一種雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)協(xié)同仿真方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)協(xié)同仿真系統(tǒng)，包括系統(tǒng)仿真模塊和網(wǎng)絡(luò)仿真模塊；所述系統(tǒng)仿真模塊根據(jù)所要仿真的傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確定網(wǎng)絡(luò)仿真模塊的規(guī)模及節(jié)點(diǎn)通信關(guān)系，建立網(wǎng)絡(luò)仿真模塊；所述系統(tǒng)仿真模塊中包括多個設(shè)備，所述多個設(shè)備將運(yùn)行狀態(tài)發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)仿真模塊中的對應(yīng)節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明所述系統(tǒng)可以對智能電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)和規(guī)劃進(jìn)行系統(tǒng)級驗(yàn)證；專為智能電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性定制，為觀測耦合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)行為提供了有效仿真工具；本發(fā)明屏蔽了具體的通信協(xié)議對系統(tǒng)的影響，可以更廣泛的描述通信系統(tǒng)的行為；本發(fā)明可以真實(shí)反映有時延限制的電網(wǎng)信息傳輸對智能電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性帶來的威脅。
【專利說明】一種雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)協(xié)同仿真方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)協(xié)同仿真方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]智能電網(wǎng)(Smart Grid)是一種新興技術(shù)，代表了一種全新的能源管理模式。它建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過將信息技術(shù)植入傳統(tǒng)電力基礎(chǔ)設(shè)施的方式，在電力基礎(chǔ)設(shè)施上廣泛引入先進(jìn)的傳感和測量技術(shù)，先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電力設(shè)備之間的無縫互聯(lián)，以及電流和信息流的雙向流動。憑借這種靈活配置的能量流和信息流，各式各樣的管理自動化應(yīng)用可以廣泛的使用在智能電網(wǎng)中。使得智能電網(wǎng)在系統(tǒng)故障后自愈能力、抵御自然災(zāi)害和外力破壞能力、優(yōu)化配置資源能力，兼容多種能源形式能力，促進(jìn)用戶互動式地參與電力調(diào)度管理能力等多個方面體現(xiàn)出了不同于傳統(tǒng)電網(wǎng)的獨(dú)特性能，進(jìn)而顯著提高了電力系統(tǒng)的有效性，靈活性，智能化，和可靠性。
[0003]智能電網(wǎng)獨(dú)特的雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu):智能電網(wǎng)除了在系統(tǒng)管控、用戶參與度、應(yīng)對故障和攻擊能力上的獨(dú)特優(yōu)勢之外，從系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的角度上講，它還擁有一個顯著的，不同于傳統(tǒng)信息通信系統(tǒng)的顯著特征，即，相互耦合、互相依賴的通信網(wǎng)絡(luò)和電力傳輸網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成了智能電網(wǎng)系統(tǒng)。
[0004]由于電網(wǎng)系統(tǒng)是一個橫跨發(fā)輸變配用各個環(huán)節(jié)的龐大而又復(fù)雜的系統(tǒng)，其中包含了各種各樣的電力電子設(shè)備，比如各級變壓器，各種電流電壓互感器等等。為實(shí)現(xiàn)對大規(guī)模電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測，在目前的智能電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)實(shí)踐中，普遍使用的方式是將大量的智能化電動裝置(IED, Intelligent Electronic Device)作為電力設(shè)備控制器與電力電子設(shè)備互連。由此，具有一定通信和計(jì)算功能的IED設(shè)備成為了電力設(shè)備的控制裝置，既可以采集設(shè)備的實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)并通過有線或無線通信模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程傳送，又可以作為設(shè)備的代理(Agent)接收遠(yuǎn)程的控制命令，從而借助必要的通信設(shè)備，如路由器、交換機(jī)等，與其他相關(guān)電力裝置或者遠(yuǎn)程控制中心構(gòu)成雙向的信息傳送通道。進(jìn)一步，總整體角度來看，通過掛載的IED設(shè)備，電網(wǎng)系統(tǒng)中的各種電力設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，從而形成一張由IED為基本通信節(jié)點(diǎn)的電力通信網(wǎng)絡(luò)。
[0005]從體系結(jié)構(gòu)的角度上看，電力通信網(wǎng)絡(luò)橫跨在原有的電網(wǎng)系統(tǒng)的電力傳送網(wǎng)絡(luò)之上，承擔(dān)著對電力傳送網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和控制的作用。如此，智能電網(wǎng)系統(tǒng)中形成了兩張網(wǎng)絡(luò):處于底層的是原有的電力輸送網(wǎng)絡(luò)，包括高壓的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)，以及中低壓的配電網(wǎng)絡(luò)；處于上層的，由電力設(shè)備掛載的IED組成的通信網(wǎng)絡(luò)。
[0006]從兩種網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系上看，電力通信網(wǎng)絡(luò)和電力傳送網(wǎng)絡(luò)是相互耦合而又相互依賴的。一方面，電力網(wǎng)絡(luò)為通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，如IED，路由器、交換機(jī)等提供正常工作所需的電力；另一方面通信網(wǎng)絡(luò)則作為信息分發(fā)的基礎(chǔ)設(shè)施為電力網(wǎng)絡(luò)投遞控制命令和傳送設(shè)備狀態(tài)運(yùn)行參數(shù)。
[0007]由此，相互耦合、互相依賴的電力通信網(wǎng)絡(luò)與電力網(wǎng)絡(luò)一起構(gòu)成了智能電網(wǎng)最重要的系統(tǒng)組件。[0008]雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)帶來的系統(tǒng)可靠性挑戰(zhàn)
[0009]在電力通信網(wǎng)絡(luò)為智能電網(wǎng)的管理、控制、監(jiān)測帶來巨大便利的同時，雙層耦合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也為電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性帶來了新的挑戰(zhàn)。原有的電力系統(tǒng)可靠性理論和方法因沒有把通信系統(tǒng)的信息傳輸可靠性加以考慮，因而難以適用于智能電網(wǎng)的可靠性分析。例如，在電力通信網(wǎng)絡(luò)中，信息傳輸?shù)臅r延要求近乎苛刻，當(dāng)存在傳輸超時時，系統(tǒng)將視超時傳輸?shù)南闊o效消息，從而導(dǎo)致相應(yīng)的電網(wǎng)控制命令難以產(chǎn)生實(shí)際的設(shè)備控制結(jié)果，進(jìn)而引起電力系統(tǒng)故障。由此可見，通信網(wǎng)絡(luò)的引入將大大改變原有的電力系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性分析。同樣地，原有的通信系統(tǒng)的可靠性分析由于沒有體現(xiàn)電力傳輸?shù)目陀^規(guī)律，因此也難以適用于智能電網(wǎng)。
