尹從恩

摘 要：電力和信息通信是一種復(fù)雜性的復(fù)合系統(tǒng)，該系統(tǒng)的復(fù)雜性在于系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)間發(fā)生具有離散型和時(shí)間的聯(lián)系性的特點(diǎn)。在現(xiàn)在的研究中，使用單一的仿真工具是一種簡(jiǎn)單易行的方法，據(jù)此，深入分析關(guān)于電力和信息通信系統(tǒng)混合仿真方法，以便為日后對(duì)電力和信息通信系統(tǒng)的研究提供新的解決方法。

關(guān)鍵詞：電力通信復(fù)合系統(tǒng)；混合仿真；智能電網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.28.088

隨著我國科技的不斷進(jìn)步，智能化電網(wǎng)在發(fā)展的同時(shí)，使傳統(tǒng)的電網(wǎng)發(fā)生了較大的改變，面對(duì)這樣復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行面臨著嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。其中，電力系統(tǒng)運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)變與現(xiàn)代化的信息通信技術(shù)的發(fā)展有著重要的關(guān)系。比如，“源-網(wǎng)-荷”互動(dòng)模式的運(yùn)行。智能化電網(wǎng)的發(fā)展依賴快速發(fā)展的信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)強(qiáng)有力的支撐。這正是電網(wǎng)中智能化發(fā)展的具體表現(xiàn)。國外的許多學(xué)者對(duì)電力通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行過相關(guān)的研究，下面我們就來具體的分析一下電力通信復(fù)合系統(tǒng)的相關(guān)方法。

1 電力和通信系統(tǒng)仿真方法概述

1.1 電力和通信系統(tǒng)仿真研究的必要性

電網(wǎng)運(yùn)行中的廣域監(jiān)控保護(hù)和控制系統(tǒng)要求信息通信技術(shù)的發(fā)展要達(dá)到一定的水平。因?yàn)殡娋W(wǎng)運(yùn)行中的量測(cè)信息和其他的附加信息需要及時(shí)的被傳送到電器網(wǎng)的控制中心，以起到時(shí)刻檢測(cè)電網(wǎng)運(yùn)行情況的作用。因此，面對(duì)這樣的情況電網(wǎng)中信息通信技術(shù)的應(yīng)用是解決電網(wǎng)運(yùn)行中智能化問題的關(guān)鍵。

1.2 電力系統(tǒng)與信息通訊系統(tǒng)的不同之處

電力系統(tǒng)與信息通訊系統(tǒng)中的仿真工是不一樣的。其中離散時(shí)步是電力系統(tǒng)運(yùn)行中主要的仿真工具。它可以對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為時(shí)間上的連續(xù)性進(jìn)行較為精確的估計(jì)。而信息通訊系統(tǒng)可以利用本身的離散性特點(diǎn)，通過離散事件仿真工具建模的形式對(duì)各類事件進(jìn)行描述，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜通信轉(zhuǎn)換成具體事件隊(duì)列的目的。

1.3 仿真方法的分類

近幾年來國內(nèi)外的學(xué)者將仿真方法大致分為了三種，其中這三種仿真方法是結(jié)合智能電網(wǎng)的特性分類的，他們分別是聯(lián)立仿真方案。實(shí)時(shí)混合仿真方案以及非實(shí)時(shí)混合仿真方案。

2 聯(lián)立仿真方案

聯(lián)立仿真方案是受到單一仿真工具的啟發(fā)下建立的一種復(fù)合形式的電力通信系統(tǒng)模型。其中單一仿真工具指的是電力系統(tǒng)仿真工具或者是通信信息系統(tǒng)的仿真工具。聯(lián)立仿真方案在建立的時(shí)候需要電力系統(tǒng)仿真工具中的通信過程進(jìn)行相應(yīng)的建模，由于此種方式缺少離散事件系統(tǒng)建模的構(gòu)成元素，使得通信環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)過程不能精確的模擬。電力系統(tǒng)在運(yùn)行插入通信仿真系統(tǒng)，可以解決靜態(tài)潮流計(jì)算的問題，但是機(jī)電特性仿真和微分代數(shù)方程系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)問題得不到有效的處理。

3 非實(shí)時(shí)混合仿真方案

混合仿真是解決復(fù)合仿真系統(tǒng)問題的另一項(xiàng)解決措施，混合仿真方案的研究是現(xiàn)在電力通信系統(tǒng)中的主要研究方向，混合仿真方案的研究可以在豐富的元件庫和計(jì)算方案的支持下維持系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和全面性。其中在此項(xiàng)方案中仿真時(shí)間同步以及軟件接口等是非常重要的研究課題。

3.1 PowerWorld Server&RINSE;和TASSCS

用于SCADA系統(tǒng)信息安裝測(cè)試的混合仿真平臺(tái)是被伊利諾伊大學(xué)的相關(guān)研究者研究出來的。此種混合仿真方案靜態(tài)數(shù)據(jù)是以PowerWorld Server為電力系統(tǒng)建模仿真平臺(tái)而產(chǎn)生的。網(wǎng)絡(luò)傳輸和是否受到攻擊行為依靠網(wǎng)絡(luò)安全模擬環(huán)境RINSE來監(jiān)測(cè)。這項(xiàng)方案不涉及時(shí)間同步的相關(guān)問題，它的重點(diǎn)是對(duì)電力通信設(shè)施在受到網(wǎng)絡(luò)攻擊后的脆弱度進(jìn)行評(píng)估。

