CN108763788A - 一种信息物理系统的仿真方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种信息物理系统的仿真方法和装置，先通过分解得到多个动态子区域，然后在每个动态子区域中进行电气物理系统和信息通信系统的同步与交互；最后在每个计算子任务中进行电气物理系统和信息通信系统的联合仿真。本发明根据信息物理系统的时序状态和事件触发电气物理系统，对电气物理系统进行插值操作，求解插值操作后电气物理系统的仿真方程，得到最终电气数据，并将最终电气数据回传到信息通信系统，实现信息物理系统的一体化仿真，降低了仿真复杂度；本发明将信息物理系统分解为快速、中速和慢速三个动态区域，并实现多个计算子任务中数据的同步与交互，有效提高仿真运算效率，为电网安全可靠经济运行提供基础。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统仿真领域，具体涉及一种信息物理系统的仿真方法和装置。
背景技术
信息物理系统(Cyber Physical System，CPS)包括电气物理系统和信息通信系统，现有技术中的电气物理系统仿真和信息通信系统仿真在理论和方法上基本是割裂的。电气物理系统是时变系统，其电气量以电压、电流、功率等形式流经电力节点和支路，现有技术中的电气物理系统仿真用一组微分代数方程描述电气物理系统电网连续时间响应过程，并采用显式积分或隐式积分等数值积分算法进行求解，通过离散时步对电网当前状态进行相对精确的估计，从而获得时域响应波形。信息通信系统则是离散系统，其信息变化由离散事件触发，信息通信系统仿真采用离散状态模型对电网离散参数，如数据队列长度、数据包和离散事件进行描述，将复杂的通信过程转化为具体的事件队列，并通过离散事件仿真工具进行模拟。
上述信息物理系统的仿真难以深入分析电气物理系统与信息通信系统之间的深度融合过程。信息物理系统融合仿真中不同动态响应过程、时间常数跨度大的系统模型相互交织在一起，呈现出高度的时变、非线性等特征，仿真过程复杂。同时，在现有技术的求解算法中，电气物理系统与信息通信系统与深度耦合的信息物理系统不可通用变步长数值积分算法或离散事件仿真算法，两种算法的交互导致仿真工作量大，仿真速率缓慢。
发明内容
为了克服上述现有技术中仿真过程复杂且仿真速率缓慢的不足，本发明提供一种信息物理系统的仿真方法和装置，先基于时间尺度将信息物理系统的动态区域分解为多个动态子区域，然后根据数据接口规范，在每个动态子区域中进行电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互；最后基于电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互，在每个计算子任务中进行电气物理系统和信息通信系统的联合仿真，实现信息物理系统中电气物理系统和信息通信系统的的仿真，仿真过程简单，且仿真速率快。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
一方面，本发明提供一种信息物理系统的仿真方法，所述信息物理系统包括电气物理系统和信息通信系统；所述方法包括：
基于时间尺度将信息物理系统的动态区域分解为多个动态子区域；
根据数据接口规范，在每个动态子区域中进行电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互；
基于所述电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互，在每个计算子任务中进行电气物理系统和信息通信系统的联合仿真。
所述根据数据接口规范，在每个动态子区域中进行电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互，包括：
根据动态子区域的仿真步长将动态子区域分解为多个计算子任务；
根据数据接口规范，在每个计算子任务中进行电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互。
所述根据动态子区域的仿真步长将动态子区域分解为多个计算子任务，包括：
基于动态子区域的仿真步长设定子步长，根据子步长将动态子区域分解为多个计算子任务；
计算截断误差，并在截断误差不等于0时，采用协同优化算法调整子步长，并根据调整后的子步长重新将动态子区域分解为多个计算子任务。
所述根据数据接口规范，在每个计算子任务中进行电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互，包括：
基于计算子任务，获取与计算子任务相关的数据接口规范；
根据数据接口规范将计算子任务中电气物理系统的初始电气数据和信息通信系统的初始信息数据存储至缓冲区；
根据信息通信系统中的控制指令触发电气物理系统，并通过数据帧时间对齐同步方法判断缓存区内是否到达同步时刻，若是，进行电气物理系统与信息通信系统之间初始状态数据的交换，并在交换完成后将初始状态数据作为下一仿真步长的初始数据继续进行数据交换；否则，重新将初始状态数据存储至缓冲区；