[0010]作為大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)可靠性研究的重要手段，系統(tǒng)仿真在量化評估智能電網(wǎng)雙網(wǎng)絡(luò)耦合情況下的系統(tǒng)可靠性上起著無以替代的作用。首先，系統(tǒng)的可靠性研究需要構(gòu)建大規(guī)模的，與真實(shí)環(huán)境相似度較高的系統(tǒng)環(huán)境，從而確認(rèn)研究結(jié)果的有效性。但是，對于電網(wǎng)這種關(guān)系國計(jì)民生的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，從技術(shù)和安全上考慮直接進(jìn)行電力試驗(yàn)的可能性很小，因此需要構(gòu)造系統(tǒng)的仿真環(huán)境進(jìn)行相關(guān)的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。由此，能夠全面反映智能電網(wǎng)雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)的仿真系統(tǒng)便更為重要。其次，要研究通信網(wǎng)絡(luò)與電力傳輸網(wǎng)絡(luò)的這種獨(dú)特的耦合結(jié)構(gòu)，需要對智能電網(wǎng)系統(tǒng)行為進(jìn)行細(xì)致的觀察，從而發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵的系統(tǒng)建模參數(shù)。從這個角度上來講，一套貼近真實(shí)系統(tǒng)的仿真環(huán)境也極具研究價值。
[0011]現(xiàn)有技術(shù):
[0012]作為一種新的網(wǎng)絡(luò)形式，智能電網(wǎng)只是在近幾年出現(xiàn)。而其通信網(wǎng)絡(luò)與電力傳輸網(wǎng)絡(luò)的耦合依賴關(guān)系也是自2009年之后才逐漸為研究者所認(rèn)識。因此，到目前為止鮮見可用于智能電網(wǎng)雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)的協(xié)同仿真工具，至于專門針對系統(tǒng)可靠性的仿真工具則未見有相關(guān)報(bào)道?，F(xiàn)有的仿真系統(tǒng)主要分為三類:第一類是原有的可用于電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性研究的仿真工具，如Matlab等；第二類是用于通信網(wǎng)絡(luò)的仿真工具，如NS2，OPNET等；第三類是針對智能電網(wǎng)的聯(lián)合仿真工具，如0mnet++_0penDSS等。
[0013]基于Matlab的電網(wǎng)可靠性仿真工具:
[0014]由于電力系統(tǒng)是一個大規(guī)模、時變的復(fù)雜系統(tǒng)，對電力系統(tǒng)的仿真根據(jù)其關(guān)注點(diǎn)的不同可以分為幾類，如潮流計(jì)算、電磁暫態(tài)仿真、控制保護(hù)仿真等。其中潮流計(jì)算是在給定電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和邊界條件的情況下確定系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)的一種基本電氣計(jì)算，其運(yùn)算結(jié)果也是電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性計(jì)算和故障分析的基礎(chǔ)。因此根據(jù)系統(tǒng)潮流計(jì)算結(jié)果進(jìn)行電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析已經(jīng)成為了電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性研究的主要手段。
[0015]目前，允許用戶通過運(yùn)行系統(tǒng)潮流計(jì)算進(jìn)行電網(wǎng)穩(wěn)定性分析的仿真工具較多，但Matlab因其靈活方便的使用以及強(qiáng)大的功能，逐漸成為使用最為普遍的電網(wǎng)可靠性仿真工具。以Matlab為基礎(chǔ),更加專注于電力系統(tǒng)潮流和優(yōu)化潮流計(jì)算的開源軟件Matpower也逐漸成為了易于使用的電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性仿真工具。
[0016]通信網(wǎng)絡(luò)仿真工具:
[0017]隨著通信網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，對于通信網(wǎng)絡(luò)新機(jī)制和整體系統(tǒng)性能的研究也逐漸成為了通信網(wǎng)絡(luò)研究的重要方面。但在真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行性能研究，不僅耗資巨大，而且難以收集、統(tǒng)計(jì)和分析系統(tǒng)性能數(shù)據(jù)。由此，通過在計(jì)算機(jī)上搭建虛擬網(wǎng)絡(luò)平臺的方式實(shí)現(xiàn)對真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的模擬成為了通信網(wǎng)絡(luò)仿真的主要手段。[0018]現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)仿真工具有很多種，其中最常用的包括OPNET、NS2、0MNet++等。這些仿真工具主要關(guān)注網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制的設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的性能，通信協(xié)議的運(yùn)行情況等。
[0019]智能電網(wǎng)聯(lián)合仿真工具:
[0020]隨著智能電網(wǎng)概念的提出，越來越多的研究者開始考慮把現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)的仿真工具與電力系統(tǒng)仿真工具結(jié)合起來，用于模擬智能電網(wǎng)中的雙網(wǎng)絡(luò)交互情況。其中最典型的是0MNeT++-0penDSS的組合。前者是通信網(wǎng)絡(luò)中常用的仿真軟件，而后者則面向配電網(wǎng)絡(luò)，具備了多種電力系統(tǒng)仿真的功能，如潮流計(jì)算，保護(hù)電流計(jì)算等?？捎糜谟^察具體某一通信機(jī)制或協(xié)議對配電網(wǎng)系統(tǒng)的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]現(xiàn)有技術(shù)中雖然電網(wǎng)系統(tǒng)與通信網(wǎng)絡(luò)各自有很多種仿真工具，也出現(xiàn)了結(jié)合兩種網(wǎng)絡(luò)仿真工具設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的面向智能電網(wǎng)的仿真工具，但針對智能電網(wǎng)的實(shí)時穩(wěn)態(tài)可靠性分析，現(xiàn)有工具則難以完成相關(guān)的仿真任務(wù)，現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)主要集中在以下兩個方面:
[0022]1.電網(wǎng)、通信網(wǎng)仿真工具獨(dú)立使用均難以反映耦合網(wǎng)絡(luò)相互作用關(guān)系
[0023]不難想象，如果僅僅用電網(wǎng)或者通信網(wǎng)絡(luò)的仿真工具進(jìn)行智能電網(wǎng)可靠性仿真研究,則雙方均難以將對方網(wǎng)絡(luò)的影響因素考慮在內(nèi)。如使用Matlab等電網(wǎng)仿真工具，則通信網(wǎng)絡(luò)傳輸失敗的概率分布難以在Matlab的潮流計(jì)算中體現(xiàn)，由此設(shè)計(jì)的仿真工具則難以捕捉兩層網(wǎng)絡(luò)這種相互影響的系統(tǒng)行為。
[0024]2.針對現(xiàn)有聯(lián)合仿真工具，通信網(wǎng)絡(luò)側(cè)仿真工具往往過分注重通信協(xié)議、機(jī)制的影響，難以反映通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性對電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性的影響
[0025]現(xiàn)有的聯(lián)合仿真工具過分注重通信網(wǎng)絡(luò)傳輸機(jī)制、協(xié)議等細(xì)節(jié)對電網(wǎng)系統(tǒng)的影響，并不利于量化評估雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)可靠性。主要原因在于，兩個網(wǎng)絡(luò)的抽象層次不一致。在電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行潮流計(jì)算為基礎(chǔ)的可靠性分析時，完全忽略了由于器件或者設(shè)備性質(zhì)所導(dǎo)致的暫態(tài)效應(yīng)，而從穩(wěn)態(tài)角度進(jìn)行的分析。與之對應(yīng)，通信網(wǎng)絡(luò)具體協(xié)議、機(jī)制的影響都應(yīng)屬于通信網(wǎng)絡(luò)的暫態(tài)行為。應(yīng)該對通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行進(jìn)一步抽象，屏蔽具體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、機(jī)制對通信網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性的影響，與電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析對應(yīng)實(shí)現(xiàn)對通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)態(tài)分析。
