对电网的监控系统造成直接的影响，导致重大的经济损失。
随着通信和信息技术的广泛深入应用，现代电力系统已经发展成为由物理电力系统和通信信息系统构成的复杂耦合网络系统。已有的研究表明，无论是电力系统本身，还是通信系统中的部件发生故障或是被攻击，都可能导致电力和通信网连锁故障的发生，从而导致整个耦合网络的瘫痪。
因此研究这种复杂耦合的系统就有着重要的现实意义，而仿真是定量分析研究这种耦合网络的关键技术。目前已有一些相关的仿真方法用于研究这一耦合系统，但是这些方法都没有实现针对电网和通信网演化过程的确定性的精确仿真，以及无法准确反映电网和通信网发生连锁故障的变化过程。随着智能电网技术的发展，电网和通信网构成了一个强耦合的系统，因此发生复杂连锁故障的可能性也随之增加。传统的分析方法，如PetriNets模型，往往只能用于事后的场景分析，而且只能实现定性分析。采用联合仿真的方法，可以实现故障的定量分析，但难以实现对连锁故障过程的准确描述。
因此，需要针对该场景提出一种新型的仿真方法。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于全局事件轴同步的多迭代电力和通信联合仿真方法，考虑到在电力和通信发生连锁故障的情况下，电力的仿真结果往往既要受到通信仿真结果的影响，又要影响通信的仿真结果，本发明将电力仿真事件和通信仿真事件根据发生的时间加在一个全局事件轴上，并由该全局事件轴管理电力和通信仿真的进程，通过多次的迭代仿真，可以精确反应电力和通信系统故障的演化过程，及其引发连锁故障的演化过程。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种基于全局事件轴同步的多迭代电力和通信联合仿真方法，提供一种电力和通信联合仿真系统，该系统包括电力仿真系统和通信仿真系统；所述电力仿真系统采用电力仿真软件进行电力仿真，所述通信仿真系统采用通信仿真软件进行通信仿真；
所述方法包括以下步骤：
S1在通信仿真软件中设计一个全局事件轴，将已知的电力事件或通信事件按事件发生的时间顺序插入到全局事件轴上，进入步骤S2；所述全局事件轴是指将电力仿真事件和通信仿真事件根据事件发生的时间顺序排列在统一的事件轴上，排列在统一的事件轴上的电力仿真事件和通信仿真事件统称为全局事件；
S2所述通信仿真软件根据全局事件轴上的全局事件信息选择具体操作：
将所述步骤S1中全局事件轴上插入在仿真过程中发现的电力事件或通信事件视为全局事件轴上的全局事件更新；
完成全局事件轴更新操作后，所述通信仿真软件从当前全局事件轴上的事件开始仿真直至全局事件轴上的下一个事件时暂停仿真，再进入步骤S3；
如果所述通信仿真软件在仿真过程中发现一个新的通信事件，则所述通信仿真软件暂停仿真，并将该次通信仿真过程中出现的新的通信事件插入到全局事件轴上，再进入步骤S3；
S3所述通信仿真软件将步骤S2中通信仿真进程的通信状态信息、通信结果信息发送给所述电力仿真软件，进入步骤S4；
S4所述电力仿真软件电力仿真初始条件不变，根据接收到的通信仿真进程的通信状态信息、通信结果信息生成新的电力仿真算例，完成从初始状态到结束状态的一次电力仿真即电力仿真的一次迭代，且所述电力仿真软件将一次迭代电力仿真结果发送给所述通信仿真软件，进入步骤S5：如果在该次迭代电力仿真过程中发生新的电力事件，则电力仿真软件在电力仿真结束后将新的电力事件的信息及新的电力事件的时标信息发送给所述通信仿真软件；如果在该次迭代电力仿真过程中未发生新的电力事件，则电力仿真软件在电力仿真结束后将未发生新事件的信息发送给所述通信仿真软件；
