电力和信息通信系统混合仿真方法综述

摘 要：电力和信息通信是一种复杂性的复合系统，该系统的复杂性在于系统内部时间发生具有离散型和时间的联系性的特点。在现在的研究中，使用单一的仿真工具是一种简单易行的方法，据此，深入分析关于电力和信息通信系统混合仿真方法，以便为日后对电力和信息通信系统的研究提供新的解决方法。

关键词：电力通信复合系统；混合仿真；智能电网

中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.28.088

随着我国科技的不断进步，智能化电网在发展的同时，使传统的电网发生了较大的改变，面对这样复杂的网络系统，电力系统的安全运行面临着严重的挑战。其中，电力系统运行模式的转变与现代化的信息通信技术的发展有着重要的关系。比如，“源-网-荷”互动模式的运行。智能化电网的发展依赖快速发展的信息网络技术强有力的支撑。这正是电网中智能化发展的具体表现。国外的许多学者对电力通信网络进行过相关的研究，下面我们就来具体的分析一下电力通信复合系统的相关方法。

1 电力和通信系统仿真方法概述

1.1 电力和通信系统仿真研究的必要性

电网运行中的广域监控保护和控制系统要求信息通信技术的发展要达到一定的水平。因为电网运行中的量测信息和其他的附加信息需要及时的被传送到电器网的控制中心，以起到时刻检测电网运行情况的作用。因此，面对这样的情况电网中信息通信技术的应用是解决电网运行中智能化问题的关键。

1.2 电力系统与信息通讯系统的不同之处

电力系统与信息通讯系统中的仿真工是不一样的。其中离散时步是电力系统运行中主要的仿真工具。它可以对电力系统动态行为时间上的连续性进行较为精确的估计。而信息通讯系统可以利用本身的离散性特点，通过离散事件仿真工具建模的形式对各类事件进行描述，以实现复杂通信转换成具体事件队列的目的。

1.3 仿真方法的分类

近几年来国内外的学者将仿真方法大致分为了三种，其中这三种仿真方法是结合智能电网的特性分类的，他们分别是联立仿真方案。实时混合仿真方案以及非实时混合仿真方案。

2 联立仿真方案

联立仿真方案是受到单一仿真工具的启发下建立的一种复合形式的电力通信系统模型。其中单一仿真工具指的是电力系统仿真工具或者是通信信息系统的仿真工具。联立仿真方案在建立的时候需要电力系统仿真工具中的通信过程进行相应的建模，由于此种方式缺少离散事件系统建模的构成元素，使得通信环节的动态过程不能精确的模拟。电力系统在运行插入通信仿真系統，可以解决静态潮流计算的问题，但是机电特性仿真和微分代数方程系统的动态问题得不到有效的处理。

3 非实时混合仿真方案

混合仿真是解决复合仿真系统问题的另一项解决措施，混合仿真方案的研究是现在电力通信系统中的主要研究方向，混合仿真方案的研究可以在丰富的元件库和计算方案的支持下维持系统的准确性和全面性。其中在此项方案中仿真时间同步以及软件接口等是非常重要的研究课题。

3.1 PowerWorld Server&RINSE和TASSCS

用于SCADA系统信息安装测试的混合仿真平台是被伊利诺伊大学的相关研究者研究出来的。此种混合仿真方案静态数据是以PowerWorld Server为电力系统建模仿真平台而产生的。网络传输和是否受到攻击行为依靠网络安全模拟环境RINSE来监测。这项方案不涉及时间同步的相关问题，它的重点是对电力通信设施在受到网络攻击后的脆弱度进行评估。

3.2 PSCAD/EMTDC&Java

混合仿真模块由PSCAD/EMTDC和Java编写的通信模块构成的方案是由北卡罗来纳大学的一名学者提出来的，这项方案首次将时间连续系统以及事件触发系统的混合仿真的思想提出。该项方案的模型构建与数据通信接口是PSCAD/EMTDC用户自定义的，并且通信管理和控制模式是通过Java丰富的编程环境构建的。两个系统的信息存储的方式是以数据列队的形式存在，从而实现信息相互传递的过程。其中PSCAD/EMTDC&Java方案混合仿真结构详见图1。