[0026]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種以量化評估只能電網(wǎng)雙網(wǎng)耦合結(jié)構(gòu)的可靠性，以及捕獲穩(wěn)態(tài)情況下雙網(wǎng)絡(luò)交互的系統(tǒng)行為為目標(biāo)，通過引入抽象層次更高的通信網(wǎng)絡(luò)仿真工具與電網(wǎng)仿真工具一起設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)協(xié)同仿真方法。
[0027]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)協(xié)同仿真方法，具體包括以下步驟:
[0028]步驟1:構(gòu)建系統(tǒng)仿真模塊；
[0029]步驟2:系統(tǒng)仿真模塊根據(jù)所要仿真的傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確定網(wǎng)絡(luò)仿真模塊的規(guī)模及節(jié)點(diǎn)通信關(guān)系，建立網(wǎng)絡(luò)仿真模塊；
[0030]步驟3:系統(tǒng)仿真模塊中的多個設(shè)備將運(yùn)行狀態(tài)發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)仿真模塊中的對應(yīng)節(jié)
占.[0031]步驟4:通過網(wǎng)絡(luò)仿真模塊中的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)判斷系統(tǒng)仿真模塊中的對應(yīng)設(shè)備是否存在故障，如果是，發(fā)送未及時收到告警信息的節(jié)點(diǎn)集合和對應(yīng)存在故障的設(shè)備的源節(jié)點(diǎn)信息至系統(tǒng)仿真模塊，進(jìn)行步驟5 ;否則，進(jìn)行步驟6 ；
[0032]步驟5:系統(tǒng)仿真模塊判斷是否存在未及時收到告警信息的節(jié)點(diǎn)，如果是，接收設(shè)備最大負(fù)載值，重新計(jì)算潮流值，確定系統(tǒng)仿真模塊中的設(shè)備狀態(tài)，跳轉(zhuǎn)至步驟3 ;否則，移除初始故障設(shè)備，重新計(jì)算潮流值，確定系統(tǒng)仿真模塊中的設(shè)備狀態(tài)；
[0033]步驟6:輸出穩(wěn)態(tài)的系統(tǒng)仿真模塊中的多個設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)給用戶。
[0034]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明為智能電網(wǎng)雙網(wǎng)絡(luò)耦合系統(tǒng)的仿真提供了新的仿真手段，利用該方法可以對智能電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)和規(guī)劃進(jìn)行系統(tǒng)級驗(yàn)證；專為智能電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性定制，可用于智能電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)與電力網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)下的系統(tǒng)可靠性仿真，為觀測耦合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)行為提供了有效仿真工具；本發(fā)明在通信網(wǎng)絡(luò)仿真模塊上對通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸狀態(tài)進(jìn)行了抽象，屏蔽了具體的通信協(xié)議對系統(tǒng)的影響，用消息傳輸成功率的方式刻畫通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能，可以更廣泛的概括通信系統(tǒng)的行為；本發(fā)明將電網(wǎng)通信傳輸中特殊的時延要求涵蓋在內(nèi)，可以真實(shí)反映有時延限制的電網(wǎng)信息傳輸對智能電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性帶來的威脅。
[0035]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0036]進(jìn)一步，所述步驟2與步驟3之間還存在步驟2.5 ；
[0037]步驟2.5:系統(tǒng)仿真模塊向網(wǎng)絡(luò)仿真模塊輸入仿真網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)、預(yù)設(shè)的告警信息傳播時延、預(yù)設(shè)的消息傳輸成功率和預(yù)設(shè)的傳輸成功消息所需傳輸時延的分布。
[0038]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，由系統(tǒng)仿真模塊向網(wǎng)絡(luò)仿真模塊輸入仿真網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)；告警信息傳播時延，即告警消息只有在指定時間內(nèi)到達(dá)節(jié)點(diǎn)才被視為有效的，任何超過時延的消息投遞都會因消息錯過最佳控制時間而被視為無效消息；消息傳輸成功率，從而使通信網(wǎng)絡(luò)仿真模塊可以以指定概率確定每次消息傳輸是否成功；傳輸成功消息所需傳輸時延的分布，確定投遞成功的消息是否超過傳輸時延，如果超過，則依然是不成功的投遞。
[0039]進(jìn)一步，所述步驟4中發(fā)送告警信息至系統(tǒng)仿真模塊中的對應(yīng)設(shè)備具體包括以下步驟:
[0040]步驟4.1:網(wǎng)絡(luò)仿真模塊中的對應(yīng)設(shè)備存在故障的一個節(jié)點(diǎn)作為源節(jié)點(diǎn)；
[0041]步驟4.2:根據(jù)源節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)度將告警信息發(fā)送到相關(guān)聯(lián)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)；
[0042]步驟4.3:根據(jù)消息傳輸成功率隨機(jī)從目標(biāo)節(jié)點(diǎn)中選取成功節(jié)點(diǎn)；
[0043]步驟4.4:判斷傳輸告警信息的時間是否大于告警信息傳播時延，如果是，進(jìn)行步驟4.7 ;否則，進(jìn)行步驟4.5 ;
[0044]步驟4.5:將發(fā)送成功的成功節(jié)點(diǎn)按照傳輸時間從小到大排序存入消息傳輸事件列表；
[0045]步驟4.6:判斷是否達(dá)到了預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)傳輸時間，如果是，進(jìn)行步驟4.7 ;否則，按順序取消息傳輸事件列表中的一個成功節(jié)點(diǎn)，將此成功節(jié)點(diǎn)作為源節(jié)點(diǎn)，跳轉(zhuǎn)至步驟4.2 ；
[0046]步驟4.7:將所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)添加到未及時收到告警信息集合；
[0047]步驟4.8:網(wǎng)絡(luò)仿真模塊將未及時收到告警信息集合和步驟4.1中的源節(jié)點(diǎn)發(fā)送至系統(tǒng)仿真模塊。
[0048]節(jié)點(diǎn)度是指和該節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的邊的條數(shù)，即與該節(jié)點(diǎn)相連接的節(jié)點(diǎn)個數(shù)。[0049]所述步驟5具體包括以下步驟:
[0050]步驟5.1:判斷未及時收到告警信息集合是否為空，如果是，移除源節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的設(shè)備潮流狀態(tài)，進(jìn)行步驟5.2 ;否則，進(jìn)行步驟5.3 ；
[0051]步驟5.2:輸出系統(tǒng)仿真模塊當(dāng)前潮流狀態(tài)，重新計(jì)算潮流值；
[0052]步驟5.3:固定未及時收到告警信息集合中節(jié)點(diǎn)的潮流值，接收外部輸入的多個設(shè)備的最大負(fù)載量，重新計(jì)算潮流值；
[0053]步驟5.4:判斷是否存在故障設(shè)備，如果是，跳轉(zhuǎn)至步驟3 ;否則，跳轉(zhuǎn)至5.2。
[0054]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種以量化評估只能電網(wǎng)雙網(wǎng)耦合結(jié)構(gòu)的可靠性，以及捕獲穩(wěn)態(tài)情況下雙網(wǎng)絡(luò)交互的系統(tǒng)行為為目標(biāo)，通過引入抽象層次更高的通信網(wǎng)絡(luò)仿真工具與電網(wǎng)仿真工具一起設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)協(xié)同仿真系統(tǒng)。
[0055]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)協(xié)同仿真系統(tǒng)，包括系統(tǒng)仿真模塊和網(wǎng)絡(luò)仿真模塊；