S5所述通信仿真软件根据接收到的一次迭代电力仿真结果选择是否更新全局事件轴上：如果在该次迭代电力仿真过程中发生新的电力事件，则所述通信仿真软件将新的电力事件插入到全局事件轴上，进入步骤S2；如果在该次迭代电力仿真过程中未发生新的电力事件，则直接进入步骤S2。
进一步地，所述步骤S4中，所述电力仿真软件电力仿真初始条件不变，所述电力仿真软件根据接收到的通信仿真进程的通信状态信息和通信结果信息生成不同的电力仿真算例，实现迭代电力仿真，通信仿真进程的通信状态信息和通信结果包括当前接收到的通信仿真进程的通信状态信息、通信结果信息和之前接收到的通信仿真进程的通信状态信息、通信结果信息的累积。
进一步地，所述电力和通信联合仿真系统采用集中式仿真系统或分布式仿真系统，当采用集中式仿真系统时，所述通信仿真软件和电力仿真软件均安装在同一台计算机上；当采用分布式仿真系统时，所述通信仿真软件和电力仿真软件分别安装在不同的计算机上。
进一步地，所述电力仿真软件采用可以暂停仿真进程的电力仿真软件或不能暂停仿真进程的电力仿真软件。
进一步地，所述通信仿真软件和电力仿真软件之间通过SOCKET的UDP数据包形式互传数据。
有益效果：本发明与现有技术比较，具有的优点是：
本发明方法考虑到电力和通信发生连锁故障的情况，将电力仿真事件和通信仿真事件根据发生的时间插入在一个统一全局事件轴上，当通信仿真软件每完成一次全局事件的仿真，电力仿真软件就根据从通信仿真获取的仿真结果生成一个新的电力仿真的算例，执行一次电力的迭代仿真，如此通过多次的迭代仿真，可以精确反应电力和通信系统故障的演化过程，及其引发连锁故障的演化过程；
本发明方法通过迭代仿真实现对复杂连锁故障的精确定量分析，还可发现电网和通信网耦合系统的一些故障隐患，本发明方法不仅可以用于智能电网领域的电力和通信联合仿真，还可以用于基于IP网络和无线通信的电网物理信息系统的联合仿真，并为未来的能源互联网系统联合仿真的研究提供有益的参考。
附图说明
图1是本发明提出方法的流程图。
图2是本发明实施例联合仿真方法过程说明图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明提出了一种基于全局事件轴同步的多迭代电力和通信联合仿真方法，提供一种电力和通信联合仿真系统，该系统包括电力仿真系统和通信仿真系统，电力仿真系统采用电力仿真软件进行电力仿真，通信仿真系统采用通信仿真软件进行通信仿真，本发明方法用于强耦合的电力和通信系统联合同步仿真，实现独立的电力仿真、独立的通信仿真、仿真数据的交互以及仿真进程的控制等功能；
本发明方法设计的通信和电力联合仿真同步的方法，首先定义全局事件轴，将电力仿真事件和通信仿真事件根据发生的时间顺序依次经过通信仿真软件加入一个统一的全局事件轴中，由该全局事件轴管理电力和通信仿真的进程，即当通信仿真软件每完成一次全局事件轴上的全局事件的仿真，电力仿真软件就根据通信仿真获取的仿真结果生成一个新的电力仿真的算例，由此电力仿真软件就执行一次电力的迭代仿真，如此通过多次的迭代，可以定量分析电力和通信系统故障的演化过程及其引发连锁故障的演化过程；
如图1所示，具体包括以下步骤：
首先提供一种电力和通信联合仿真系统，该系统包括电力仿真系统和通信仿真系统；电力仿真系统采用电力仿真软件进行电力仿真，通信仿真系统采用通信仿真软件进行通信仿真，完成电力仿真场景设置和通信仿真场景设置；
