CN112818545B - 一种基于opc的电力信息物理联合仿真系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力信息物理系统联合仿真技术领域，特别是涉及一种基于OPC的电力信息物理联合仿真系统，包括电力系统仿真模块、通信系统仿真模块、数据交互模块和同步控制模块，所述电力系统仿真模块和通信系统仿真模块通过所述数据交互模块相连，所述同步控制模块分别与所述电力系统仿真模块和通信系统仿真模块相连，本发明设计的基于OPC的电力信息物理联合仿真系统实现了通信系统和电力系统之间的数据信息传输，为通信网络和电力系统联合仿真提供了系统基础，同时本发明提出的仿真同步方法实现了电力系统和通信系统数据信息传输的同步过程，完善了联合仿真系统的搭建。

Description

一种基于OPC的电力信息物理联合仿真系统
技术领域
本发明属于电力信息物理系统联合仿真技术领域，特别是涉及一种基于应用于过程控制对象链接与嵌入技术(ObjectLinkingandEmbeddingforProcess Control)的电力信息物理联合仿真系统。
背景技术
近些年来在缓解能源与环境压力和智能电网新技术的推动下，信息通信技术已渗透到电网基础设施和应用调控的各个方面，不仅有利于增强电网监测和调控能力，也有利于实现电网与用户互动来优化资源配置。现代电力系统已发展成为物理-信息深度融合的电力信息物理系统。电力信息物理系统是一个信息空间和物理空间深度融合和实时交互的复杂系统，随着计算及通信设备的大量应用，电力系统中信息流和能量流的耦合程度不断加深，发生在信息系统中的网络攻击可能会导致物理系统故障。因此，需要对信息系统和通信系统进行统一综合分析。
在电力信息物理系统研究中，电力物理系统是以分析电压、电流等物理量为主的时变连续系统，而电力信息系统是以信息事件触发为主的离散系统，两者在理论和研究方法上基本是割裂的，在现有理论和方法框架下难以将两者融合统一，因此现有技术当中亟需要建立一种新型的联合仿真系统，来模拟电力信息物理系统，分析信息系统和物理系统的耦合关系。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于OPC的电力信息物理联合仿真系统，可有效解决在现有理论和方法框架下难以将电力物理系统和电力信息系统融合起来，形成电力信息物理系统联合仿真系统的问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是，一种基于OPC的电力信息物理联合仿真系统，包括电力系统仿真模块、通信系统仿真模块、数据交互模块和同步控制模块，所述电力系统仿真模块和通信系统仿真模块通过所述数据交互模块相连，所述同步控制模块分别与所述电力系统仿真模块和通信系统仿真模块相连；所述电力系统仿真模块用来对电力系统进行仿真，所述通信系统仿真模块用来对实际通信过程进行仿真，所述数据交互模块用于与所述电力系统仿真模块和通信系统仿真模块的连接与数据交互，所述同步控制模块用于通过编程控制所述电力系统仿真模块和通信系统仿真模块的启停以及之间的数据交互。
优选的，所述的基于OPC的电力信息物理联合仿真系统，包括以下步骤：
步骤一、在DIgSILENT中建立所述电力系统仿真模块；
步骤二、在Matlab中建立所述通信系统仿真模块；
步骤三、实现DIgSILENT和OPC服务器的交互；
步骤四、实现Matlab和OPC服务器的交互；
步骤五、采用python启动电力信息物理联合仿真系统的仿真；
步骤六、在仿真时间内，完成所述电力系统仿真模块和通信系统仿真模块的同步；
步骤七、仿真结束后，进行仿真数据的分析，并显示仿真的结果。
优选的，所述电力系统仿真模块包括电力系统元件之间的电气关联关系。
优选的，所述通信系统仿真模块包括信息数据的接收，信息数据的传输与信息数据的发送过程。
一种基于OPC的电力信息物理联合仿真系统的同步方法，包括以下步骤：
步骤一、配置仿真模型的参数；
