CN111917750A - 一种仿真通信网与仿真电网的数据交互方法及接口 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种仿真通信网与仿真电网的数据交互方法和接口，该数据交互方法至少基于仿真通信网、仿真电网和数据交换接口，所述方法在数据交换接口执行，该方法包括：监听仿真电网发送的电力信息；对监听到的电力信息进行解析，获得电力信息的起始节点与目的节点信息；将解析后的电力信息打包成仿真通信网数据包事件，并将数据包事件按事件时间顺序储存到仿真通信网的事件队列中；事件时间为仿真电网发送电力信息时的运行时间；接受仿真通信网发出的通信报文，将通信报文转换为电力信息，并将电力信息发送到仿真电网。使用该方法及其接口可以进行电网‑通信网联合仿真的评估和测试，并可保证仿真过程中电网与通信网仿真数据的真实性。

Description

一种仿真通信网与仿真电网的数据交互方法及接口

技术领域

本发明涉及电力系统仿真与通信系统仿真技术领域，尤其涉及一种仿真通信网与仿真电网的数据交互方法及接口。

背景技术

电力系统作为最基础最关键的基础设施，其安全稳定运行对于国家安全具有重要意义。随着智能电网的改造普及，越来越多的传统电力设备不再只具备电力功能，而是被嵌入了通信、控制模块，将电力系统与通信系统紧密的耦合起来，形成面向电网的信息物理系统。信息空间与物理系统的交互融合提升了电网的感知、分析与控制能力，但同时也为电网的稳定运行带来了风险。

由于电网信息物理系统对信息网络的依存度越来越高，信息系统的失效也将显著影响物理系统的运行，甚至可能导致电力系统发生严重的停电事故。近年来这样的案例屡见不鲜，且呈愈演愈烈的趋势。例如，2003年发生的“美加大停电”造成数小时停电，影响近五千万人正常工作生活，其主要原因就是信息系统失效，状态估计功能退出运行，控制中心失去对电网实时状态的感知能力，继而引发连锁故障。发生在2015年底的乌克兰电网大停电事件，被认为是第1例由网络攻击造成的停电事故，停电原因是对能量管理系统的网络攻击导致其丧失控制功能，造成部分设备运行中断，进而引发连锁反应。针对现代电力信息物理复杂大系统所面临的信息安全威胁，以及随着配电侧电力市场的开放和智能电网的提出所带来的未来电力系统与公共信息网络更加紧密的联系，电力系统尤其是电力信息系统的安全性和可靠性问题已经成为了全世界关注的焦点。

然而由于电力设备这种基础设施的特殊性，不可能直接在其上开展相关实验与测试，计算机建模与仿真技术成为了近年来最有发展潜力的研究方法。它不仅能够模拟信息物理复杂的系统演化过程和涌现性，也能用于开展特定的探索性或重复性的仿真研究。美国以及欧盟都开展了相关基础设施仿真中心，开展提高基础设施防御性的相关研究。

对于电力系统的建模与仿真，目前主流方法为电力系统数字仿真技术。电力系统数字仿真是将电力系统网络和负载元件建立其数学模型，用数学模型在数字计算机上进行实验和研究的过程。实现数字仿真一般包括建立数学模型、建立数字仿真模型和仿真实验三个主要步骤。但是电力系统数字仿真侧重于电力系统网络连接关系和负载元件的仿真，并不涉及电力通信网的仿真，由于实际网络系统的复杂性，使其评估结果难以进一步逼近真实情况。

除了纯数学的理论分析外，对网络性能的评估手段主要有：软件仿真、实际测试以及半实物仿真。网络仿真被称为网络模拟，是进行网络性能研究的一种基本手段。它能够验证实际的网络设计方案，或者对多个不同的设计方案进行比较。在网络规划设计过程中通常会出现多个设计方案，网络仿真可以对这些不同的方案进行科学的分析和比较，以选取性能最优者，这也是网络设计师所关注的重点问题。网络仿真为不同的设计方案建立不同的模型，对这些模型分别进行模拟仿真并获取定量的网络性能预测数据，根据网络仿真所提供的仿真运行和结果分析功能，为方案间的验证和比较提供可靠的定量依据，从而为优化设计和决策制定提供更便捷、有效的手段。目前的网络仿真工具主要有OPNET，NS-2，QualNet等。它们通过建立虚拟网络场景，模拟实现各层协议功能，并加入各种情况网络参数，完成对不同规模、复杂度的网络性能评估。