所述数据接口规范包括计算子任务表征规范、交互变量规范、和同步时序规范。
所述根据信息通信系统中的控制指令触发电气物理系统，并通过数据帧时间对齐同步方法判断缓存区内是否到达同步时刻，若是，进行电气物理系统与信息通信系统之间初始状态数据的交换，并在交换完成后将初始状态数据作为下一仿真步长的初始数据继续进行数据交换；否则，重新将初始状态数据存储至缓冲区之后，还包括：
修补初始状态数据的交换所产生的同步误差；
所述同步误差包括传输延时导致的误差、解析延迟导致的误差、转换误差和插值抖动导致的误差；
所述修补方法包括多重插值方法、接口延时补偿方法或预测校正方法。
所述基于时间尺度将信息物理系统的动态区域分解为多个动态子区域，包括：
将信息物理系统的微秒级过程划分为快速动态区域；
将信息物理系统的毫秒级或秒级过程划分为快速动态区域；
将信息物理系统的分钟级或小时级过程划分为慢速动态区域。
所述基于所述电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互，在每个计算子任务中进行电气物理系统和信息通信系统的联合仿真，包括：
采用多重插值方法对电气物理系统的时序状态进行插值处理，并根据插值处理后的时序状态确定电气物理系统的仿真方程；
采用数值积分算法求解仿真方程，得到最终电气数据，并将最终电气数据回传到信息通信系统；
根据电气物理系统回传的最终电气数据，并采用有限自动机算法求解信息通信系统的仿真方程，得到最终信息数据；
所述数值积分算法包括龙格库塔法、改进欧拉法或投影积分算法。
另一方面，本发明还提供一种信息物理系统的仿真装置，所述信息物理系统包括电气物理系统和信息通信系统；所述装置包括：
分解模块，用于基于时间尺度将信息物理系统的动态区域分解为多个动态子区域；
同步交互模块，用于根据数据接口规范，在每个动态子区域中进行电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互；
联合仿真模块，用于基于所述电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互，在每个计算子任务中进行电气物理系统和信息通信系统的联合仿真。
所述同步交互模块包括：
分解单元，用于根据动态子区域的仿真步长将动态子区域分解为多个计算子任务；
同步交互单元，用于根据数据接口规范，在每个计算子任务中进行电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互。
所述分解单元具体用于：
基于动态子区域的仿真步长设定子步长，根据子步长将动态子区域分解为多个计算子任务；
计算截断误差，并在截断误差不等于0时，采用协同优化算法调整子步长，并根据调整后的子步长重新将动态子区域分解为多个计算子任务。
所述同步交互单元包括：
获取单元，用于基于计算子任务，获取与计算子任务相关的数据接口规范；
存储单元，根据数据接口规范将计算子任务中电气物理系统的初始电气数据和信息通信系统的初始信息数据存储至缓冲区；
判断单元，用于根据信息通信系统中的控制指令触发电气物理系统，并通过数据帧时间对齐同步方法判断缓存区内是否到达同步时刻，若是，进行电气物理系统与信息通信系统之间初始状态数据的交换，并在交换完成后将初始状态数据作为下一仿真步长的初始数据继续进行数据交换；否则，重新将初始状态数据存储至缓冲区；
所述数据接口规范包括计算子任务表征规范、交互变量规范、和同步时序规范。
所述同步交互单元还包括：
修补单元，用于修补初始状态数据的交换所产生的同步误差；
所述同步误差包括传输延时导致的误差、解析延迟导致的误差、转换误差和插值抖动导致的误差；
所述分解模块具体用于：
将信息物理系统的微秒级过程划分为快速动态区域；
将信息物理系统的毫秒级或秒级过程划分为快速动态区域；
将信息物理系统的分钟级或小时级过程划分为慢速动态区域。
所述联合仿真模块包括：
确定单元，用于采用多重插值方法对电气物理系统的时序状态进行插值处理，并根据插值处理后的时序状态确定电气物理系统的仿真方程；
第一求解单元，用于采用数值积分算法求解仿真方程，得到最终电气数据，并将最终电气数据回传到信息通信系统；
第二求解单元，用于根据电气物理系统回传的最终电气数据，并采用有限自动机算法求解信息通信系统的仿真方程，得到最终信息数据。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的信息物理系统的仿真方法中，先基于时间尺度将信息物理系统的动态区域分解为多个动态子区域然后根据数据接口规范，在每个动态子区域中进行电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互；最后基于电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互，在每个计算子任务中进行电气物理系统和信息通信系统的联合仿真，实现了信息物理系统中电气物理系统和信息通信系统的的仿真，仿真过程简单，且仿真速率快；
