基于应用集成的电力和通信系统耦合仿真平台及方法技术方案

基于应用集成的电力和通信系统耦合仿真平台，通过一个联合仿真协调器将电力系统仿真器和通信系统仿真器整合在一起，实现对两者的控制、数据交换以及时间同步，仿真方法主要包括如下步骤：首先控制对初始电力系统状态进行仿真，产生出用于控制和通信的状态数据，记录仿真结束后的时间；然后通信系统仿真器进行仿真，确定出所有可能的通信事件，获得控制动作时间；该时间反馈到电力系统仿真器，使电力系统开始运行至新的时间，得出电力系统的新的状态；电力系统仿真器再继续仿真，到下一个量测时间点获得电力系统的状态判断是否稳定运行，如果不是则返回继续仿真，本发明专利技术考虑了通信过程中的各种随机性情况，具有实用性和推广性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统仿真分析研究
，具体涉及基于应用集成的电力和通 信系统耦合仿真平台及方法。
技术介绍
目前，各国都在大力的研究和发展智能电网。智能电网是自动的和广泛分布的能 量交换网络，它具有电力和信息双向流动的特点，同时它将分布式计算和提供实时信息的 通信的优越性用于电网，并使之能够维持设备层面上即时的供需平衡。由此可见，智能电网 的数据获取、保护和自动控制都需要通信系统的有力支持，只有建立了高速、双向、集成、实 时的通信系统，智能电网的特征才能够实现。随着通信技术的发展以及智能电网技术的不 断深入研究，现代电力系统已经逐渐发展为由电力系统和通信系统相互耦合的网络系统。 通信系统的丢包、延时增加或者故障等不确定性都会对电力系统造成重大影响，甚至导致 大规模停电事故的发生。为了能够评估通信系统对电力系统所造成的影响，仿真是解决问题的关键。目前， 在通信系统和电力系统两个领域的仿真已经取得了很大的成果，但是这些仿真都是独立 的，无法同时对通信系统和电力系统进行仿真。如果重新开发一种能够适合通信和电力系 统同时仿真的软件，即耗费时间又花费巨大，所以开始有人提出了通信和电力系统的联合仿真。已有学者研究的各种联合仿真方法重点基本在联合仿真平台的结构和数据交换、 时间同步等关键技术，有些对其具体的使用方法和最终的结果分析进行了介绍。但是它们 都没有考虑通信系统和电力系统的随机性，对其结果分析中也缺乏随机性的讨论。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于应用集成的电力 和通信系统耦合仿真平台及方法，针对上述存在问题进行了修正，并对仿真结果进行了概 率性的统计分析。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是基于应用集成的电力和通信系统耦合仿真平台，包括电力系统仿真器和通信系统 仿真器，通过一个联合仿真协调器将电力系统仿真器和通信系统仿真器整合在一起，实现 对两者的控制、数据交换以及时间同步，其中，时间同步是指联合仿真协调器控制电力系统仿真器运行，如果在时刻反馈到电力系统仿真器 中，电力系统仿真器接收到控制向量数据，开始运行仿真至时刻处又检测到电力系统的变化，重复上述过程，其中这种形式表示向量。所述电力系统仿真器基于OpenDSS,所述通信系统仿真器基于0ΡΝΕΤ。所述数据交换包括(a)联合仿真协调器与OpenDSS通过COM接口的数据交换；(b)联合仿真协调器与OPNET通过外部系统域的数据交换。本专利技术同时提供了一种基于应用集成的电力和通信系统耦合仿真方法，主要包括如下步骤步骤(I):联合仿真协调器控制电力系统仿真器运行，对初始电力系统状态进行仿真，产生出用于控制和通信的状态数据，仿真结束后的时间记为[tj ；步骤(2):通信系 统仿真器进行仿真，确定出所有可能的通信事件，并获得控制动作时间；步骤(3):联合仿真协调器将通信仿真得到的控制动作时间反馈到电力系统仿真器，使电力系统开始运行至，此时得出电力系统的新的状态,对其进行分析；步骤(4):电力系统仿真器再继续仿真，到下一个量测时间点t2获得电力系统的状态判断t2是否稳定运行，如果不是则返回步骤(2)，从开始仿真；上述各个步骤中，以这种形式表示向量，仿真结果的分析采用概率统计方法。与现有技术相比，本专利技术在联合仿真的过程中，考虑了通信过程中的各种随机性情况，并且本专利技术具有实用性和可推广性。附图说明图1是本专利技术联合仿真流程图。图2是本专利技术联合仿真平台框架。图3是本专利技术OpenDSS的结构框图。图4是本专利技术联合仿真的时间同步方法。图5是本专利技术OPNET联合仿真结构及数据交换示意图。图6是本专利技术IEEE13节点统示意图。图7是本专利技术通信系统拓扑结构图。图8是本专利技术联合仿真的分析结果。