由于电力系统数字仿真侧重于电力系统网络连接关系和负载元件的仿真，并不涉及电力通信网(如OSI七层网络模型、网络吞吐量、网络拥塞、网络协议交互等)的仿真，因此目前的电力系统数字仿真无法准确对现代电力信息物理系统进行仿真。而网络软件仿真软件侧重对通信网络的仿真，缺乏电力系统负载元件的仿真。

因此，为了实现电网和通信网络的联合仿真，需要一种通信网与电力数据调度网联合仿真接口，实现电力调度数据的通信网传输仿真功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种仿真通信网与仿真电网的数据交互方法及接口，仿真电网将电力信息以数据报文的格式发送到数据交互接口，再通过该接口和仿真通信网交互，使数据可以在仿真电网和仿真通信网之间反复传输，从而实现在联合仿真过程中仿真通信网与电网之间的数据交互。

为实现上述目的，本发明第一方面提供一种仿真通信网与仿真电网的数据交互方法，数据交互方法至少基于仿真通信网、仿真电网和数据交换接口，所述方法在数据交换接口执行，所述方法包括：

监听仿真电网发送的电力信息；

对监听到的电力信息进行解析，获得电力信息的起始节点与目的节点信息；

将解析后的电力信息打包成仿真通信网数据包事件，并将数据包事件按事件时间顺序储存到仿真通信网的事件队列中；所述事件时间为仿真电网发送电力信息时的运行时间；

接受仿真通信网发出的通信报文，将通信报文转换为电力信息，并将所述电力信息发送到仿真电网。

优选地，监听仿真电网发送的电力信息，包括；

通过UDP Socket端口，接收电网仿真软件发送的电力信息，并将接收到的所述电力信息存储于接收缓存区。

优选地，所述的数据交互方法还包括，在所述监听仿真电网发送的电力信息之前，

接收仿真电网发送的初始化消息；

返回仿真电网一个应答消息，建立仿真电网和数据交换接口之间的连接。

优选地，接受仿真通信网发出的报文，将通信报文转换为电力信息，并将所述电力信息发送回仿真电网，包括：

接受仿真通信网发出的通信报文，通过发送缓存区将通信报文转换为电力信息，并通过UDP Socket发送到电力信息仿真电网。

具体地，所述接受仿真通信网发出的通信报文，通过发送缓存区将通信报文转换为电力信息，包括：通过发送缓存区接受仿真通信网发出的通信报文，并将发送缓存区中的仿真通信网通信报文转换为电力仿真网报文，再转换后的电力仿真网报文发送给电网仿真软件。