本发明提供的信息物理系统的仿真装置包括分解模块、同步交换模块和联合仿真模块，分解模块用于基于时间尺度将信息物理系统的动态区域分解为多个动态子区域；同步交互模块用于根据数据接口规范，在每个动态子区域中进行电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互；联合仿真模块用于基于电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互，在每个计算子任务中进行电气物理系统和信息通信系统的联合仿真，实现信息物理系统中电气物理系统和信息通信系统的的仿真，仿真过程简单，且仿真速率快；
本发明采用电气物理系统和信息通信系统联合仿真，根据信息物理系统的时序状态和事件触发电气物理系统，对电气物理系统进行插值操作，并采用数值积分算法求解插值操作后电气物理系统的仿真方程，得到最终电气数据，并将最终电气数据回传到信息通信系统，实现信息物理系统的一体化仿真，降低仿真复杂度；
本发明将信息物理系统分解为快速动速区域、中速动态区域和慢速动态区域，优化分解为不同仿真步长的计算子任务，并实现多个计算子任务中电气物理系统与信息通信系统的数据同步与交互，有效提高仿真运算效率，为电网安全可靠经济运行提供基础。
附图说明
图1是本发明实施例中一种信息物理系统的仿真方法流程图；
图2是本发明实施例中另一种信息物理系统的仿真方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例提供一种信息物理系统的仿真方法，其中的信息物理系统包括电气物理系统和信息通信系统；本发明实施例提供的一种信息物理系统的仿真方法流程图如1所示，具体过程如下：
S101：基于时间尺度将信息物理系统的动态区域分解为多个动态子区域；
S102：根据数据接口规范，在每个动态子区域中进行电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互；
S103：基于电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互，在每个计算子任务中进行电气物理系统和信息通信系统的联合仿真。
本发明实施例提供的另一种信息物理系统的仿真方法流程图如图2所示，具体过程如下：
上述步骤S101在图2中基于时间尺度将信息物理系统的动态区域可分解为如下多个动态子区域：
1)将信息物理系统的微秒级过程划分为快速动态区域；
2)将信息物理系统的毫秒级或秒级过程划分为快速动态区域；
3)将信息物理系统的分钟级或小时级过程划分为慢速动态区域。
上述步骤S101在图2中，基于时间尺度将信息物理系统的动态区域分解为多个动态子区域，具体过程可包括：
1)基于时间尺度，对快速动态区域、中速动态区域和慢速动态区域进行分解，得到快速动态区域、中速动态区域和慢速动态区域之间的耦合关系；其中，对快速动态区域、中速动态区域和慢速动态区域进行分解的方法包括节点分裂接口算法或移频分解接口算法
2)基于快速动态区域、中速动态区域和慢速动态区域之间的耦合关系，对快速动态区域、中速动态区域和慢速动态区域进行解耦；其中对快速动态区域、中速动态区域和慢速动态区域进行解耦的方法包括步长延时解耦方法或自然解耦方法。
以节点分裂接口算法为例，根据时间常数差异及状态时序变换规律将信息物理系统分为快速动态区域A、中速动态区域B和慢速动态区域C，两两之间通过边界节点集合{α}、{β}、{γ}相连，可得区域A、B、C网络方程分别为：
GCUC+qCAiγ-qCBiβ＝sC (3)
其中，UA、UB、UC分别为区域A、B、C的节点电压相量，iβ、iγ分别为区域A、B、C之间的联络电流相量，sA、sB、sC分别为区域A、B、C的等值历史电流源相量，GA、GB、GC分别为区域A、B、C的节点导纳矩阵，qAB、qAC为区域A节点与iγ关系的关联矩阵，同理，qBA、qBC为区域B节点与iβ关系的关联矩阵，qCB、qCA为区域C节点与iβ、iγ关系的关联矩阵。
由同一边界节点电压相等，可得：
联立式(1)～(6)，可得：
由方程式(7)可解得联络电流相量iβ、iγ，各区域获得所需联络电流后，代入式(1)～(3)，即可进行各区域独立计算，实现信息物理系统快速动态区域、中速动态区域和慢速动态区域的分解。
上述S102中，根据数据接口规范，在每个动态子区域中进行电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互，具体过程如下：
1、根据动态子区域的仿真步长将动态子区域分解为多个计算子任务；
2、根据数据接口规范，在每个计算子任务中进行电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互。
上述的根据动态子区域的仿真步长将动态子区域分解为多个计算子任务，具体过程如下：