然后设定电力事件和通信事件，并由通信仿真软件将已知的电力事件或通信事件插入全局事件轴上，全局事件轴上的全局事件更新即全局事件轴上被插入新的全局事件；定义全局事件轴，全局事件轴是指将电力仿真事件和通信仿真事件根据事件发生的时间顺序排列在统一的事件轴上，排列在统一的事件轴上的电力仿真事件和通信仿真事件统称为全局事件；全局事件轴由通信仿真软件生成和管理，由通信仿真软件将通信仿真事件和电力仿真事件根据事件发生的时间顺序依次插入在一个统一的全局事件轴中，在整个全局事件轴中既有电力事件，又有通信事件，电力事件和通信事件在全局事件轴中按照事件发生的先后顺序依次排列，电力事件和通信事件在全局事件轴中又可称为全局事件；另外全局事件轴也管理电力仿真和通信仿真的进程，即当通信仿真软件每完成一次全局事件轴上的全局事件的仿真，电力仿真软件就根据通信仿真获取的仿真结果生成一个新的电力仿真的算例，由此电力仿真软件就执行一次电力的迭代仿真，如此通信仿真软件与电力仿真软件交替运行，实现多次迭代；
接着通信仿真软件根据全局事件轴上的全局事件信息选择具体操作过程：
在完成全局事件更新操作后，通信仿真软件完成对一次从当前全局事件轴上的事件到全局事件轴上的下一个事件的仿真，然后暂停通信仿真，与电力仿真软件之间的数据传递，等待再次启动通信仿真的命令：如果在该次通信仿真过程中发生新的通信事件，则通信仿真软件将该新的通信事件插入到全局事件轴上，然后暂停通信仿真，再进行与电力仿真软件之间的数据传递，等待再次启动通信仿真的命令；
电力仿真软件接收到通信仿真进程的通信状态信息、通信仿真的结果信息，电力仿真的初始条件不变，根据接收到的通信仿真进程的通信状态信息、通信仿真的结果信息，生成新的电力仿真算例，完成从初始状态到结束状态的一次电力仿真(电力仿真的一次迭代)，并将一次迭代电力仿真结果通过SOCKET的UDP数据包形式发送给通信仿真软件，具体是：如果在该次迭代仿真过程中发生新的电力事件，则电力仿真软件在电力仿真结束后将新的电力事件的信息及新的电力事件的时标信息发送给通信仿真软件；如果在该次迭代电力仿真过程中未发生新的电力事件，则电力仿真软件在电力仿真结束后将未发生新事件的信息发送给通信仿真软件；
通信仿真软件根据接收到的一次迭代电力仿真结果选择是否更新全局事件轴上：如果在该次迭代电力仿真过程中发生新的电力事件，则所述通信仿真软件将新的电力事件插入到全局事件轴上，接着通信仿真软件根据全局事件轴上的全局事件信息继续选择具体操作；如果在该次迭代电力仿真过程中未发生新的电力事件，通信仿真软件直接根据全局事件轴上的全局事件信息选择具体操作；通信仿真软件进入下一轮步骤循环阶段。
通信仿真软件和电力仿真软件重复以上的过程完成多次的电力迭代仿真、通信仿真，通信仿真软件和电力仿真软件之间的数据交换，完成不同的迭代电力仿真，直到仿真全部结束。
本发明即电力和通信联合仿真系统采用集中式仿真系统或分布式仿真系统，当采用集中式仿真系统时，通信仿真软件和电力仿真软件均安装在同一台计算机上；当采用分布式仿真系统时，通信仿真软件和电力仿真软件分别安装在不同的计算机上；本发明适用于多种类型的电力仿真软件，包括可以暂停仿真进程和不能暂停仿真进程的电力仿真软件；
实施例：
参照图2，首先定义全局事件轴，由通信仿真软件将已知的电力事件或通信事件插入到全局事件轴上，全局事件轴上的全局事件更新即全局事件轴上被插入新的全局事件，已知的电力事件或通信事件在全局事件轴上记为全局事件Event1；
根据全局事件轴上的全局事件，通信仿真软件完成对一次事件(全局事件Event1)的仿真，然后暂停通信仿真，等待再次启动命令，该次通信仿真进程记为仿真进程1；在该次通信仿真进程(仿真进程1)中未出现新的通信事件，则通信仿真软件不更新全局事件轴，通信仿真软件将仿真进程1的通信状态信息、通信结果信息发送给电力仿真软件，该发送进程记为仿真进程2；电力仿真软件电力仿真初始条件不变，根据接收到的通信仿真进程(仿真进程1)的通信状态信息、通信结果信息生成新的电力仿真算例，完成从初始