优选地，所述电力信息包括电力运行状态信息数据报文和电力控制应用信息数据报文。

具体地，所述电力运行状态信息数据报文包含：地址信息、报文类型、源地址、目的地址、母线号、报文长度、电压幅值、电压相角和时间戳。

具体地，所述电力控制应用信息数据报文包含：报文类型、地址信息、源地址、目的地址、母线号、报文长度、控制信息和时间戳。

优选地，对监听到的电力信息进行解析，获得电力信息的起始节点与目的节点信息之后，还包括；

判断所述目的节点是否存在于仿真电网的仿真场景中；

若结果为存在，则将解析后的电力信息打包成仿真通信网数据包事件，并将数据包事件按事件时间顺序储存到仿真通信网的事件队列中；

若结果为不存在，则生成用于报告错误信息的数据报文并将该数据报文发送到发送缓冲区。

优选地，所述的数据交互方法还包括，在监听仿真电网发送的电力信息之前，从数据交换接口向仿真通信网发起注册，建立数据交换接口和仿真通信网的连接。

具体地，所述仿真通信网基于QualNet仿真通信软件，所述从数据交换接口向仿真通信网发起注册，建立数据交换接口和仿真通信网的连接，包括：

调用QualNet函数EXTERNAL_User-FunctionRegistration()，进行自定义接口注册；

通过QualNet函数External_Register-ExternalInterface来声明一个外部接口；

通过QualNet函数EXTERNAL_RegisterFunction()为数据交换接口绑定相应的回调函数；

通过QualNet函数EXTERNAL_SetTimeManagementRealTime管理仿真软件运行状态；

通过QualNet函数EXTERNAL_SetReceiveDelay实现周期性调用接收函数，并设置最小调用时间间隙。

优选地，所述仿真电网基于DIgSILENT电网仿真软件。

第二方面提供一种仿真通信网与仿真电网的数据交互方法，所述数据交互方法至少基于仿真通信网和数据交换接口，所述方法在仿真通信网执行，所述方法包括：

仿真通信网事件队列接受由所述数据交换接口推送的数据包事件；

从事件队列中取出所述数据包事件，发送到事件处理器，事件处理器处理数据包事件，发出数据报文；

根据提前配置的路由协议，所述数据报文在所述仿真通信网包含的若干通信节点中传输；

当数据报文到达目的节点后，将数据报文传送到数据交换接口。

第三方面提供一种仿真通信网与仿真电网的数据交互接口，所述接口至少包括：

事件同步模块，配置为基于事件的时间推进，同步仿真通信网与仿真电网的相互通信，并包括：查询事件时间、查询通信延迟、计算新事件时间和将新事件插入队列；

接收模块，配置为将仿真电网电力信息转换成仿真通信网通讯报文；

报文解析模块，配置为对仿真电网电力信息的报头部分进行解析，查询该电力信息的起始节点与目的节点，并判断起始节点是否存在，如不存在则报告错误，并退出执行过程；

发送模块，配置为接受仿真通信网中目的节点发送的仿真通信网数据报文，将其转换成仿真电网电力信息，并将其发送到仿真电网。

与现有技术相比，本发明提供的一种仿真通信网与仿真电网的数据交互方法和接口可用于电网联合仿真系统的运行，可以实现仿真通信网与电网仿真软件之间的数据交互；并且，在仿真过程中，用户可以通过仿真通讯网和仿真电网软件图形用户界面观察电网运行变化。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种仿真通信网与仿真电网的数据交互方法的流程图；

图2为本发明又一实施例提供的一种仿真通信网与仿真电网的数据交互方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的数据交互接口的结构图；

图4为本发明一个实施例提供的数据交互接口DII工作流程图；

图5为本发明实施例提供的电力运行状态数据报文、控制命令数据报文和错误数据报文的报文格式；

图6为本发明实施例提供的电力数据-网络数据包转换图；

图7为本发明实施例提供的网络数据-电力数据包转换图；

图8为本发明实施例提供的IEEE-39节点电网拓扑结构图；

图9为本发明实施例提供的DIgSILENT中IEEE-39节点电网模型图；

图10为本发明实施例提供的QualNet中通信网络模型图；

图11为本发明实施例提供的09号母线的电压随时间变化图；

图12为本发明实施例提供的DII的访问延时图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如前所述，由于电力系统数字仿真侧重于电力系统网络连接关系和负载元件的仿真，并不涉及电力通信网的仿真，因此目前的电力系统数字仿真无法准确对现代电力信息物理系统进行仿真。而网络软件仿真软件侧重对通信网络的仿真，缺乏电力系统负载元件的仿真。

更具体的讲，现有技术中的电网-通信网联合仿真中，技术难题为电网仿真模拟器和通信网仿真模拟器的信息交互。因为电网仿真模拟器产生的为电力信息数据包，该数据包需要发送给通信网仿真模拟器，但该种类型的数据包不能直接被通信网仿真模拟器识别，所以通信网仿真模拟器无法对其进行接收和处理。同时当数据包在通信网仿真模拟器模拟的通信网中完成传输后，通信网仿真模拟器产生的虚拟数据包也不能直接发送回电网仿真模拟器。因此电网仿真模拟器(以DIgSILENT为例)与通信网仿真模拟器(以QualNet为例)不能直接互相发送和接收信息，其数据包类型存在差异。

发明人在研究上述技术问题后，设计了数据交换接口DII和基于该接口的数据交换方法，来实现DIgSILENT中电力节点与QualNet中相应通信节点之间的数据交互，在QualNet发送和接收信息时，均先经过这个接口，完成电力信息数据包和虚拟数据包的转换，解决了数据交互的难题。

图1为本发明实施例提供的一种仿真通信网与仿真电网的数据交互方法的流程图。该数据交互方法至少基于仿真通信网、仿真电网和数据交换接口，所述方法在数据交换接口执行，如图所示，该方法的流程至少包括：