基于动态子区域的仿真步长设定子步长，根据子步长将动态子区域分解为多个计算子任务；
计算截断误差，并在截断误差不等于0时，采用协同优化算法调整子步长，并根据调整后的子步长重新将动态子区域分解为多个计算子任务。
某一状态变量x的局部截断误差为：
式中，t表示仿真时刻，hn＝tn-tn-1，αn＝hn+hn-1，βn＝hn+hn-1+hn-2。
hn+1取为1，求出全部变量规格化后的局部截断误差筛选出最大值将的变量归为最快变量组，其中，R为步长因子；再从其余变量中筛选出最大值将的变量归为次快变量组，以此类推，划分为不同积分步长的N个变量组。步长因子各组积分步长为hk+1＝hkRk+1，其中，k＝1，2，…，N-1，初始值ELTmax为规格化前的局部截断误差最大值。通过信息物理系统中全部状态变量的局部截断误差，对不同仿真步长的变量组，以适应仿真精度与速度需求。
上述S102中，根据数据接口规范，在每个计算子任务中进行电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互，具体过程如下：
1)基于计算子任务，获取与计算子任务相关的数据接口规范；数据接口规范包括计算子任务表征规范、交互变量规范、和同步时序规范；
2)根据数据接口规范将计算子任务中电气物理系统的初始电气数据和信息通信系统的初始信息数据存储至缓冲区；
3)根据信息通信系统中的控制指令触发电气物理系统，并通过数据帧时间对齐同步方法判断缓存区内是否到达同步时刻，若是，进行电气物理系统与信息通信系统之间初始状态数据的交换，并在交换完成后将初始状态数据作为下一仿真步长的初始数据继续进行数据交换；否则，重新将初始状态数据存储至缓冲区；
上述的根据信息通信系统中的控制指令触发电气物理系统，并通过数据帧时间对齐同步方法判断缓存区内是否到达同步时刻，若是，进行电气物理系统与信息通信系统之间初始状态数据的交换，并在交换完成后将初始状态数据作为下一仿真步长的初始数据继续进行数据交换；否则，重新将初始状态数据存储至缓冲区之后，还需要修补初始状态数据的交换所产生的同步误差，同步误差包括传输延时导致的误差、解析延迟导致的误差、转换误差和插值抖动导致的误差；所采用的修补方法包括多重插值方法、接口延时补偿方法或预测校正方法。
上述S103中，信息物理系统仿真的信息-物理耦合特性，以精准刻画信息流(即信息数据)与能量流(即电气数据)的交互作用为核心，对信息物理系统的信息流-能量流分布进行混成求解计算。信息流与能量流的交互分为两个过程：(1)能量流→信息流，通过电气物理状态量测，转换到虚拟信号，并作为信息通信系统的信息源，对实际电气物理系统状态进行感知与传递；(2)信息流→能量流，作为电气物理系统的控制环节，将信息网络各节点信息映射为实际的控制量，影响电气物理侧能量流。信息流与能量流影响过程的交互映射，可通过关联矩阵P进行描述：
其中，
其中，信息节点统一表示电气物理系统和信息通信系统中的状态量，Di表示信息通信系统中的第i个信息节点，i从1到N，N表示信息节点数，信息支路表示数据的输入与输出环节，包括信息传输支路、信息处理支路和信息池支路，K表示信息传输支路数，L表示信息处理支路数，M表示信息池支路数，bj表示第j条信息支路。
基于步骤2中电气物理系统与信息通信系统的同步交互，在每个计算子任务中进行联合仿真，同步触发电气物理系统求解器与信息通信系统求解器，采用双向闭环交互方法，对电气物理过程仿真计算中变步长数值积分算法和信息过程多状态事件驱动仿真算法进行有效融合，合成数据完成电气物理连续过程与信息通信离散状态的混成仿真，进行CPS信息流-能量流混成计算，于是基于电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互，在每个计算子任务中进行电气物理系统和信息通信系统的联合仿真，具体过程如下：
1)采用多重插值方法对电气物理系统的时序状态进行插值处理，并根据插值处理后的时序状态确定电气物理系统的仿真方程；
2)采用数值积分算法求解仿真方程，得到最终电气数据，并将最终电气数据回传到信息通信系统；其中的数值积分算法包括龙格库塔法、改进欧拉法或投影积分算法。
3)根据电气物理系统回传的最终电气数据，并采用有限自动机算法求解信息通信系统的仿真方程，得到最终信息数据。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种信息物理系统的仿真装置，其中的信息物理系统包括电气物理系统和信息通信系统；本发明实施例提供的信息物理系统的仿真装置包括分解模块、同步交换模块和联合仿真模块，下面对上述几个模块进行详细说明：
其中的分解模块，用于基于时间尺度将信息物理系统的动态区域分解为多个动态子区域；
其中的同步交互模块，用于根据数据接口规范，在每个动态子区域中进行电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互；