状态到结束状态的一次电力仿真即电力仿真的一次迭代，该次迭代电力仿真进程记为仿真进程3；设在该次迭代电力仿真进程(仿真进程3)中发生新的电力事件，则电力仿真软件在电力仿真结束后将新的电力事件的信息及新的电力事件的时标信息发送给通信仿真软件，该发送进程记为仿真进程4，通信仿真软件根据接收到的一次迭代电力仿真结果更新全局事件轴即将仿真进程3中发生的新的电力事件插入到全局事件轴上，仿真进程3中发生的新的电力事件在全局事件轴上插入全局事件Event2，全局事件轴更新一次全局事件；
通信仿真软件再一次根据全局事件轴上的全局事件信息选择具体操作，由于全局事件轴上被插入新的全局事件Event2，则通信仿真软件完成对一次事件(全局事件Event2)的仿真，然后暂停通信仿真，等待再次启动命令，该次通信仿真进程记为仿真进程5；设在该次通信仿真进程(仿真进程5)中未出现新的通信事件，则通信仿真软件不更新全局事件轴，通信仿真软件将仿真进程5的通信状态信息、通信结果信息发送给电力仿真软件，该发送进程记为仿真进程6；电力仿真软件电力仿真初始条件不变，根据接收到的通信仿真进程(仿真进程5)的通信状态信息、通信结果信息以及仿真进程1的通信状态信息、通信结果信息生成新的电力仿真算例，完成从初始状态到结束状态的又一次电力仿真即电力仿真的再一次迭代(二次迭代)，该次迭代电力仿真进程记为仿真进程7；设在该次迭代电力仿真进程(仿真进程7)中未发生新的电力事件，则电力仿真软件在电力仿真结束后将未发生新事件的信息发送给通信仿真软件(仿真进程8)，全局时间轴未更新；
由于全局事件轴未插入新事件，则通信仿真软件从上一次全局事件轴上被插入的新的事件(全局事件Event2)开始仿真直至通信仿真过程中出现新的通信事件时暂停仿真，将该次通信仿真过程记为仿真进程9，在仿真进程9中出现了新的通信事件，则通信仿真软件将新的通信事件插入到全局事件轴上，新的通信事件在全局事件轴上记为全局事件Event3；通信仿真软件将仿真进程9的通信状态信息、通信结果信息发送给电力仿真软件(仿真进程10)，电力仿真软件根据收到的仿真进程9的通信状态信息、通信结果信息以及仿真进程5的通信状态信息、通信结果信息以及仿真进程1的通信状态信息、通信结果信息生成新的电力仿真算例，完成从初始状态到结束状态的又一次电力仿真即电力仿真的再一次迭代(三次迭代)，该次迭代电力仿真进程记为仿真进程11，在仿真进程11中未发生新的电力事件，则电力仿真软件在电力仿真结束后将未发生新事件的信息发送给通信仿真软件(仿真进程12)，全局事件轴未更新；
由于全局事件轴未插入新事件，则通信仿真软件从上一次全局事件轴上被插入的新的事件(全局事件Event3)开始仿真直至结束仿真未发生新的通信事件(仿真进程13)，通信仿真软件将仿真进程13的通信状态信息、通信结果信息发送给电力仿真软件(仿真进程14)，电力仿真软件根据收到的仿真进程13的通信状态信息、通信结果信息以及仿真进程9的通信状态信息、通信结果信息以及仿真进程5的通信状态信息、通信结果信息以及仿真进程1的通信状态信息、通信结果信息生成新的电力仿真算例，完成从初始状态到结束状态的又一次电力仿真即电力仿真的再一次迭代(四次迭代)，该次迭代电力仿真进程记为仿真进程15，在仿真进程15中未发生新的电力事件，此时联合仿真结束。
电力仿真事件和通信仿真事件根据发生的时间加在一个全局事件轴上，由这个全局事件轴管理电力和通信仿真的进程，当通信仿真软件每完成一次全局事件的仿真，电力仿真软件就根据从通信仿真获取的仿真状态信息和仿真结果信息生成一个新电力仿真的算例，执行一次电力的迭代仿真，如此通过多次的迭代，可以精确反映电力和通信系统故障的演化过程，及其引发连锁故障的演化过程。