[0056]所述系統(tǒng)仿真模塊根據(jù)所要仿真的傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確定網(wǎng)絡(luò)仿真模塊的規(guī)模及節(jié)點(diǎn)通信關(guān)系，建立網(wǎng)絡(luò)仿真模塊；
[0057]所述系統(tǒng)仿真模塊中包括多個設(shè)備，所述多個設(shè)備將運(yùn)行狀態(tài)發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)仿真模塊中的對應(yīng)節(jié)點(diǎn)；
[0058]所述網(wǎng)絡(luò)仿真模塊中的節(jié)點(diǎn)同步對應(yīng)設(shè)備的狀態(tài)，并根據(jù)系統(tǒng)仿真模塊中的設(shè)備故障發(fā)出告警信息，并將未及時收到告警信息的節(jié)點(diǎn)集合和對應(yīng)存在故障的設(shè)備的源節(jié)點(diǎn)信息發(fā)送系統(tǒng)仿真模塊；
[0059]所述系統(tǒng)仿真模塊判斷是否存在未及時收到告警信息的節(jié)點(diǎn)，如果是，接收設(shè)備最大負(fù)載值，重新計(jì)算潮流值，確定系統(tǒng)仿真模塊中的設(shè)備狀態(tài)；否則，移除初始故障設(shè)備，重新計(jì)算潮流值，確定系統(tǒng)仿真模塊中的設(shè)備狀態(tài)；并將穩(wěn)態(tài)的系統(tǒng)仿真模塊中的多個設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)輸出給用戶。
[0060]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明為智能電網(wǎng)雙網(wǎng)絡(luò)耦合系統(tǒng)的仿真提供了新的仿真手段，利用該系統(tǒng)可以對智能電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)和規(guī)劃進(jìn)行系統(tǒng)級驗(yàn)證；轉(zhuǎn)為智能電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性定制，可用于智能電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)與電力網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)下的系統(tǒng)可靠性仿真，為觀測耦合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)行為提供了有效仿真工具；本發(fā)明在通信網(wǎng)絡(luò)仿真模塊上對通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸狀態(tài)進(jìn)行了抽象，屏蔽了具體的通信協(xié)議對系統(tǒng)的影響，用消息傳輸成功率的方式刻畫通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能，可以更廣泛的概括通信系統(tǒng)的行為；本發(fā)明將電網(wǎng)通信傳輸中特殊的時延要求涵蓋在內(nèi)，可以真實(shí)反映有時延限制的電網(wǎng)信息傳輸對智能電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性帶來的威脅。
[0061]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0062]進(jìn)一步，所述系統(tǒng)仿真模塊向網(wǎng)絡(luò)仿真模塊輸入仿真網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)、預(yù)設(shè)的告警信息傳播時延、預(yù)設(shè)的消息傳輸成功率和預(yù)設(shè)的傳輸成功消息所需傳輸時延的分布。
[0063]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，由系統(tǒng)仿真模塊向網(wǎng)絡(luò)仿真模塊輸入仿真網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)；告警信息傳播時延，即告警消息只有在指定時間內(nèi)到達(dá)節(jié)點(diǎn)才被視為有效的，任何超過時延的消息投遞都會因消息錯過最佳控制時間而被視為無效消息；消息傳輸成功率，從而使通信網(wǎng)絡(luò)仿真模塊可以以指定概率確定每次消息傳輸是否成功；傳輸成功消息所需傳輸時延的分布，確定投遞成功的消息是否超過傳輸時延，如果超過，則依然是不成功的投遞。
[0064]進(jìn)一步，所述網(wǎng)絡(luò)仿真模塊包括源節(jié)點(diǎn)處理模塊、傳輸模塊、成功選取模塊、判斷模塊、節(jié)點(diǎn)處理模塊和輸出模塊；
[0065]所述源節(jié)點(diǎn)處理模塊將對應(yīng)設(shè)備存在故障的一個節(jié)點(diǎn)作為源節(jié)點(diǎn)；
[0066]所述傳輸模塊根據(jù)源節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)度將告警信息發(fā)送到相關(guān)聯(lián)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)；
[0067]所述成功選取模塊根據(jù)消息傳輸成功率隨機(jī)從目標(biāo)節(jié)點(diǎn)中選取成功節(jié)點(diǎn)；
[0068]所述判斷模塊用于判斷傳輸告警信息的時間是否大于告警信息傳播時延，如果是，將所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)添加到未及時收到告警信息集合，并將未及時收到告警信息集合發(fā)送至輸出模塊；否則，將發(fā)送成功的成功節(jié)點(diǎn)按照傳輸時間從小到大排序存入消息傳輸事件列表，并將消息傳輸事件列表發(fā)送至節(jié)點(diǎn)處理模塊；
[0069]所述節(jié)點(diǎn)處理模塊按順序取消息傳輸事件列表中的每個成功節(jié)點(diǎn)，將此成功節(jié)點(diǎn)作為源節(jié)點(diǎn)，并將源節(jié)點(diǎn)的告警信息發(fā)至傳輸模塊，直至達(dá)到了預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)傳輸時間；
[0070]所述輸出模塊將未及時收到告警信息集合和初始源節(jié)點(diǎn)發(fā)送至系統(tǒng)仿真模塊。
[0071]節(jié)點(diǎn)度是指和該節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的邊的條數(shù)，即與該節(jié)點(diǎn)相連接的節(jié)點(diǎn)個數(shù)。
[0072]進(jìn)一步，所述系統(tǒng)仿真模塊包括系統(tǒng)判斷模塊和負(fù)載接收模塊；
[0073]所述系統(tǒng)判斷模塊用于判斷未及時收到告警信息集合是否為空，如果是，移除源節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的設(shè)備潮流狀態(tài)，輸出系統(tǒng)仿真模塊當(dāng)前潮流狀態(tài)，重新計(jì)算潮流值；否則，固定未及時收到告警信息集合中節(jié)點(diǎn)的潮流值并發(fā)送到負(fù)載接收模塊；
[0074]所述負(fù)載接收模塊接收外部輸入的多個設(shè)備的最大負(fù)載量和系統(tǒng)判斷模塊發(fā)送的節(jié)點(diǎn)的潮流值，重新計(jì)算潮流值。
[0075]仿真框架包括兩個子模塊，電力系統(tǒng)仿真模塊和電力通信網(wǎng)絡(luò)仿真模塊。兩個模塊分別用來仿真雙網(wǎng)絡(luò)中的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)和電力通信網(wǎng)絡(luò)。概括來說，兩個模塊之間有三種交互。首先，在框架建立之初，電力系統(tǒng)仿真模塊首先形成所要仿真的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)，之后根據(jù)電力傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浯_定電力通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模以及節(jié)點(diǎn)通信關(guān)系。在此之后的兩種交互體現(xiàn)了雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)下，兩個網(wǎng)絡(luò)的交互影響的行為。一方面，電力系統(tǒng)中電力設(shè)備將當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)情況(包括電流、電壓、相位等)報(bào)送給電力通信網(wǎng)絡(luò)中對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)判斷是否存在設(shè)備故障。如果存在故障則開始啟動告警信息的發(fā)送過程，并把消息傳輸?shù)淖罱K狀態(tài)反饋給電力系統(tǒng)仿真模塊。電力系統(tǒng)根據(jù)告警信息投遞成功與否確定下一輪迭代中設(shè)備應(yīng)該采取的動作:如果某個設(shè)備正常收到告警信息，則在下一輪電力系統(tǒng)運(yùn)算時則進(jìn)行相應(yīng)的處理，如降低電壓，電流等故障恢復(fù)動作；如果某個設(shè)備沒有收到告警信息，則意味著在下一輪電力系統(tǒng)運(yùn)算中不會對故障進(jìn)行處理，仍然保持原有的設(shè)備狀態(tài)。由此，根據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的告警信息投遞狀態(tài)，電力系統(tǒng)確定下一輪運(yùn)算的初始條件，再將運(yùn)算結(jié)果通知電力網(wǎng)絡(luò)仿真模塊，形成閉環(huán)循環(huán)迭代。迭代結(jié)束時，仿真框架將最終輸出新的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，即電網(wǎng)中新的電流、電壓、相角參數(shù)等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0076]圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例1所述的一種雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)協(xié)同仿真方法流程圖；