其中的联合仿真模块，用于基于电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互，在每个计算子任务中进行电气物理系统和信息通信系统的联合仿真。
上述的分解模块具体用于：
1)基于时间尺度，采用节点分裂接口算法或移频分解接口算法对对快速动态区域、中速动态区域和慢速动态区域进行分解，得到快速动态区域、中速动态区域和慢速动态区域之间的耦合关系；
2)基于快速动态区域、中速动态区域和慢速动态区域之间的耦合关系，采用步长延时解耦方法或自然解耦方法对快速动态区域、中速动态区域和慢速动态区域进行解耦；
3)将信息物理系统的微秒级过程划分为快速动态区域，将信息物理系统的毫秒级或秒级过程划分为快速动态区域，将信息物理系统的分钟级或小时级过程划分为慢速动态区域。
上述的同步交互模块具体包括：
1)分解单元，用于根据动态子区域的仿真步长将动态子区域分解为多个计算子任务；
2)同步交互单元，用于根据数据接口规范，在每个计算子任务中进行电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互。
上述的分解单元具体用于：
基于动态子区域的仿真步长设定子步长，根据子步长将动态子区域分解为多个计算子任务；
计算截断误差，并在截断误差不等于0时，采用协同优化算法调整子步长，并根据调整后的子步长重新将动态子区域分解为多个计算子任务。
上述的同步交互单元具体包括：
获取单元，用于基于计算子任务，获取与计算子任务相关的数据接口规范，其中的数据接口规范包括计算子任务表征规范、交互变量规范、和同步时序规范；
存储单元，根据数据接口规范将计算子任务中电气物理系统的初始电气数据和信息通信系统的初始信息数据存储至缓冲区；
判断单元，用于根据信息通信系统中的控制指令触发电气物理系统，并通过数据帧时间对齐同步方法判断缓存区内是否到达同步时刻，若是，进行电气物理系统与信息通信系统之间初始状态数据的交换，并在交换完成后将初始状态数据作为下一仿真步长的初始数据继续进行数据交换；否则，重新将初始状态数据存储至缓冲区；
修补单元，用于采用多重插值方法、接口延时补偿方法或预测校正方法修补初始状态数据的交换所产生的同步误差；同步误差包括传输延时导致的误差、解析延迟导致的误差、转换误差和插值抖动导致的误差。
上述联合仿真模块具体包括：
确定单元，用于采用多重插值方法对电气物理系统的时序状态进行插值处理，并根据插值处理后的时序状态确定电气物理系统的仿真方程；
第一求解单元，用于采用数值积分算法求解仿真方程，得到最终电气数据，并将最终电气数据回传到信息通信系统；
第二求解单元，用于根据电气物理系统回传的最终电气数据，并采用有限自动机算法求解信息通信系统的仿真方程，得到最终信息数据。
为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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 (14)
1.一种信息物理系统的仿真方法，所述信息物理系统包括电气物理系统和信息通信系统；其特征在于，所述方法包括：
基于时间尺度将信息物理系统的动态区域分解为多个动态子区域；
根据数据接口规范，在每个动态子区域中进行电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互；
基于所述电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互，在每个计算子任务中进行电气物理系统和信息通信系统的联合仿真。
2.根据权利要求1所述的信息物理系统的仿真方法，其特征在于，所述根据数据接口规范，在每个动态子区域中进行电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互，包括：
根据动态子区域的仿真步长将动态子区域分解为多个计算子任务；
根据数据接口规范，在每个计算子任务中进行电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互。
3.根据权利要求2所述的信息物理系统的仿真方法，其特征在于，所述根据动态子区域的仿真步长将动态子区域分解为多个计算子任务，包括：
基于动态子区域的仿真步长设定子步长，根据子步长将动态子区域分解为多个计算子任务；
计算截断误差，并在截断误差不等于0时，采用协同优化算法调整子步长，并根据调整后的子步长重新将动态子区域分解为多个计算子任务。
4.根据权利要求2所述的信息物理系统的仿真方法，其特征在于，所述根据数据接口规范，在每个计算子任务中进行电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互，包括：
基于计算子任务，获取与计算子任务相关的数据接口规范；
根据数据接口规范将计算子任务中电气物理系统的初始电气数据和信息通信系统的初始信息数据存储至缓冲区；