步骤11，监听仿真电网发送的电力信息。

根据一种实施方式，在监听仿真电网发送的电力信息之前，还可以从数据交换接口向仿真通信网发起注册，建立数据交换接口和仿真通信网的连接。

根据一种更具体的实施方式，仿真通信网基于QualNet仿真通信软件，从数据交换接口向仿真通信网发起注册，建立数据交换接口和仿真通信网的连接的方式，包括：调用QualNet函数EXTERNAL_User-FunctionRegistration()，进行自定义接口注册；通过QualNet函数External_Register-ExternalInterface来声明一个外部接口；通过QualNet函数EXTERNAL_RegisterFunction()为数据交换接口绑定相应的回调函数；通过QualNet函数EXTERNAL_SetTimeManagementRealTime管理仿真软件运行状态；通过QualNet函数EXTERNAL_SetReceiveDelay实现周期性调用接收函数，并设置最小调用时间间隙。

一个例子中，还可以调用EXTERNAL_RegisterExternalInterface()函数在QualNet中注册一个新的接口并创建该接口的数据结构，该函数必须在需要用到该接口的相关参数的函数之前被调用，该例子中接口名为“DII”(注意，新接口名不能与已有接口名重复)，通过该函数加入QualNet外部接口列表中，当需要启用该端口时，QualNet会搜索列表找到命名为DII的接口并启动；

调用EXTERNAL_RegisterFunction()函数将GRID接口所需的回调函数注册到QualNet中；DII接口所需的回调函数如下：DII_Initialize()：该函数在节点与协议创建之前调用，用来创建数据结构和初始化服务；DII_InitializeNodes()：该函数在节点和协议创建之后调用，但在仿真开始之前执行；DII_Receive()：该函数从外部接口获取信息并转换成Messages的形式注入到QualNet中；DII_Finalize()：该函数在仿真结束之后调用，用来释放由接口创建的内存和结束接口运行的服务；

调用EXTERNAL_SetTimeManagementRealTime()函数使QualNet与实时自动同步，参数lookahead为QualNet比实时超前运行的时间值，里DII接口设置lookahead的值为0，使QualNet实时运行，以保证发回给电网仿真软件的时延与真实时延相同。

根据又一种具体实施方式，仿真电网基于DIgSILENT电网仿真软件。

在一个实施例中，通过UDP Socket端口，接收电网仿真软件发送的电力信息，并将接收到的所述电力信息存储于接收缓存区。

在另一个实施例中，还可以在监听仿真电网发送的电力信息之前，接收仿真电网发送的初始化消息；然后，返回仿真电网一个应答消息，建立仿真电网和数据交换接口之间的连接。

根据一种实施方式，所述电力信息可以包括电力运行状态信息数据报文和电力控制应用信息数据报文。在一个例子中，其中接收到的电力运行状态信息(报文)用于传输运行状态数据，如电网仿真中模拟的各电站电压幅值、电压相位等；电力控制应用信息(报文)包含电网仿真中模拟的控制中心下发的控制命令。

在一种具体的实施方式中，所述电力运行状态信息数据报文包含：地址信息、报文类型、源地址、目的地址、母线号、报文长度、电压幅值、电压相角和时间戳。

在另一种具体的实施方式中，电力控制应用信息数据报文包含：报文类型、地址信息、源地址、目的地址、母线号、报文长度、控制信息和时间戳。

其中，地址信息指电网仿真软件地址信息；报文类型表示DII报文的类型；源地址表示通信节点源地址；目的地址表示通信节点目的地址；母线号表示是哪一个母线号的电力数据；报文长度表示该DII报文的长度；电压幅值用于记录该母线号上的电压幅值；电压相角用于记录该母线号上的电压相位角；控制信息代表电力控制中心下发的控制命令信息；时间戳表示上传报文在通信网中的端到端时延。

步骤12，对监听到的电力信息进行解析，获得电力信息的起始节点与目的节点信息；

在一个实施例中，数据交互接口DII的报文解析器对接收缓存区中的电力信息进行解析，获得电力信息的起始节点与目的节点信息。

在另一个实施例中，还可以判断所述目的节点是否存在于仿真电网的仿真场景中；

若结果为存在，则进行步骤13；

若结果为不存在，则生成用于报告错误信息的数据报文并将该数据报文发送到发送缓冲区。

步骤13，将解析后的电力信息打包成仿真通信网数据包事件，并将数据包事件按事件时间顺序储存到仿真通信网的事件队列中；所述事件时间为仿真电网发送电力信息时的运行时间；