3.3 EPOCHS和VPNET

电力和通信同步仿真工具EPOCHS是由美国空军技术学院的一名学者提出的。该项仿真方案是第一个涉及多专业仿真工具的混合仿真平台。该项仿真工具使用的是高级体系架构模块支持多仿真器联合运行的模式，并且仿真器在工作中只要将单个复杂系统的某个方面进行模拟就可以。其中这样的独立仿真工具分别是以下几种。（1）用于机电暂态过程的仿真PSLF仿真软件。（2）用于电力系统电磁暂态过程的仿真PSCAD/EMTDC。（3）用于通信网络建模的仿真NS2。并且每个独立仿真器之间的接口使用的是专门设计的运行支持环境，来实现混合仿真平台之间的数据传输。

3.4 MATLAB/Simulink&OPNET

将MATLAB/Simulink和OPNET组合构成的混合仿真方案是由瑞士皇家理工学艳的一名学者提出来的。这项方案主要的研究方向是探究ICT结构对WAMS结构稳定性的影响。

3.5 非实时混合仿真方案系统架构概述

3.5.1 主从方式

主平台采用信息通信系统的仿真器，并将混合仿真的控制逻辑嵌入其中。此种架构模式具有明显的缺点。（1）信息无法主动向主平台推送，导致从平台只能被动的接受控制。（2）主从平台的数据交换以时间同步方式，步进式来完成，这样就造成主从平台不能以并列的方式运行。

3.5.2 独立数据交互和控制方式

此中控制方式的电力系统仿真器和信息通信系统仿真器之间的连接使用的是独立的组件，数据交换就是在连接组件的参与下完成的。此种架构方式可以实现分布式或者并列计算。但是数据交互的独立性额外的控制单元也增加了程序设计的困难性。

4 实时混合仿真方案

4.1 电力系统实时仿真单元

混合仿真平台的速度与电力系统仿真工具有关系，电力系统实时仿真单元的RT-LAB和OPAL-RT，面向个人电脑不能进行并列运算，因此，仿真的需要还不能被满足。在此项方案中仿真器使用OPAL-RT eMEGAsim，电力系统的实时仿真单元使用的是安装RT-LAB的实时仿真平台软件包的PC。此种设计丰富了迪欧按理系统元件模型，使用户可以在Simulink进行电力系统模型的搭建和离线调试，并且将模型上传至OPAL-RT eMEGAsim仿真器中。

4.2 通信系统仿真单元

在仿真循環中经硬件加入进去是通信系统仿真单元的要求，这样可以提高各种组件细节建模的能力，并且可以将计算的精度以及扩展的能力提高。其中OPNET、OMNe++和NS2A是通信系统中主要的建模软件。混合实时仿真方案中使用的是OPNET软件中的SITL模块。这种模块有与其他模块连接的网关接口，并且在数据交换上借助于以太网的连接形式来进行数据交换。

4.3 系统监控中心

系统监控中心是在PC端安装了Java Eclipse，其中系统监控中心作用的实现是通过编程的方式进行达到的。

4.4 网络连接设备

在混合实时仿真连接中网络连接设备使用的是OPNET的SITL模块和外接网卡，借助于以太网将OPAL-RT和Java Eclipse连接。

5 结语

国内外的电力和信息通信系统混合仿真的方法有多种，研究混合仿真平台的搭建可以将电力和通信信息系统中有关的问题得到有效的解决，这样的优化方案可以有效的提高仿真平台的运行效率，使得电力系统通信工作的展开可以满足人们的较多要求，这对电力和通信系统混合仿真平台的构建是具有推动作用的。

参考文献

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