根据信息通信系统中的控制指令触发电气物理系统，并通过数据帧时间对齐同步方法判断缓存区内是否到达同步时刻，若是，进行电气物理系统与信息通信系统之间初始状态数据的交换，并在交换完成后将初始状态数据作为下一仿真步长的初始数据继续进行数据交换；否则，重新将初始状态数据存储至缓冲区；
所述数据接口规范包括计算子任务表征规范、交互变量规范、和同步时序规范。
5.根据权利要求4所述的信息物理系统的仿真方法，其特征在于，所述根据信息通信系统中的控制指令触发电气物理系统，并通过数据帧时间对齐同步方法判断缓存区内是否到达同步时刻，若是，进行电气物理系统与信息通信系统之间初始状态数据的交换，并在交换完成后将初始状态数据作为下一仿真步长的初始数据继续进行数据交换；否则，重新将初始状态数据存储至缓冲区之后，还包括：
修补初始状态数据的交换所产生的同步误差；
所述同步误差包括传输延时导致的误差、解析延迟导致的误差、转换误差和插值抖动导致的误差；
所述修补方法包括多重插值方法、接口延时补偿方法或预测校正方法。
6.根据权利要求1所述的信息物理系统的仿真方法，其特征在于，所述基于时间尺度将信息物理系统的动态区域分解为多个动态子区域，包括：
将信息物理系统的微秒级过程划分为快速动态区域；
将信息物理系统的毫秒级或秒级过程划分为快速动态区域；
将信息物理系统的分钟级或小时级过程划分为慢速动态区域。
7.根据权利要求1所述的信息物理系统的仿真方法，其特征在于，所述基于所述电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互，在每个计算子任务中进行电气物理系统和信息通信系统的联合仿真，包括：
采用多重插值方法对电气物理系统的时序状态进行插值处理，并根据插值处理后的时序状态确定电气物理系统的仿真方程；
采用数值积分算法求解仿真方程，得到最终电气数据，并将最终电气数据回传到信息通信系统；
根据电气物理系统回传的最终电气数据，并采用有限自动机算法求解信息通信系统的仿真方程，得到最终信息数据；
所述数值积分算法包括龙格库塔法、改进欧拉法或投影积分算法。
8.一种信息物理系统的仿真装置，所述信息物理系统包括电气物理系统和信息通信系统；其特征在于，所述装置包括：
分解模块，用于基于时间尺度将信息物理系统的动态区域分解为多个动态子区域；
同步交互模块，用于根据数据接口规范，在每个动态子区域中进行电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互；
联合仿真模块，用于基于所述电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互，在每个计算子任务中进行电气物理系统和信息通信系统的联合仿真。
9.根据权利要求8所述的信息物理系统的仿真装置，其特征在于，所述同步交互模块包括：
分解单元，用于根据动态子区域的仿真步长将动态子区域分解为多个计算子任务；
同步交互单元，用于根据数据接口规范，在每个计算子任务中进行电气物理系统和信息通信系统之间状态数据的同步与交互。
10.根据权利要求9所述的信息物理系统的仿真装置，其特征在于，所述分解单元具体用于：
基于动态子区域的仿真步长设定子步长，根据子步长将动态子区域分解为多个计算子任务；
计算截断误差，并在截断误差不等于0时，采用协同优化算法调整子步长，并根据调整后的子步长重新将动态子区域分解为多个计算子任务。
11.根据权利要求9所述的信息物理系统的仿真装置，其特征在于，所述同步交互单元包括：
获取单元，用于基于计算子任务，获取与计算子任务相关的数据接口规范；
存储单元，根据数据接口规范将计算子任务中电气物理系统的初始电气数据和信息通信系统的初始信息数据存储至缓冲区；
判断单元，用于根据信息通信系统中的控制指令触发电气物理系统，并通过数据帧时间对齐同步方法判断缓存区内是否到达同步时刻，若是，进行电气物理系统与信息通信系统之间初始状态数据的交换，并在交换完成后将初始状态数据作为下一仿真步长的初始数据继续进行数据交换；否则，重新将初始状态数据存储至缓冲区；
所述数据接口规范包括计算子任务表征规范、交互变量规范、和同步时序规范。
12.根据权利要求11所述的信息物理系统的仿真装置，其特征在于，所述同步交互单元还包括：
修补单元，用于修补初始状态数据的交换所产生的同步误差；
所述同步误差包括传输延时导致的误差、解析延迟导致的误差、转换误差和插值抖动导致的误差。
13.根据权利要求8所述的信息物理系统的仿真装置，其特征在于，所述分解模块具体用于：
将信息物理系统的微秒级过程划分为快速动态区域；
将信息物理系统的毫秒级或秒级过程划分为快速动态区域；
将信息物理系统的分钟级或小时级过程划分为慢速动态区域。
14.根据权利要求8所述的信息物理系统的仿真装置，其特征在于，所述联合仿真模块包括：
确定单元，用于采用多重插值方法对电气物理系统的时序状态进行插值处理，并根据插值处理后的时序状态确定电气物理系统的仿真方程；
第一求解单元，用于采用数值积分算法求解仿真方程，得到最终电气数据，并将最终电气数据回传到信息通信系统；