在一个实施例中，数据交互接口DII将解析后的电力信息打包成能够被QualNet识别的数据包事件，并将数据包事件按事件时间顺序储存QualNet的事件队列中；所述事件时间是电网仿真软件发送电力信息时电网仿真软件的运行时间；

步骤13执行之后，仿真通信网(如QualNet)中的业务调度器从事件队列中取出第一个数据包事件，发送到事件处理器，根据QualNet中提前配置的路由协议，数据报文将在通信节点中传输。当数据报文到达报文头部所标注的目的节点后，引发步骤14。

步骤14，接受仿真通信网发出的通信报文，将通信报文转换为电力信息，并将所述电力信息发送到仿真电网。

在一个实施例中，接受仿真通信网发出的通信报文，通过发送缓存区将通信报文转换为电力信息，并通过UDP Socket发送到电力信息仿真电网。

在一个更具体的例子中，通过发送缓存区接受仿真通信网发出的通信报文，并将发送缓存区中的仿真通信网通信报文转换为电力仿真网报文，再转换后的电力仿真网报文发送给电网仿真软件。

图2为本发明又一实施例提供的一种仿真通信网与仿真电网的数据交互方法的流程图。该数据交互方法至少基于仿真通信网和数据交换接口，所述方法在仿真通信网执行，如图2所示，该方法的流程至少包括：

步骤21，事件队列接受由所述数据交换接口推送的数据包事件；

步骤22，从事件队列中取出所述数据包事件，发送到事件处理器，事件处理器处理数据包事件，发出数据报文；

步骤23，根据提前配置的路由协议，所述数据报文在所述仿真通信网包含的若干通信节点中传输；

步骤24，当数据报文到达目的节点后，将数据报文传送到数据交换接口。

在一个实施例中，仿真通信网所基于的QualNet的核心是一个离散时间调度器，该实施例中，事件处理器处理事件的流程如下：首先，从事件队列中删除第一个事件，即事件的调度是按时间的顺序，最早的事件最先被调度；其次，把仿真时钟设置为即将发生的事件的时间，这将导致仿真时钟向前走动；最后，处理这些事件，即它将采取与该事件相关联的操作，这将导致系统状态的改变，安排其他事件被调度，或者两者兼而有之。如果其他事件被调度，它们可能将在当前的时间或者在未来的时间里被触发。

图3为本发明实施例提供的数据交互接口的结构图。如图3所示，该数据交互接口300至少包括：

事件同步模块31，配置为基于事件的时间推进，同步仿真通信网与仿真电网的相互通信，并包括：查询事件时间、查询通信延迟、计算新事件时间和将新事件插入队列。

在一个实施例中，DII接口中的事件同步模块的包含查询事件时间、查询通信延迟、计算新事件时间和将新事件插入队列四个部分。其中，查询的事件时间意义为，每个数据包都是一个事件，数据包从电网仿真软件发出时电网仿真软件的运行时间即为该数据包的事件时间；查询的通信延迟由QualNet仿真计算得来，该信息存储在报头的核心数据结构中，当为电网仿真软件发送给QualNet的报文时，此项为零；计算新事件时间的含义为，不同数据包的事件时间与通信时延相加，即为新事件时间；将新事件插入队列的含义为，按照时间顺序将不同的新事件插入通信仿真软件的接收和发送队列。

接收模块32，配置为将仿真电网电力信息转换成仿真通信网通讯报文。根据一种实施方式，由于DII接口收到电力数据后电力数据为承载真实电力业务的数据，路由协议无法直接处理收到的电力数据，所以电力数据进入虚拟网络不知道如何寻址。为了使电力数据能在仿真的通信网中寻址并发到相应目的地节点的应用层协议栈，必须将电力数据包转换成网络数据包(在QualNet中称作Message)才能在仿真通信网络中传输。电力数据包到网络数据包的转换过程示意图如图6。该实施例中，将整个电力数据包作为网络数据包的负载。

报文解析模块33，配置为对仿真电网电力信息的报头部分进行解析，查询该电力信息的起始节点与目的节点，并判断起始节点是否存在，如不存在则报告错误，并退出执行过程。

发送模块34，配置为接受仿真通信网中目的节点发送的仿真通信网数据报文，将其转换成仿真电网电力信息，并将其发送到仿真电网。

在一个实施例中，当电力目的地节点所在的通信节点收到含有真实数据的网络数据包时，将网络数据包发回给DII接口，而DII接口需要将其转换成电力数据包才能发送回电网仿真软件，网络数据包到电力数据包的转换过程示意图如图5。该过程只需将网络数据包的负载提取出来就可以得到电力数据包。