步骤二、通过python控制所述电力系统仿真模块和通信系统仿真模块的运行，所述电力系统仿真模块和通信系统仿真模块同时开始，python控制所述通信系统仿真模块仿真暂停，所述电力系统仿真模块进行连续仿真；
步骤三、一个仿真事件结束后，python控制所述电力系统仿真模块仿真停止，所述电力系统仿真模块的数据通过OPC服务器传输至所述通信系统仿真模块，所述通信系统仿真模块仿真开始，所述电力系统仿真模块仿真暂停；
步骤四、仿真事件结束后，控制所述通信系统仿真模块仿真停止，经过所述通信系统仿真模块仿真后的数据通过OPC服务器返回至所述电力系统仿真模块，所述电力系统仿真模块仿真开始，所述通信系统仿真模块仿真暂停；
步骤五、重复步骤三和四，直至达到设置的仿真时间。
优选的，仿真模型的参数包括DIgSILENTL里所述电力系统仿真模块的仿真时间和Matlab里所述通信系统仿真模块的仿真时间。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明设计的基于OPC的电力信息物理联合仿真系统实现了通信系统和电力系统之间的数据信息传输，为通信网络和电力系统联合仿真提供了系统基础，同时本发明提出的仿真同步方法实现了电力系统和通信系统数据信息传输的同步过程，完善了联合仿真系统的搭建。
附图说明
图1为本发明电力信息物理联合仿真系统架构示意图。
图2为本发明电力信息物理联合仿真系统流程示意图。
图3为本发明电力信息物理联合仿真系统同步方法示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的电力信息物理联合仿真系统包括四个模块：电力系统仿真模块、通信系统仿真模块、数据交互模块及同步控制模块。所述电力系统仿真模块是在DIgSILENTL里建立电力系统模型进行仿真；所述通信系统仿真模块是在Matlab里建立通信系统模型进行仿真；所述数据交互模块采用具备能够快速进行数据传输的OPC服务器；所述同步控制模块是在Matlab中建立控制中心模型，其与所述通信系统仿真模块连接，用于处理从电力系统仿真模块，经由所述通信系统仿真模块传输的电气量，并下达相应控制指令，采用python来控制DIgSILENTL和Matlab两个仿真软件的启动和停止，实现同步过程。其中，所述电力系统仿真模块与数据交互模块相连，所述通信系统仿真模块与数据交互模块相连，从而使得所述电力系统仿真模块和通信系统仿真模块可以通过所述数据交互模块进行数据的传输，进而实现彼此间信息的交互。
如图2所示，电力信息物理联合仿真系统包括以下步骤：
步骤1：进行电力信息物理系统联合仿真前的配置。配置包括：在DIgSILENT中建立所述电力系统仿真模块，包括电力系统元件之间的电气关联关系；在Matlab中建立所述通信系统仿真模块，模拟实际通信过程，包括信息数据的接收，信息数据的传输与信息数据的发送过程；将DIgSILENT作为OPC服务器的客户端与OPC进行连接，在DIgSILENT中将电气元件的电气量创建外部测量对象，按照命名公约将其分别命名，在OPC服务器中创建别名组并添加与DIgSILENT创建外部测量对象名称一一对应的项，进而使得DIgSILENT电力系统仿真模块得到的各元件电气量数据能够传输到OPC服务器中，从而实现DIgSILENT和OPC服务器的信息交互；将Matlab作为OPC服务器的客户端与OPC进行连接，Matlab中提供了OPC工具箱，Simulink中集成了OPC工具箱模块子库，进行OPC的设置，其中包括(1)OPCConfiguration，配置所用的OPC服务器，完成基于Matlab的OPC客户端的建立，(2)OPCWrite，配置写入的测量的电气量，实时向OPC写入电气量的值，(3)OPCRead，配置读取的测量的电气量，实时从OPC读取电气量的值，(4)OPCQualityParts，分析OPC质量，将配置好的OPC工具箱的模块子库加入到Simulink里，与所述通信系统仿真模块进行连接，进而使得信息数据可以在Matlab和OPC服务器中进行传输，从而实现Matlab和OPC服务器的信息交互，从而实现电力物理系统和通信系统的交互。