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做详细说明。为便于理解，本专利技术以这种形式表示向量。如图1所示，本专利技术的联合仿真方法流程包括如下主要步骤步骤(I):联合仿真协调器控制电力系统仿真器运行，对初始电力系统状态进行仿真，产生出用于控制和通信的状态数据，仿真结束后的时间记为[tj ；步骤(2):通信系统仿真器进行仿真，确定出所有可能的通信事件，并获得控制动作时间；步骤(3):联合仿真协调器将通信仿真得到的控制动作时间反馈到电力系统 仿真器，使电力系统开始运行至，此时得出电力系统的新的状态,对其进 行分析；步骤(4):电力系统仿真器再继续仿真，到下一个量测时间点t2获得电力系统的状 态判断t2是否稳定运行，如果不是则返回步骤(2)，从开始仿真。基于上述方法流程，本专利技术的联合仿真平台框架如图2所示，通过一个中间协调 器(Coordinator)将通信系统仿真器和电力系统仿真器整合在一起，实现对两者的控制、数 据交换传输以及时间同步。本专利技术中采用的电力系统仿真器是OpenDSS，而通信系统仿真器 是 OPNET。本专利技术联合仿真平台的关键组件主要包括OpenDSS和OPNET。(I)OpenDSS (The Open Distribution System Simulator)是针对配电系统的综 合电力系统仿真工具。OpenDSS可以应用在配电网设计和分析、一般多相交流电路分析、分 布式发电互联的分析、谐波与间谐波分析、光伏发电系统仿真等领域，而且还有如蒙特卡罗 法等多种潮流解决模式。OpenDSS既可以作为一个独立的仿真引擎进行仿真，也可以通过进 程内的COM接口由多种现存的软件平台进行驱动。OpenDSS的结构如图3所示，对其进行简 单描述。(2)0PNET是目前最先进的通信网络仿真开发的平台之一。它采用网络域、节点域 和进程域三层建模机制，不仅支持面向对象的建模方式，还提供图形化的操作界面。OPNET 本身充分考虑了通信系统的随机性问题，随机到达的业务、经过信道传输后包含随机误码 的信号、数据包等这些都可以看做是仿真系统的驱动力，从而使得OPNET可以很容易的对 通信系统的无线信道噪声、设备故障等多种随机情况进行模拟。本专利技术联合仿真平台的关键技术包括两方面时间同步以及数据交换。(I)联合仿真的时间同步联合仿真的时间同步方法如图4所示。具体的方法是首先由联合仿真协调器控 制电力系统仿真器运行，在时刻反馈到电力系统仿真器中。电力系统仿真器接收到控制向量数据 ，开始运行仿真至时刻。此后电力系统继续运行仿真，在处又检测到 电力系统的变化，于是重复上述过程。(2)联合仿真的数据交换数据交换在联合仿真平台的运行中非常重要，本专利技术采用的方法是通过中间协调 器，对两者的输出数据进行读取使得数据在两个仿真器之间交换。具体的如下(a)与OpenDSS的数据交换OpenDSS可以通过COM接口由许多种外部程序驱动，这不仅提供了强有力的额外 的分析能力，也提供了显示结果的完美图表。OpenDSS的许多结果可以通过COM接口以及各 种输出文件重新取回。它输出的文件是CSV格式写入的，这有利于导入其他工具来进行后 续处理。从而，联合仿真协调器和OpenDSS的数据交换是通过COM接口来进行的。(b)与OPNET的数据交换OPNET为其与外部程序交换通信数据提供了高层体系结构HLA (HighLevel Architecture)和外部系统域(External System本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于应用集成的电力和通信系统耦合仿真平台，包括电力系统仿真器和通信系统仿真器，其特征在于，通过一个联合仿真协调器将电力系统仿真器和通信系统仿真器整合在一起，实现对两者的控制、数据交换以及时间同步，其中，时间同步是指：联合仿真协调器控制电力系统仿真器运行，如果在时刻[t0]处联合仿真协调器检测到电力系统的潮流或者频率发生了变化，则驱动通信系统仿真器进行仿真，此时电力系统仿真器暂停运行，等待通信系统仿真器反馈的数据，当通信系统仿真结束以后，暂停运行，并通过联合仿真协调器将通信控制向量数据[T]反馈到电力系统仿真器中，电力系统仿真器接收到控制向量数据[T]，开始运行仿真至时刻[t1]＝[t0]+[T]，此后电力系统继续运行仿真，在[t2]处又检测到电力系统的变化，重复上述过程，其中[A]这种形式表示向量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘家泰，陈颖，盛成玉，孙振权，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：