下面通过一个完整的实施例，进一步说明本发明方案，该实施例包括仿真电网、数据交换接口(DII)和仿真通信网(QualNet)三个部分的执行步骤，该实施例只是为了说明本发明方案的精神和原则，并不限定其具体实现方式。图4为本发明一个实施例提供的数据交互接口DII工作流程示意图。基于图4所示作流程示意图，一个工作流程可以为：

步骤S1，电网仿真软件生成电力数据并发往QualNet。

步骤S2，DII接口打开一个UDP socket并监听端口，接收电网仿真软件发送的数据报文，包括初始化信息、电力运行状态信息、控制命令信息等。

步骤S3，进行初始化设置，确保QualNet和电网仿真软件之间的连接。

步骤S4，电网仿真软件发送的数据报文在经过UDP Socket后进入DII接口的接收缓存区。

步骤S5,当DII接口的接收缓存区在事件同步后接收到数据报文时，将通知报文解析器将数据报文重新构建为DII设计的格式。为了区分不同功能的数据报文，设计了不同类型报头的数据报文，分别代表电力运行状态数据报文、控制命令数据报文和错误数据报文，报文格式如图5所示。QualNet主要关注报头中的信息，而不是电网仿真软件生成的应用数据负载。

步骤S6，同时，报文解析器对数据报文进行解析，获得报文节点信息，同时节点管理器将管理存在于QualNet仿真程序中的所有节点；

对数据报文解析后，

步骤S6.1，查询数据报文的节点信息，若报文里节点ID字段所指定的节点存在于仿真场景中，则继续后续事件处理过程；Qualnet可以遍历整个仿真场景，查出这个节点是否存在。

步骤S6.2，若指定的节点并不存在于仿真场景中，则生成用于报告错误信息的数据包并将该数据包直接发送到发送缓冲区。

步骤S7，若指定的节点存在于仿真场景中，则数据报文被打包成可以被QualNet识别的数据包事件。在转化为被QualNet识别的数据包事件时，会在数据包事件里加入一个事件时间，此事件时间就是数据包从电网仿真软件发出时电网仿真软件的运行时间，在发送的数据包中含有。

然后根据数据包事件中包含的事件时间，将数据包事件按事件时间顺序储存QualNet的事件队列中。

步骤S8，QualNet的业务调度器从事件队列中取出第一个数据包事件，并将其发送到事件处理器。

步骤S9，基于QualNet中的预先设置的路由协议，事件处理器将消息从源节点传输到目标节点，目标节点在报头中定义。

步骤S10，当QualNet中电力目的节点所在的通信节点收到含有真实数据的网络数据包时，将数据包发回给DII接口发送缓存区。

步骤S11，发送缓存区将其转换成电力数据包并经过事件同步后发送回电网仿真软件。

该实施例中，发送缓存区发送确认报文采用先入先出模式，发送缓存区可以有多个确认报文，每接收到一个外部程序报文经过一系列过程后都会产生一个确认报文放在发送缓存区，先入先出。

该实施例中，接收到的电力运行状态数据报文用于传输运行状态数据，如各电站的电压幅值、电压相位等。控制数据报文包含调度控制中心传输的控制策略。

该实施例中，在电力运行状态数据报文中，地址信息代表电网仿真软件地址信息；报文类型用于指示DII报文的类型；源地址代表通信节点源地址；目的地址代表通信节点目的地址；母线号表明是哪一个母线号的电力数据；报文长度用于指示该DII报文的长度；电压幅值用于记录该母线号上的电压幅值；电压相角用于记录该母线号上的电压相位角；时间戳表示上传报文在通信网中的端到端时延。

同时，在控制数据报文中，报文类型用于指示DII报文的类型；地址信息表示电网仿真软件地址信息；源地址代表通信节点源地址；目的地址代表通信节点目的地址；母线号表明是哪一个母线号的电力数据；报文长度用于指示该GRID报文的长度；控制信息代表对电网一次物理系统的控制信息；时间戳表示控制报文在通信网中的端到端时延。

以及，在错误报文中，地址信息代表电网仿真软件地址信息；报文类型用于指示DII报文的类型；节点号代表发生错误节点号；错误类型表示所发生的错误类型；错误信息代表具体提示信息。