3.2 PSCAD/EMTDC&Java;

混合仿真模塊由PSCAD/EMTDC和Java編寫的通信模塊構(gòu)成的方案是由北卡羅來納大學(xué)的一名學(xué)者提出來的，這項(xiàng)方案首次將時(shí)間連續(xù)系統(tǒng)以及事件觸發(fā)系統(tǒng)的混合仿真的思想提出。該項(xiàng)方案的模型構(gòu)建與數(shù)據(jù)通信接口是PSCAD/EMTDC用戶自定義的，并且通信管理和控制模式是通過Java豐富的編程環(huán)境構(gòu)建的。兩個(gè)系統(tǒng)的信息存儲(chǔ)的方式是以數(shù)據(jù)列隊(duì)的形式存在，從而實(shí)現(xiàn)信息相互傳遞的過程。其中PSCAD/EMTDC&Java;方案混合仿真結(jié)構(gòu)詳見圖1。

3.3 EPOCHS和VPNET

電力和通信同步仿真工具EPOCHS是由美國空軍技術(shù)學(xué)院的一名學(xué)者提出的。該項(xiàng)仿真方案是第一個(gè)涉及多專業(yè)仿真工具的混合仿真平臺(tái)。該項(xiàng)仿真工具使用的是高級(jí)體系架構(gòu)模塊支持多仿真器聯(lián)合運(yùn)行的模式，并且仿真器在工作中只要將單個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的某個(gè)方面進(jìn)行模擬就可以。其中這樣的獨(dú)立仿真工具分別是以下幾種。（1）用于機(jī)電暫態(tài)過程的仿真PSLF仿真軟件。（2）用于電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)過程的仿真PSCAD/EMTDC。（3）用于通信網(wǎng)絡(luò)建模的仿真NS2。并且每個(gè)獨(dú)立仿真器之間的接口使用的是專門設(shè)計(jì)的運(yùn)行支持環(huán)境，來實(shí)現(xiàn)混合仿真平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)傳輸。

3.4 MATLAB/Simulink&OPNET;

將MATLAB/Simulink和OPNET組合構(gòu)成的混合仿真方案是由瑞士皇家理工學(xué)艷的一名學(xué)者提出來的。這項(xiàng)方案主要的研究方向是探究ICT結(jié)構(gòu)對(duì)WAMS結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。

3.5 非實(shí)時(shí)混合仿真方案系統(tǒng)架構(gòu)概述

3.5.1 主從方式

主平臺(tái)采用信息通信系統(tǒng)的仿真器，并將混合仿真的控制邏輯嵌入其中。此種架構(gòu)模式具有明顯的缺點(diǎn)。（1）信息無法主動(dòng)向主平臺(tái)推送，導(dǎo)致從平臺(tái)只能被動(dòng)的接受控制。（2）主從平臺(tái)的數(shù)據(jù)交換以時(shí)間同步方式，步進(jìn)式來完成，這樣就造成主從平臺(tái)不能以并列的方式運(yùn)行。

3.5.2 獨(dú)立數(shù)據(jù)交互和控制方式

此中控制方式的電力系統(tǒng)仿真器和信息通信系統(tǒng)仿真器之間的連接使用的是獨(dú)立的組件，數(shù)據(jù)交換就是在連接組件的參與下完成的。此種架構(gòu)方式可以實(shí)現(xiàn)分布式或者并列計(jì)算。但是數(shù)據(jù)交互的獨(dú)立性額外的控制單元也增加了程序設(shè)計(jì)的困難性。

4 實(shí)時(shí)混合仿真方案

4.1 電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真單元

混合仿真平臺(tái)的速度與電力系統(tǒng)仿真工具有關(guān)系，電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真單元的RT-LAB和OPAL-RT，面向個(gè)人電腦不能進(jìn)行并列運(yùn)算，因此，仿真的需要還不能被滿足。在此項(xiàng)方案中仿真器使用OPAL-RT eMEGAsim，電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真單元使用的是安裝RT-LAB的實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)軟件包的PC。此種設(shè)計(jì)豐富了迪歐按理系統(tǒng)元件模型，使用戶可以在Simulink進(jìn)行電力系統(tǒng)模型的搭建和離線調(diào)試，并且將模型上傳至OPAL-RT eMEGAsim仿真器中。

4.2 通信系統(tǒng)仿真單元

在仿真循環(huán)中經(jīng)硬件加入進(jìn)去是通信系統(tǒng)仿真單元的要求，這樣可以提高各種組件細(xì)節(jié)建模的能力，并且可以將計(jì)算的精度以及擴(kuò)展的能力提高。其中OPNET、OMNe++和NS2A是通信系統(tǒng)中主要的建模軟件?；旌蠈?shí)時(shí)仿真方案中使用的是OPNET軟件中的SITL模塊。這種模塊有與其他模塊連接的網(wǎng)關(guān)接口，并且在數(shù)據(jù)交換上借助于以太網(wǎng)的連接形式來進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

4.3 系統(tǒng)監(jiān)控中心

系統(tǒng)監(jiān)控中心是在PC端安裝了Java Eclipse，其中系統(tǒng)監(jiān)控中心作用的實(shí)現(xiàn)是通過編程的方式進(jìn)行達(dá)到的。

4.4 網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備

在混合實(shí)時(shí)仿真連接中網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備使用的是OPNET的SITL模塊和外接網(wǎng)卡，借助于以太網(wǎng)將OPAL-RT和Java Eclipse連接。

5 結(jié)語

國內(nèi)外的電力和信息通信系統(tǒng)混合仿真的方法有多種，研究混合仿真平臺(tái)的搭建可以將電力和通信信息系統(tǒng)中有關(guān)的問題得到有效的解決，這樣的優(yōu)化方案可以有效的提高仿真平臺(tái)的運(yùn)行效率，使得電力系統(tǒng)通信工作的展開可以滿足人們的較多要求，這對(duì)電力和通信系統(tǒng)混合仿真平臺(tái)的構(gòu)建是具有推動(dòng)作用的。

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