步骤2：基于电力信息物理系统的配置，开始仿真。通过OPC服务器完成电力物理系统和通信系统的交互后，采用python启动电力信息物理系统的仿真。
步骤3：在仿真时间内，完成所述电力系统仿真模块和通信系统仿真模块的同步。
本发明提出的电力信息物理联合仿真系统的同步方法示意图如图3所示，所述方法包括以下步骤：
(1)t1时刻DIgSILENT里所述电力系统模块和Matlab里所述通信系统仿真模块开始运行，python控制所述通信系统仿真模块暂停，所述电力系统仿真模块进行连续仿真；
(2)当电力系统在t2时刻完成一个事件时，python控制所述电力系统仿真模块仿真停止，所述电力系统仿真模块的数据通过OPC服务器传输至所述通信系统仿真模块，所述通信系统仿真模块仿真开始，所述电力系统仿真模块仿真暂停；
(3)仿真事件结束后，控制所述通信系统仿真模块仿真停止，经过所述通信系统仿真模块仿真后的数据通过OPC服务器返回至所述电力系统仿真模块，所述电力系统仿真模块仿真开始，所述通信系统仿真模块仿真暂停；
(3)重复步骤(2)至(3)，直至达到设置的仿真时间；
步骤4：仿真结束后，进行分析仿真数据的分析，并显示仿真的结果。
其中，以上所述仅为本发明的一种实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.基于OPC的电力信息物理联合仿真系统，包括电力系统仿真模块、通信系统仿真模块、数据交互模块和同步控制模块，所述电力系统仿真模块和通信系统仿真模块通过所述数据交互模块相连，所述同步控制模块分别与所述电力系统仿真模块和通信系统仿真模块相连；所述电力系统仿真模块用来对电力系统进行仿真，所述通信系统仿真模块用来对实际通信过程进行仿真，所述数据交互模块用于与所述电力系统仿真模块和通信系统仿真模块的连接与数据交互，所述同步控制模块用于通过编程控制所述电力系统仿真模块和通信系统仿真模块的启停以及之间的数据交互，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在DIgSILENT中建立所述电力系统仿真模块；
步骤二、在Matlab中建立所述通信系统仿真模块；
步骤三、实现DIgSILENT和OPC服务器的交互；
步骤四、实现Matlab和OPC服务器的交互；
步骤五、采用python启动电力信息物理系统的仿真；
步骤六、在仿真时间内，完成所述电力系统仿真模块和通信系统仿真模块的同步；
步骤七、仿真结束后，进行仿真数据的分析，并显示仿真的结果。
2.一种基于OPC的电力信息物理联合仿真系统的同步方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、配置仿真模型的参数；
步骤二、通过python控制电力系统仿真模块和通信系统仿真模块的运行，所述电力系统仿真模块和通信系统仿真模块同时开始，python控制所述通信系统仿真模块仿真暂停，所述电力系统仿真模块进行连续仿真；
步骤三、一个仿真事件结束后，python控制所述电力系统仿真模块仿真停止，所述电力系统仿真模块的数据通过OPC服务器传输至所述通信系统仿真模块，所述通信系统仿真模块仿真开始，所述电力系统仿真模块仿真暂停；
步骤四、仿真事件结束后，控制所述通信系统仿真模块仿真停止，经过所述通信系统仿真模块仿真后的数据通过OPC服务器返回至所述电力系统仿真模块，所述电力系统仿真模块仿真开始，所述通信系统仿真模块仿真暂停；
步骤五、重复步骤三和四，直至达到设置的仿真时间。
3.根据权利要求2所述的基于OPC的电力信息物理联合仿真系统的同步方法，其特征在于，仿真模型的参数包括DIgSILENTL里所述电力系统仿真模块的仿真时间和Matlab里所述通信系统仿真模块的仿真时间。
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