第二求解单元，用于根据电气物理系统回传的最终电气数据，并采用有限自动机算法求解信息通信系统的仿真方程，得到最终信息数据。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810553819.9A CN108763788A (zh) | 2018-06-01 | 2018-06-01 | 一种信息物理系统的仿真方法和装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810553819.9A CN108763788A (zh) | 2018-06-01 | 2018-06-01 | 一种信息物理系统的仿真方法和装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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|---|---|---|---|
| CN201810553819.9A Pending CN108763788A (zh) | 2018-06-01 | 2018-06-01 | 一种信息物理系统的仿真方法和装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111898631A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-11-06 | 清华大学 | 离散事件分析方法、装置、电子设备和存储介质 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105739324A (zh) * | 2016-01-27 | 2016-07-06 | 东南大学 | 一种电力信息物理融合系统实时仿真平台及其方法 |
| CN105930580A (zh) * | 2016-04-19 | 2016-09-07 | 国家电网公司 | 一种用于电力系统和信息通信系统联合仿真的时间同步与数据交换的装置及其方法 |
| CN107742009A (zh) * | 2017-09-21 | 2018-02-27 | 国家电网公司 | 配电网信息物理系统仿真过程多态可视化建模方法 |
-
2018
- 2018-06-01 CN CN201810553819.9A patent/CN108763788A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105739324A (zh) * | 2016-01-27 | 2016-07-06 | 东南大学 | 一种电力信息物理融合系统实时仿真平台及其方法 |
| CN105930580A (zh) * | 2016-04-19 | 2016-09-07 | 国家电网公司 | 一种用于电力系统和信息通信系统联合仿真的时间同步与数据交换的装置及其方法 |
| CN107742009A (zh) * | 2017-09-21 | 2018-02-27 | 国家电网公司 | 配电网信息物理系统仿真过程多态可视化建模方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| LI HUSHENG等: "《Communication Infrastructure Design in Cyber Physical System with Applications in Smart Grids:A Hybrid System Framework》", 《IEEE COMMUNICAITON SURVEYS &TUTORIALS》, vol. 16, no. 3, pages 1689 - 1708 * |
| XIONG MOWEN等: "《Cyber-Physical Joint Simulation on Small Interference Stability of Power Grid》", 《2017 IEEE CONFERENCE ON ENERGY INTERNET AND ENERGY SYSTEM INTEGRATION》 * |
| 汤奕等: "《电力和信息通信系统混合仿真方法综述》", 《电力系统自动化》, vol. 39, no. 23, pages 33 - 42 * |
| 王宇英等: "《面向信息物理融合系统的异构模型转换方法》", 《西安电子科技大学学报》, vol. 42, no. 2, pages 108 - 115 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111898631A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-11-06 | 清华大学 | 离散事件分析方法、装置、电子设备和存储介质 |
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