[0077]圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例1所述的一種雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)協(xié)同仿真方法中步驟4的詳細(xì)流程圖；
[0078]圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例1所述的一種雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)協(xié)同仿真方法中步驟5的詳細(xì)流程圖；
[0079]圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例2所述的一種雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)協(xié)同仿真系統(tǒng)框圖。
[0080]附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下:
[0081 ] 1、系統(tǒng)仿真模塊，11、系統(tǒng)判斷模塊，12、負(fù)載接收模塊，2、網(wǎng)絡(luò)仿真模塊，21、源節(jié)點(diǎn)處理模塊，22、傳輸模塊，23、成功選取模塊，24、判斷模塊，25、節(jié)點(diǎn)處理模塊，26、輸出模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0082]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0083]如圖1所示，為本發(fā)明具體實(shí)施例1所述的一種雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)協(xié)同仿真方法流程圖，具體包括以下步驟:
[0084]步驟1:構(gòu)建系統(tǒng)仿真模塊；
[0085]步驟2:系統(tǒng)仿真模塊根據(jù)所要仿真的傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確定網(wǎng)絡(luò)仿真模塊的規(guī)模及節(jié)點(diǎn)通信關(guān)系，建立網(wǎng)絡(luò)仿真模塊；
[0086]步驟3:系統(tǒng)仿真模塊中的多個設(shè)備將運(yùn)行狀態(tài)發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)仿真模塊中的對應(yīng)節(jié)
占.[0087]步驟4:通過網(wǎng)絡(luò)仿真模塊中的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)判斷系統(tǒng)仿真模塊中的對應(yīng)設(shè)備是否存在故障，如果是，發(fā)送未及時收到告警信息的節(jié)點(diǎn)集合和對應(yīng)存在故障的設(shè)備的源節(jié)點(diǎn)信息至系統(tǒng)仿真模塊，進(jìn)行步驟5 ;否則，進(jìn)行步驟6 ；
[0088]步驟5:系統(tǒng)仿真模塊判斷是否存在未及時收到告警信息的節(jié)點(diǎn)，如果是，接收設(shè)備最大負(fù)載值，重新計(jì)算潮流值，確定系統(tǒng)仿真模塊中的設(shè)備狀態(tài)，跳轉(zhuǎn)至步驟3 ;否則，移除初始故障設(shè)備，重新計(jì)算潮流值，確定系統(tǒng)仿真模塊中的設(shè)備狀態(tài)；
[0089]步驟6:輸出穩(wěn)態(tài)的系統(tǒng)仿真模塊中的多個設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)給用戶。
[0090]其中步驟2和步驟3之間，還設(shè)有步驟2.5:系統(tǒng)仿真模塊向網(wǎng)絡(luò)仿真模塊輸入仿真網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)、預(yù)設(shè)的告警信息傳播時延、預(yù)設(shè)的消息傳輸成功率和預(yù)設(shè)的傳輸成功消息所需傳輸時延的分布。
[0091]由系統(tǒng)仿真模塊向網(wǎng)絡(luò)仿真模塊輸入仿真網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)；告警信息傳播時延，即告警消息只有在指定時間內(nèi)到達(dá)節(jié)點(diǎn)才被視為有效的，任何超過時延的消息投遞都會因消息錯過最佳控制時間而被視為無效消息；消息傳輸成功率，從而使通信網(wǎng)絡(luò)仿真模塊可以以指定概率確定每次消息傳輸是否成功；傳輸成功消息所需傳輸時延的分布，確定投遞成功的消息是否超過傳輸時延，如果超過，則依然是不成功的投遞。
[0092]如圖2所示，所述步驟4中發(fā)送告警信息至系統(tǒng)仿真模塊中的對應(yīng)設(shè)備具體包括以下步驟:
[0093]步驟4.1:網(wǎng)絡(luò)仿真模塊中的對應(yīng)設(shè)備存在故障的一個節(jié)點(diǎn)作為源節(jié)點(diǎn)；
[0094]步驟4.2:根據(jù)源節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)度將告警信息發(fā)送到相關(guān)聯(lián)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)；
[0095]步驟4.3:根據(jù)消息傳輸成功率隨機(jī)從目標(biāo)節(jié)點(diǎn)中選取成功節(jié)點(diǎn)；[0096]步驟4.4:判斷傳輸告警信息的時間是否大于告警信息傳播時延，如果是，進(jìn)行步驟4.7 ;否則，進(jìn)行步驟4.5 ;
[0097]步驟4.5:將發(fā)送成功的成功節(jié)點(diǎn)按照傳輸時間從小到大排序存入消息傳輸事件列表；
[0098]步驟4.6:判斷是否達(dá)到了預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)傳輸時間，如果是，進(jìn)行步驟4.7 ;否則，按順序取消息傳輸事件列表中的一個成功節(jié)點(diǎn)，將此成功節(jié)點(diǎn)作為源節(jié)點(diǎn)，跳轉(zhuǎn)至步驟4.2 ；
[0099]步驟4.7:將所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)添加到未及時收到告警信息集合；
[0100]步驟4.8:網(wǎng)絡(luò)仿真模塊將未及時收到告警信息集合和步驟4.1中的源節(jié)點(diǎn)發(fā)送至系統(tǒng)仿真模塊。
[0101]節(jié)點(diǎn)度是指和該節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的邊的條數(shù)，即與該節(jié)點(diǎn)相連接的節(jié)點(diǎn)個數(shù)。
[0102]如圖3所示,所述步驟5具體包括以下步驟:
[0103]步驟5.1:判斷未及時收到告警信息集合是否為空，如果是，移除源節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的設(shè)備潮流狀態(tài)，進(jìn)行步驟5.2 ;否則，進(jìn)行步驟5.3 ；
[0104]步驟5.2:輸出系統(tǒng)仿真模塊當(dāng)前潮流狀態(tài)，重新計(jì)算潮流值；
[0105]步驟5.3:固定未及時收到告警信息集合中節(jié)點(diǎn)的潮流值，接收外部輸入的多個設(shè)備的最大負(fù)載量，重新計(jì)算潮流值；
[0106]步驟5.4:判斷是否存在故障設(shè)備，如果是，跳轉(zhuǎn)至步驟3 ;否則，跳轉(zhuǎn)至5.2。
[0107]如圖4所示，為本發(fā)明具體實(shí)施例2所述的一種雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)協(xié)同仿真系統(tǒng)，包括系統(tǒng)仿真模塊I和網(wǎng)絡(luò)仿真模塊2 ；
[0108]所述系統(tǒng)仿真模塊I根據(jù)所要仿真的傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確定網(wǎng)絡(luò)仿真模塊的規(guī)模及節(jié)點(diǎn)通信關(guān)系，建立網(wǎng)絡(luò)仿真模塊2 ;
[0109]所述系統(tǒng)仿真模塊I中包括多個設(shè)備，所述多個設(shè)備將運(yùn)行狀態(tài)發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)仿真模塊中的對應(yīng)節(jié)點(diǎn)；
