[發明專利]一種雙網絡耦合結構協同仿真方法及系統

有效

• 申請號: 201310680486.3
• 申請日: 2013-12-11
• 公開（公告）號: CN103729232B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 蘆翔;孫利民;朱紅松;周新運;呂世超;潘磊
• 申請（專利權）人: 中國科學院信息工程研究所
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455;G06F17/50
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司11212
• 代理人: 楊立

技術領域

本發明涉及一種雙網絡耦合結構協同仿真方法及系統。

背景技術

智能電網(Smart?Grid)是一種新興技術，代表了一種全新的能源管理模式。它建立在集成的、高速雙向通信網絡的基礎上，通過將信息技術植入傳統電力基礎設施的方式，在電力基礎設施上廣泛引入先進的傳感和測量技術，先進的控制方法以及先進的決策支持系統技術，實現了電力設備之間的無縫互聯，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用可以廣泛的使用在智能電網中。使得智能電網在系統故障后自愈能力、抵御自然災害和外力破壞能力、優化配置資源能力，兼容多種能源形式能力，促進用戶互動式地參與電力調度管理能力等多個方面體現出了不同于傳統電網的獨特性能，進而顯著提高了電力系統的有效性，靈活性，智能化，和可靠性。

智能電網獨特的雙網絡耦合結構：智能電網除了在系統管控、用戶參與度、應對故障和攻擊能力上的獨特優勢之外，從系統體系結構的角度上講，它還擁有一個顯著的，不同于傳統信息通信系統的顯著特征，即，相互耦合、互相依賴的通信網絡和電力傳輸網絡共同構成了智能電網系統。

由于電網系統是一個橫跨發輸變配用各個環節的龐大而又復雜的系統，其中包含了各種各樣的電力電子設備，比如各級變壓器，各種電流電壓互感器等等。為實現對大規模電網運行狀態的實時監測，在目前的智能電網系統建設實踐中，普遍使用的方式是將大量的智能化電動裝置(IED,Intelligent?Electronic?Device)作為電力設備控制器與電力電子設備互連。由此，具有一定通信和計算功能的IED設備成為了電力設備的控制裝置，既可以采集設備的實時運行狀態并通過有線或無線通信模塊進行遠程傳送，又可以作為設備的代理(Agent)接收遠程的控制命令，從而借助必要的通信設備，如路由器、交換機等，與其他相關電力裝置或者遠程控制中心構成雙向的信息傳送通道。進一步，總整體角度來看，通過掛載的IED設備，電網系統中的各種電力設備可以實現互聯，從而形成一張由IED為基本通信節點的電力通信網絡。

從體系結構的角度上看，電力通信網絡橫跨在原有的電網系統的電力傳送網絡之上，承擔著對電力傳送網絡運行狀態進行監測和控制的作用。如此，智能電網系統中形成了兩張網絡：處于底層的是原有的電力輸送網絡，包括高壓的電力傳輸網絡，以及中低壓的配電網絡；處于上層的，由電力設備掛載的IED組成的通信網絡。

從兩種網絡的關系上看，電力通信網絡和電力傳送網絡是相互耦合而又相互依賴的。一方面，電力網絡為通信網絡的設備，如IED，路由器、交換機等提供正常工作所需的電力；另一方面通信網絡則作為信息分發的基礎設施為電力網絡投遞控制命令和傳送設備狀態運行參數。

由此，相互耦合、互相依賴的電力通信網絡與電力網絡一起構成了智能電網最重要的系統組件。

雙網絡耦合結構帶來的系統可靠性挑戰

在電力通信網絡為智能電網的管理、控制、監測帶來巨大便利的同時，雙層耦合網絡結構也為電網系統的穩定性與可靠性帶來了新的挑戰。原有的電力系統可靠性理論和方法因沒有把通信系統的信息傳輸可靠性加以考慮，因而難以適用于智能電網的可靠性分析。例如，在電力通信網絡中，信息傳輸的時延要求近乎苛刻，當存在傳輸超時時，系統將視超時傳輸的消息為無效消息，從而導致相應的電網控制命令難以產生實際的設備控制結果，進而引起電力系統故障。由此可見，通信網絡的引入將大大改變原有的電力系統可靠性、穩定性分析。同樣地，原有的通信系統的可靠性分析由于沒有體現電力傳輸的客觀規律，因此也難以適用于智能電網。

作為大規模復雜系統可靠性研究的重要手段，系統仿真在量化評估智能電網雙網絡耦合情況下的系統可靠性上起著無以替代的作用。首先，系統的可靠性研究需要構建大規模的，與真實環境相似度較高的系統環境，從而確認研究結果的有效性。但是，對于電網這種關系國計民生的關鍵基礎設施，從技術和安全上考慮直接進行電力試驗的可能性很小，因此需要構造系統的仿真環境進行相關的系統實驗。由此，能夠全面反映智能電網雙網絡耦合結構的仿真系統便更為重要。其次，要研究通信網絡與電力傳輸網絡的這種獨特的耦合結構，需要對智能電網系統行為進行細致的觀察，從而發現關鍵的系統建模參數。從這個角度上來講，一套貼近真實系統的仿真環境也極具研究價值。

現有技術：