下面通过一个实施例提供的实验数据，进一步阐述本发明方案。

在该实施例的实验中，DIgSLIENT用于电网的仿真，QualNet用于通信网的仿真，并与用于DIgSLIENT和QualNet之间信息交互的接口DII一同构成电网联合仿真平台。具体工作过程为：首先，DIgSILENT中调度控制中心和电站生成的包含电网信息或控制命令的数据包将被发送到QualNet，并通过DII转换为相应的QualNet可识别的消息类型，然后在QualNet模拟的通信网络中进行传输。当到达目的节点后，把反馈消息转换回DIgSILENT可识别类型，并通过DII发送回在DIgSILENT中相应的调度控制中心或电站。实验例基于QualNet版本5.1和DIgSLIENT版本15.1.6来评估DII的连通性和延时，仿真服务器的参数如表1所示。

表1仿真服务器参数

	QualNet仿真服务器	DIgSLIENT仿真服务器
			操作系统	Ubuntu 12.04	Ubuntu 12.04
CPU	Intel xeon(R)E5-26090	Intel xeon(R)E5-26090
			RAM	23.5GiB	23.5GiB

在不失一般性的前提下，将IEEE-39节点电力系统作为电网系统仿真场景，如图8所示，其中包含28个对应的通信节点。在用于电网仿真的DIgSLIENT仿真器和用于通信网络仿真的QualNet仿真器中的仿真模型分别如图9和图10所示。DIgSILENT作为电网的仿真器，对电网中的电站和调度控制中心进行仿真。各电站将母线号、电压幅值、电压相位角等信息发送到调度中心，调度中心对接收的信息进行分析计算后返回控制命令到各电站，如各电站的电压修正参数等。作为电网系统的通信网络仿真器，QualNet中的通信节点与DIgSILENT中的节点一一对应，用来模拟调度控制中心与电站之间的数据传输。DIgSILENT的电站和调度控制中心产生的数据包将被发送到QualNet模拟的相应通信节点进行传输。电力系统的数据包在QualNet中传输直到被目标节点接收，后通过DII发送回DIgSILENT。在本实施例中，QualNet中的节点1对应于电网系统中的调度控制中心，调度控制中心通过对从其他节点接收到的数据进行分析，对返回给各电站的控制命令(如电压修正参数)进行决策调整。

为了验证DII接口能在联合仿真运行过程中实现，本节对IEEE-39节点电网进行仿真，每隔5s向电力调度控制中心发送一次电网信息(各母线电压相量测量值)。图11描绘了09号母线的电压随时间变化的情况。从图11中我们可以看出，由于电站在最开始不知道电网的全局参数，所以开始时电压会有波动。然后，电站从调度控制中心接收到了控制信息，导致在控制信息的影响下电压最终趋于稳定。该连通性测试验证了DII接口的有效性，能够将电网仿真数据接入到通信仿真网络中实现电网与通信网的联合仿真。该接口能够在电力节点拓扑与通信仿真网络拓扑结构相匹配的情况下实现两者之间的互联。

由于该联合仿真采用事件同步方式，联合仿真接口设计的原则是最小化对原网络性能的影响，如端到端延迟。而接口引入的延迟大小是联合仿真接口性能好坏的重要指标。DII的接入延时由四个部分组成:接收数据包的时间、解析和重建数据包的时间、处理事件的时间和发送数据包的时间。为了评估所提出的DII的平均访问延时，进行了200次实验，结果如图12所示。由图可知，接口的访问延迟在1ms以下，与数据流量的传输延时相比，可以忽略不计。

由上述实施例可以看到，本发明提供了一种仿真通信网与仿真电网的数据交互方法和接口，该数据交互接口基于仿真通信网的API函数的注册及调用，通过存在于仿真通信网之外的仿真电网软件将电力信息以数据报文的格式发送到数据交互接口，数据交互接口能够将电网仿真软件的电力信息传递至仿真通信网，且能够成功使报文在仿真通信网中传输，并在到达目的地址后返回电网仿真软件。该方法和接口可用于电网联合仿真系统的运行，可以实现仿真通信网与电网仿真软件之间的数据交互；并且，在仿真过程中，用户可以通过仿真通讯网和仿真电网软件图形用户界面观察电网运行变化。

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。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种仿真通信网与仿真电网的数据交互方法，其特征在于，数据交互方法至少基于仿真通信网、仿真电网和数据交换接口，所述方法在数据交换接口执行，所述方法包括：