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.基于全局事件轴同步的多迭代电力和通信联合仿真方法，其特征在于：提供一种电力和通信联合仿真系统，该系统包括电力仿真系统和通信仿真系统；所述电力仿真系统采用电力仿真软件进行电力仿真，所述通信仿真系统采用通信仿真软件进行通信仿真；
所述方法包括以下步骤：
S1在通信仿真软件中设计一个全局事件轴，将已知的电力事件或通信事件按事件发生的时间顺序插入到全局事件轴上，进入步骤S2；所述全局事件轴是指将电力仿真事件和通信仿真事件根据事件发生的时间顺序排列在统一的事件轴上，排列在统一的事件轴上的电力仿真事件和通信仿真事件统称为全局事件；
S2所述通信仿真软件根据全局事件轴上的全局事件信息选择具体操作：
将所述步骤S1中全局事件轴上插入在仿真过程中发现的电力事件或通信事件视为全局事件轴上的全局事件更新；
完成全局事件轴更新操作后，所述通信仿真软件从当前全局事件轴上的事件开始仿真直至全局事件轴上的下一个事件时暂停仿真，再进入步骤S3；
如果所述通信仿真软件在仿真过程中发现一个新的通信事件，则所述通信仿真软件将该新的通信事件插入到全局事件轴上，然后暂停通信仿真，再进入步骤S3；
S3所述通信仿真软件将步骤S2中通信仿真进程的通信状态信息、通信结果信息发送给所述电力仿真软件，进入步骤S4；
S4所述电力仿真软件电力仿真初始条件不变，根据接收到的通信仿真进程的通信状态信息、通信结果信息生成新的电力仿真算例，完成从初始状态到结束状态的一次电力仿真即电力仿真的一次迭代，且所述电力仿真软件将一次迭代电力仿真结果发送给所述通信仿真软件，进入步骤S5：如果在该次迭代电力仿真过程中发生新的电力事件，则电力仿真软件在电力仿真结束后将新的电力事件的信息及新的电力事件的时标信息发送给所述通信仿真软件；如果在该次迭代电力仿真过程中未发生新的电力事件，则电力仿真软件在电力仿真结束后将未发生新事件的信息发送给所述通信仿真软件；
S5所述通信仿真软件根据接收到的一次迭代电力仿真结果选择是否更新全局事件轴上：如果在该次迭代电力仿真过程中发生新的电力事件，则所述通信仿真软件将新的电力事件插入到全局事件轴上，进入步骤S2；如果在该次迭代电力仿真过程中未发生新的电力事件，则直接进入步骤S2。
2.根据权利要求1所述的基于全局事件轴同步的多迭代电力和通信联合仿真方法，其特征在于：所述步骤S4中，所述电力仿真软件电力仿真初始条件不变，所述电力仿真软件根据接收到的通信仿真进程的通信状态信息和通信结果信息生成不同的电力仿真算例，实现迭代电力仿真，通信仿真进程的通信状态信息和通信结果包括当前和之前接收到的通信仿真进程的通信状态信息、通信结果信息的累积。
3.根据权利要求1所述的基于全局事件轴同步的多迭代电力和通信联合仿真方法，其特征在于：所述电力和通信联合仿真系统采用集中式仿真系统或分布式仿真系统，当采用集中式仿真系统时，所述通信仿真软件和电力仿真软件均安装在同一台计算机上；当采用分布式仿真系统时，所述通信仿真软件和电力仿真软件分别安装在不同的计算机上。
4.根据权利要求1至3中任意一项权利要求所述的基于全局事件轴同步的多迭代电力和通信联合仿真方法，其特征在于：所述电力仿真软件采用可以暂停仿真进程的电力仿真软件或不能暂停仿真进程的电力仿真软件。
5.根据权利要求1所述的基于全局事件轴同步的多迭代电力和通信联合仿真方法，其特征在于：所述通信仿真软件和电力仿真软件之间通过SOCKET的UDP数据包形式互传数据。
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