[0110]所述網(wǎng)絡(luò)仿真模塊2中的節(jié)點(diǎn)同步對應(yīng)設(shè)備的狀態(tài)，并根據(jù)系統(tǒng)仿真模塊I中的設(shè)備故障發(fā)出告警信息，并將未及時收到告警信息的節(jié)點(diǎn)集合和對應(yīng)存在故障的設(shè)備的源節(jié)點(diǎn)信息發(fā)送系統(tǒng)仿真模塊I ;
[0111]所述系統(tǒng)仿真模塊I判斷是否存在未及時收到告警信息的節(jié)點(diǎn)，如果是，接收設(shè)備最大負(fù)載值，重新計(jì)算潮流值，確定系統(tǒng)仿真模塊I中的設(shè)備狀態(tài)；否則，移除初始故障設(shè)備，重新計(jì)算潮流值，確定系統(tǒng)仿真模塊I中的設(shè)備狀態(tài)；并將穩(wěn)態(tài)的系統(tǒng)仿真模塊I中的多個設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)輸出給用戶。
[0112]所述系統(tǒng)仿真模塊I向網(wǎng)絡(luò)仿真模塊輸入仿真網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)、預(yù)設(shè)的告警信息傳播時延、預(yù)設(shè)的消息傳輸成功率和預(yù)設(shè)的傳輸成功消息所需傳輸時延的分布。
[0113]由系統(tǒng)仿真模塊I向網(wǎng)絡(luò)仿真模塊2輸入仿真網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)；告警信息傳播時延，即告警消息只有在指定時間內(nèi)到達(dá)節(jié)點(diǎn)才被視為有效的，任何超過時延的消息投遞都會因消息錯過最佳控制時間而被視為無效消息；消息傳輸成功率，從而使通信網(wǎng)絡(luò)仿真模塊可以以指定概率確定每次消息傳輸是否成功；傳輸成功消息所需傳輸時延的分布，確定投遞成功的消息是否超過傳輸時延，如果超過，則依然是不成功的投遞。
[0114]所述網(wǎng)絡(luò)仿真模塊2包括源節(jié)點(diǎn)處理模塊21、傳輸模塊22、成功選取模塊23、判斷模塊24、節(jié)點(diǎn)處理模塊25和輸出模塊26 ；[0115]所述源節(jié)點(diǎn)處理模塊21將對應(yīng)設(shè)備存在故障的一個節(jié)點(diǎn)作為源節(jié)點(diǎn)；
[0116]所述傳輸模塊22根據(jù)源節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)度將告警信息發(fā)送到相關(guān)聯(lián)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)；
[0117]所述成功選取模塊23根據(jù)消息傳輸成功率隨機(jī)從目標(biāo)節(jié)點(diǎn)中選取成功節(jié)點(diǎn)；
[0118]所述判斷模塊24用于判斷傳輸告警信息的時間是否大于告警信息傳播時延，如果是，將所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)添加到未及時收到告警信息集合，并將未及時收到告警信息集合發(fā)送至輸出模塊26 ;否則，將發(fā)送成功的成功節(jié)點(diǎn)按照傳輸時間從小到大排序存入消息傳輸事件列表，并將消息傳輸事件列表發(fā)送至節(jié)點(diǎn)處理模塊25 ；
[0119]所述節(jié)點(diǎn)處理模塊25按順序取消息傳輸事件列表中的每個成功節(jié)點(diǎn)，將此成功節(jié)點(diǎn)作為源節(jié)點(diǎn)，并將源節(jié)點(diǎn)的告警信息發(fā)至傳輸模塊22，直至達(dá)到了預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)傳輸時間；
[0120]所述輸出模塊26將未及時收到告警信息集合和初始源節(jié)點(diǎn)發(fā)送至系統(tǒng)仿真模塊
Ιο
[0121]節(jié)點(diǎn)度是指和該節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的邊的條數(shù)，即與該節(jié)點(diǎn)相連接的節(jié)點(diǎn)個數(shù)。
[0122]所述系統(tǒng)仿真模塊1包括系統(tǒng)判斷模塊11和負(fù)載接收模塊12 ；
[0123]所述系統(tǒng)判斷模塊11用于判斷未及時收到告警信息集合是否為空，如果是，移除源節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的設(shè)備潮流狀態(tài)，輸出系統(tǒng)仿真模塊1當(dāng)前潮流狀態(tài)，重新計(jì)算潮流值；否則，固定未及時收到告警信息集合中節(jié)點(diǎn)的潮流值并發(fā)送到負(fù)載接收模塊12 ；
[0124]所述負(fù)載接收模塊12接收外部輸入的多個設(shè)備的最大負(fù)載量和系統(tǒng)判斷模塊發(fā)送的節(jié)點(diǎn)的潮流值，重新計(jì)算潮流值。
[0125]仿真框架包括兩個子模塊，電力系統(tǒng)仿真模塊和電力通信網(wǎng)絡(luò)仿真模塊。兩個模塊分別用來仿真雙網(wǎng)絡(luò)中的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)和電力通信網(wǎng)絡(luò)。概括來說，兩個模塊之間有三種交互。首先，在框架建立之初，電力系統(tǒng)仿真模塊首先形成所要仿真的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)，之后根據(jù)電力傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浯_定電力通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模以及節(jié)點(diǎn)通信關(guān)系。在此之后的兩種交互體現(xiàn)了雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)下，兩個網(wǎng)絡(luò)的交互影響的行為。一方面，電力系統(tǒng)中電力設(shè)備將當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)情況(包括電流、電壓、相位等)報(bào)送給電力通信網(wǎng)絡(luò)中對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)判斷是否存在設(shè)備故障。如果存在故障則開始啟動告警信息的發(fā)送過程，并把消息傳輸?shù)淖罱K狀態(tài)反饋給電力系統(tǒng)仿真模塊。電力系統(tǒng)根據(jù)告警信息投遞成功與否確定下一輪迭代中設(shè)備應(yīng)該采取的動作:如果某個設(shè)備正常收到告警信息，則在下一輪電力系統(tǒng)運(yùn)算時則進(jìn)行相應(yīng)的處理，如降低電壓，電流等故障恢復(fù)動作；如果某個設(shè)備沒有收到告警信息，則意味著在下一輪電力系統(tǒng)運(yùn)算中不會對故障進(jìn)行處理，仍然保持原有的設(shè)備狀態(tài)。由此，根據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的告警信息投遞狀態(tài)，電力系統(tǒng)確定下一輪運(yùn)算的初始條件，再將運(yùn)算結(jié)果通知電力網(wǎng)絡(luò)仿真模塊，形成閉環(huán)循環(huán)迭代。迭代結(jié)束時，仿真框架將最終輸出新的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，即電網(wǎng)中新的電流、電壓、相角參數(shù)等。
[0126]以下分通信網(wǎng)絡(luò)、電力網(wǎng)絡(luò)兩部分介紹所發(fā)明的協(xié)同仿真框架。
[0127]1.通信網(wǎng)絡(luò)仿真工具包(網(wǎng)絡(luò)仿真模塊)
[0128]如前所述，通信網(wǎng)絡(luò)仿真希望能夠屏蔽具體的協(xié)議和機(jī)制，S卩，不關(guān)心具體消息傳輸過程的細(xì)節(jié)，只關(guān)心信息傳輸成功率的統(tǒng)計(jì)特性。因此在仿真工具包的選擇上沒有普遍使用的工具，如NS2,0MNeT++等，而是選擇用于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析的NetworkX[l]。NetworkX是一種用于研究網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、變化的Python軟件包。[0129]基于NetworkX提供的網(wǎng)絡(luò)生成方法，將電力設(shè)備上掛載的IED看做通信節(jié)點(diǎn)，而與該通信節(jié)點(diǎn)有通信聯(lián)系的鏈接均被看做點(diǎn)與點(diǎn)之間的邊。之后根據(jù)電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間的通信關(guān)系確定仿真場景中節(jié)點(diǎn)的度分布(即，一個節(jié)點(diǎn)周圍鄰居節(jié)點(diǎn)的個數(shù))，從而根據(jù)節(jié)點(diǎn)的度分布函數(shù)生成通信網(wǎng)絡(luò)。
[0130]2.電力網(wǎng)絡(luò)仿真工具包(系統(tǒng)仿真模塊)