监听仿真电网发送的电力信息；

对监听到的电力信息进行解析，获得电力信息的起始节点与目的节点信息；

将解析后的电力信息打包成仿真通信网数据包事件，并将数据包事件按事件时间顺序储存到仿真通信网的事件队列中；所述事件时间为仿真电网发送电力信息时的运行时间；

接受仿真通信网发出的通信报文，将通信报文转换为电力信息，并将所述电力信息发送到仿真电网。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，监听仿真电网发送的电力信息，包括；

通过UDP Socket端口，接收电网仿真软件发送的电力信息，并将接收到的所述电力信息存储于接收缓存区。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括，在所述监听仿真电网发送的电力信息之前，

接收仿真电网发送的初始化消息；

返回仿真电网一个应答消息，建立仿真电网和数据交换接口之间的连接。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，接受仿真通信网发出的报文，将通信报文转换为电力信息，并将所述电力信息发送回仿真电网，包括：

接受仿真通信网发出的通信报文，通过发送缓存区将通信报文转换为电力信息，并通过UDP Socket发送到电力信息仿真电网。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述接受仿真通信网发出的通信报文，通过发送缓存区将通信报文转换为电力信息，包括：通过发送缓存区接受仿真通信网发出的通信报文，并将发送缓存区中的仿真通信网通信报文转换为电力仿真网报文，再转换后的电力仿真网报文发送给电网仿真软件。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电力信息包括电力运行状态信息数据报文和电力控制应用信息数据报文。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电力运行状态信息数据报文包含：地址信息、报文类型、源地址、目的地址、母线号、报文长度、电压幅值、电压相角和时间戳。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电力控制应用信息数据报文包含：报文类型、地址信息、源地址、目的地址、母线号、报文长度、控制信息和时间戳。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对监听到的电力信息进行解析，获得电力信息的起始节点与目的节点信息之后，还包括：

判断所述目的节点是否存在于仿真电网的仿真场景中；

若结果为存在，则将解析后的电力信息打包成仿真通信网数据包事件，并将数据包事件按事件时间顺序储存到仿真通信网的事件队列中；

若结果为不存在，则生成用于报告错误信息的数据报文并将该数据报文发送到发送缓冲区。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括，在监听仿真电网发送的电力信息之前，从数据交换接口向仿真通信网发起注册，建立数据交换接口和仿真通信网的连接。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述仿真通信网基于QualNet仿真通信软件，所述从数据交换接口向仿真通信网发起注册，建立数据交换接口和仿真通信网的连接，包括：

调用QualNet 函数EXTERNAL_User-FunctionRegistration（），进行自定义接口注册；

通过QualNet函数External_Register-ExternalInterface来声明一个外部接口；

通过QualNet函数EXTERNAL_RegisterFunction（）为数据交换接口绑定相应的回调函数；

通过QualNet函数EXTERNAL_SetTimeManagementRealTime管理仿真软件运行状态；

通过QualNet函数EXTERNAL_SetReceiveDelay实现周期性调用接收函数，并设置最小调用时间间隙。

12.一种仿真通信网与仿真电网的数据交互方法，其特征在于，所述数据交互方法至少基于仿真通信网和数据交换接口，所述方法在仿真通信网执行，所述方法包括：

事件队列接受由所述数据交换接口推送的数据包事件；

从事件队列中取出所述数据包事件，发送到事件处理器，事件处理器处理数据包事件，发出数据报文；

根据提前配置的路由协议，所述数据报文在所述仿真通信网包含的若干通信节点中传输；

当数据报文到达目的节点后，将数据报文传送到数据交换接口。

13.一种仿真通信网与仿真电网的数据交互接口，其特征在于，所述接口至少包括：

事件同步模块，配置为基于事件的时间推进，同步仿真通信网与仿真电网的相互通信，并包括：查询事件时间、查询通信延迟、计算新事件时间和将新事件插入队列；

接收模块，配置为将仿真电网电力信息转换成仿真通信网通讯报文；

报文解析模块，配置为对仿真电网电力信息的报头部分进行解析，查询该电力信息的起始节点与目的节点，并判断起始节点是否存在，如不存在则报告错误，并退出执行过程；

发送模块，配置为接受仿真通信网中目的节点发送的仿真通信网数据报文，将其转换成仿真电网电力信息，并将其发送到仿真电网。

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