[0131]在選擇電力網(wǎng)絡(luò)仿真工具包時遵循兩個原則，首先是能夠運(yùn)行以潮流計(jì)算為基礎(chǔ)的電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析；其次是與通信網(wǎng)絡(luò)的NetworkX工具包具有一定的兼容性。依據(jù)這兩個原則，選取PYP0WER[2]作為電力網(wǎng)絡(luò)仿真工具包。
[0132]一方面，PYPOffER完全繼承了潮流計(jì)算領(lǐng)域最流行的Matpower [3]軟件包在電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析上的計(jì)算能力；另一方面，由于PYP0WER使用Python語言開發(fā)，與同樣是基于Python語言編程實(shí)現(xiàn)的NetworkX軟件包易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。
[0133]電力網(wǎng)絡(luò)的生成方法有兩類:第一類，PYP0WER可以直接讀取電網(wǎng)系統(tǒng)通用的IEEE Test Case作為測試用例，從而導(dǎo)入相應(yīng)的電網(wǎng)拓?fù)?；第二類，作為Matpower的Python版本，PYP0WER完全保持了 Matpower對于導(dǎo)入的電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)描述方法。用戶可以按照PYP0WER接收的數(shù)據(jù)格式要求，將定制化的電力系統(tǒng)進(jìn)行描述，之后載入PYP0WER進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)潮流分析。
[0134]同時，由于通信網(wǎng)絡(luò)(由掛載的IED組成)的節(jié)點(diǎn)與電網(wǎng)系統(tǒng)的電力設(shè)備 對應(yīng)，因此在仿真框架中，載入了電力網(wǎng)絡(luò)也同時確定了通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量。至于通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?，則又通信網(wǎng)絡(luò)仿真工具包NetworkX根據(jù)節(jié)點(diǎn)之間的度分布生成。
[0135]雙網(wǎng)絡(luò)耦合系統(tǒng)仿真過程
[0136]雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)的仿真過程體現(xiàn)在兩種場景下:系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)故障運(yùn)行狀態(tài)。
[0137]①系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)。在系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)，通信網(wǎng)絡(luò)只是周期性的采集電力電子設(shè)備參數(shù)，因而在通信網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的是周期性的網(wǎng)絡(luò)流量。由于在這種監(jiān)測場景中沒有任何設(shè)備控制動作，因而即便出現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸失敗對系統(tǒng)穩(wěn)定性也沒有任何影響。故系統(tǒng)的正常運(yùn)行狀態(tài)不在本框架的仿真場景范圍內(nèi)。
[0138]②系統(tǒng)故障運(yùn)行狀態(tài)。與系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)不同，系統(tǒng)故障運(yùn)行狀態(tài)時電網(wǎng)系統(tǒng)要根據(jù)通信系統(tǒng)的指令完成各種控制動作，因此故障狀態(tài)中的系統(tǒng)行為才最能反映雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性能，進(jìn)而體現(xiàn)整個耦合雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)可靠性。本仿真框架的重點(diǎn)也是在完成對系統(tǒng)故障狀態(tài)的模擬。
[0139]系統(tǒng)出現(xiàn)故障可能有兩種情況，一種是故障首先發(fā)生在電力設(shè)備上，之后設(shè)備告警信息在通信網(wǎng)絡(luò)中傳輸；另一種是故障肇始于通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸失敗(傳輸時延超過閾值，或者信道故障)，導(dǎo)致電力設(shè)備由于沒有受到動作命令而無法協(xié)調(diào)一致。不失一般性的，在接下來的仿真算法設(shè)計(jì)中，假設(shè)故障首先發(fā)生在電力網(wǎng)絡(luò)中。電力設(shè)備故障將首先被電力設(shè)備上附帶的IED所捕獲，之后該IED按照之前設(shè)定的消息傳輸路徑在通信網(wǎng)絡(luò)首先發(fā)起告警信息傳播。
[0140]具體的故障情況下通信網(wǎng)絡(luò)與電力網(wǎng)絡(luò)的仿真算法如下表1，表2所示。
[0141]根據(jù)表I所示的算法，仿真步驟如下:
[0142]1.生成待仿真的電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)生成方法有兩類，第一類，PYP0WER可以直接讀取電網(wǎng)系統(tǒng)通用的IEEE Test Case作為測試用例，從而導(dǎo)入相應(yīng)的電網(wǎng)拓?fù)洌坏诙?，用戶可以按照PYPOWER定義的電力數(shù)據(jù)格式，將待仿真的電力系統(tǒng)進(jìn)行描述，之后載入PYPOWER進(jìn)行電力系統(tǒng)構(gòu)建。
[0143]2.對應(yīng)1生成的電力系統(tǒng)構(gòu)建電力通信網(wǎng)絡(luò)。在生成對應(yīng)的電力通信網(wǎng)絡(luò)時，需要輸入四個變量:
[0144]a.由電力系統(tǒng)仿真模塊向電力網(wǎng)絡(luò)仿真模塊輸入仿真網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)；
[0145]b.告警信息傳播時延，即告警消息只有在指定時間內(nèi)到達(dá)節(jié)點(diǎn)才被視為有效的，任何超過時延的消息投遞都會因消息錯過最佳控制時間而被視為無效消息；
[0146]c.每次消息投遞的成功率，從而使通信網(wǎng)絡(luò)仿真模塊可以以指定概率確定每次消息傳輸是否成功；
[0147]d.投遞成功消息所需傳輸時延的分布，確定投遞成功的消息是否超過傳輸時延，如果超過，則依然是不成功的投遞。
[0148]3.通信網(wǎng)絡(luò)模塊進(jìn)入告警信息迭代過程。電力通信網(wǎng)絡(luò)仿真模塊所示:
[0149]a、從網(wǎng)絡(luò)中任意取出第一個告警源，根據(jù)告警源的節(jié)點(diǎn)度確定第一次告警信息投遞的目標(biāo)，并根據(jù)告警信息傳輸成功率從投遞目標(biāo)中隨機(jī)選取發(fā)送成功的節(jié)點(diǎn)；
[0150]b、根據(jù)投遞成功消息的傳輸時延分布隨機(jī)生成發(fā)送成功節(jié)點(diǎn)收到告警消息所用時間，并將其按時間先后順序放入消息傳輸事件列表；
[0151]c、在當(dāng)前時間小于告警傳播時延的條件下，依次彈出與當(dāng)前時間點(diǎn)最近的消息傳輸，并將該消息傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)作為告警源，重復(fù)生成以該節(jié)點(diǎn)為告警源的消息投遞序列，也依時間順序加入消息傳輸事件列表，迭代重復(fù)a、b、c，直至到達(dá)告警傳播時延，告警傳播時延由用戶自行輸入；
[0152]d、當(dāng)?shù)竭_(dá)告警傳播時延，至此則表示告警消息傳輸過程全部完成，仿真模塊輸出收到告警信息的節(jié)點(diǎn)集，和未及時收到告警信息的節(jié)點(diǎn)集。
[0153]表1通信網(wǎng)絡(luò)告警信息傳遞算法
[0154]
【權(quán)利要求】
1.一種雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)協(xié)同仿真方法，其特征在于，具體包括以下步驟:步驟1:構(gòu)建系統(tǒng)仿真模塊；步驟2:系統(tǒng)仿真模塊根據(jù)所要仿真的傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確定網(wǎng)絡(luò)仿真模塊的規(guī)模及節(jié)點(diǎn)通信關(guān)系，建立網(wǎng)絡(luò)仿真模塊；步驟3:系統(tǒng)仿真模塊中的多個設(shè)備將運(yùn)行狀態(tài)發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)仿真模塊中的對應(yīng)節(jié)點(diǎn)；步驟4:通過網(wǎng)絡(luò)仿真模塊中的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)判斷系統(tǒng)仿真模塊中的對應(yīng)設(shè)備是否存在故障，如果是，發(fā)送未及時收到告警信息的節(jié)點(diǎn)集合和對應(yīng)存在故障的設(shè)備的源節(jié)點(diǎn)信息至系統(tǒng)仿真模塊，進(jìn)行步驟5 ;否則，進(jìn)行步驟6 ；步驟5:系統(tǒng)仿真模塊判斷是否存在未及時收到告警信息的節(jié)點(diǎn)，如果是，接收設(shè)備最大負(fù)載值，重新計(jì)算潮流值，確定系統(tǒng)仿真模塊中的設(shè)備狀態(tài)，跳轉(zhuǎn)至步驟3 ;否則，移除初始故障設(shè)備，重新計(jì)算潮流值，確定系統(tǒng)仿真模塊中的設(shè)備狀態(tài)；步驟6:輸出穩(wěn)態(tài)的系統(tǒng)仿真模塊中的多個設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)給用戶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)協(xié)同仿真方法，其特征在于，所述步驟2與步驟3之間還存在步驟2.5 ；步驟2.5:系統(tǒng)仿真模塊向網(wǎng)絡(luò)仿真模塊輸入仿真網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)、預(yù)設(shè)的告警信息傳播時延、預(yù)設(shè)的消息傳輸成功率和預(yù)設(shè)的傳輸成功消息所需傳輸時延的分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)協(xié)同仿真方法，其特征在于，所述步驟4中發(fā)送告警信息至系統(tǒng)仿真模塊中的對應(yīng)設(shè)備具體包括以下步驟:步驟4.1:網(wǎng)絡(luò)仿真模塊中`的對應(yīng)設(shè)備存在故障的一個節(jié)點(diǎn)作為源節(jié)點(diǎn)；步驟4.2:根據(jù)源節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)度將告警信息發(fā)送到相關(guān)聯(lián)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)；步驟4.3:根據(jù)消息傳輸成功率隨機(jī)從目標(biāo)節(jié)點(diǎn)中選取成功節(jié)點(diǎn)；步驟4.4:判斷傳輸告警信息的時間是否大于告警信息傳播時延，如果是，進(jìn)行步驟4.7;否則，進(jìn)行步驟4.5;步驟4.5:將發(fā)送成功的成功節(jié)點(diǎn)按照傳輸時間從小到大排序存入消息傳輸事件列表;步驟4.6:判斷是否達(dá)到了預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)傳輸時間，如果是，進(jìn)行步驟4.7 ;否則，按順序取消息傳輸事件列表中的一個成功節(jié)點(diǎn)，將此成功節(jié)點(diǎn)作為源節(jié)點(diǎn)，跳轉(zhuǎn)至步驟4.2 ；步驟4.7:將所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)添加到未及時收到告警信息集合；步驟4.8:網(wǎng)絡(luò)仿真模塊將未及時收到告警信息集合和步驟4.1中的源節(jié)點(diǎn)發(fā)送至系統(tǒng)仿真模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)協(xié)同仿真方法，其特征在于，所述步驟5具體包括以下步驟:步驟5.1:判斷未及時收到告警信息集合是否為空，如果是，移除源節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的設(shè)備潮流狀態(tài)，進(jìn)行步驟5.2 ;否則，進(jìn)行步驟5.3 ；步驟5.2:輸出系統(tǒng)仿真模塊當(dāng)前潮流狀態(tài)，重新計(jì)算潮流值；步驟5.3:固定未及時收到告警信息集合中節(jié)點(diǎn)的潮流值，接收外部輸入的多個設(shè)備的最大負(fù)載量，重新計(jì)算潮流值；步驟5.4:判斷是否存在故障設(shè)備，如果是，跳轉(zhuǎn)至步驟3 ;否則，跳轉(zhuǎn)至5.2。
5.—種雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)協(xié)同仿真系統(tǒng)，包括系統(tǒng)仿真模塊和網(wǎng)絡(luò)仿真模塊；所述系統(tǒng)仿真模塊根據(jù)所要仿真的傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確定網(wǎng)絡(luò)仿真模塊的規(guī)模及節(jié)點(diǎn)通信關(guān)系，建立網(wǎng)絡(luò)仿真模塊； 所述系統(tǒng)仿真模塊中包括多個設(shè)備，所述多個設(shè)備將運(yùn)行狀態(tài)發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)仿真模塊中的對應(yīng)節(jié)點(diǎn)； 所述網(wǎng)絡(luò)仿真模塊中的節(jié)點(diǎn)同步對應(yīng)設(shè)備的狀態(tài)，并根據(jù)系統(tǒng)仿真模塊中的設(shè)備故障發(fā)出告警信息，并將未及時收到告警信息的節(jié)點(diǎn)集合和對應(yīng)存在故障的設(shè)備的源節(jié)點(diǎn)信息發(fā)送系統(tǒng)仿真模塊； 所述系統(tǒng)仿真模塊判斷是否存在未及時收到告警信息的節(jié)點(diǎn)，如果是，接收設(shè)備最大負(fù)載值，重新計(jì)算潮流值，確定系統(tǒng)仿真模塊中的設(shè)備狀態(tài)；否則，移除初始故障設(shè)備，重新計(jì)算潮流值，確定系統(tǒng)仿真模塊中的設(shè)備狀態(tài)；并將穩(wěn)態(tài)的系統(tǒng)仿真模塊中的多個設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)輸出給用戶。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)協(xié)同仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)仿真模塊向網(wǎng)絡(luò)仿真模塊輸入仿真網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)、預(yù)設(shè)的告警信息傳播時延、預(yù)設(shè)的消息傳輸成功率和預(yù)設(shè)的傳輸成功消息所需傳輸時延的分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)協(xié)同仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)仿真模塊包括源節(jié)點(diǎn)處理模塊、傳輸模塊、成功選取模塊、判斷模塊、節(jié)點(diǎn)處理模塊和輸出豐吳塊； 所述源節(jié)點(diǎn)處理模塊將對應(yīng)設(shè)備存在故障的一個節(jié)點(diǎn)作為源節(jié)點(diǎn)； 所述傳輸模塊根據(jù)源節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)度將告警信息發(fā)送到相關(guān)聯(lián)的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)； 所述成功選取模塊根據(jù)消息傳輸成功率隨機(jī)從目標(biāo)節(jié)點(diǎn)中選取成功節(jié)點(diǎn)； 所述判斷模塊用于判斷傳輸告警信息的時間是否大于告警信息傳播時延，如果是，將所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)添加到未及時收到告警信息集合，并將未及時收到告警信息集合發(fā)送至輸出模塊；否則，將發(fā)送成功的成功節(jié)點(diǎn)按照傳輸時間從小到大排序存入消息傳輸事件列表，并將消息傳輸事件列表發(fā)送至節(jié)點(diǎn)處理模塊； 所述節(jié)點(diǎn)處理模塊按順序取消息傳輸事件列表中的每個成功節(jié)點(diǎn)，將此成功節(jié)點(diǎn)作為源節(jié)點(diǎn)，并將源節(jié)點(diǎn)的告警信息發(fā)至傳輸模塊，直至達(dá)到了預(yù)設(shè)的節(jié)點(diǎn)傳輸時間； 所述輸出模塊將未及時收到告警信息集合和初始源節(jié)點(diǎn)發(fā)送至系統(tǒng)仿真模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種雙網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)協(xié)同仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)仿真模塊包括系統(tǒng)判斷模塊和負(fù)載接收模塊； 所述系統(tǒng)判斷模塊用于判斷未及時收到告警信息集合是否為空，如果是，移除源節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的設(shè)備潮流狀態(tài)，輸出系統(tǒng)仿真模塊當(dāng)前潮流狀態(tài)，重新計(jì)算潮流值；否則，固定未及時收到告警信息集合中節(jié)點(diǎn)的潮流值并發(fā)送到負(fù)載接收模塊； 所述負(fù)載接收模塊接收外部輸入的多個設(shè)備的最大負(fù)載量和系統(tǒng)判斷模塊發(fā)送的節(jié)點(diǎn)的潮流值，重新計(jì)算潮流值。
【文檔編號】G06F9/455GK103729232SQ201310680486
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】蘆翔, 孫利民, 朱紅松, 周新運(yùn), 呂世超, 潘磊 申請人:中國科學(xué)院信息工程研究所