[發(fā)明專利]考慮實時控制的電力信息物理系統(tǒng)仿真平臺協(xié)調(diào)控制方法

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• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107483273A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳在軍;成晟;周力;竇曉波;顧偉
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司32206
• 代理人: 蔣昱

1.考慮實時控制的電力信息物理系統(tǒng)仿真平臺協(xié)調(diào)控制方法，包括如下步驟，其特征在于：

（1）采用實時仿真器OPAL-RT和OPNET軟件對電力系統(tǒng)和通信系統(tǒng)進行建模；根據(jù)建立的電力網(wǎng)絡(luò)仿真模型和信息網(wǎng)絡(luò)仿真模型，基于以太網(wǎng)設(shè)計二者的實時聯(lián)合仿真架構(gòu)；

（2）考慮電力系統(tǒng)實時控制的特點，建立仿真架構(gòu)中電力仿真網(wǎng)絡(luò)與信息仿真網(wǎng)絡(luò)之間基于數(shù)據(jù)采樣整合、數(shù)據(jù)匹配映射、數(shù)據(jù)回調(diào)和數(shù)據(jù)分配的協(xié)調(diào)控制模型；

（3）使用虛擬量測的方法，將所建立的協(xié)調(diào)控制模型分解為量測設(shè)備、匹配映射模型和通信終端三個子模型分別實現(xiàn)，并融合于電力系統(tǒng)和信息系統(tǒng)仿真模型中。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮實時控制的電力信息物理系統(tǒng)仿真平臺協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于：

所述步驟（1）包括：

（a）在實時仿真器OPAL-RT的上位機軟件RT-LAB中搭建基于Simulink的電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)模型，將電力線路、基本元件和控制設(shè)備等模型以C語言的方式導(dǎo)入OPAL-RT中，建立電力仿真網(wǎng)絡(luò)Node 1～N，以套接字Socket的方式通過以太網(wǎng)與OPNET主機交互數(shù)據(jù)，套接字Socket功能由RT-LAB模型庫的三個子模塊實現(xiàn)，分別是負責(zé)數(shù)據(jù)控制的OpIPSocketCtrl模塊、負責(zé)數(shù)據(jù)接收的OpAsyncRecv和負責(zé)數(shù)據(jù)發(fā)送的OpAsyncSend模塊；

（b）在OPNET軟件中從信息網(wǎng)絡(luò)的進程、節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)三個層次對電力通信網(wǎng)絡(luò)進行分層建模，通信網(wǎng)絡(luò)元件包括路由器、通信主機和對外接口SITL模塊，建立信息仿真網(wǎng)絡(luò)Node 1～N，對信息網(wǎng)絡(luò)中的不同節(jié)點進行基于C語言的詳細建模，與基于C語言的OPAL-RT仿真機制實現(xiàn)兼容，利用SITL接口模塊作為OPNET主機與OPAL-RT的交互接口，對于OPAL-RT到OPNET方向的數(shù)據(jù)，SITL接口模塊利用網(wǎng)絡(luò)抓包工具進行數(shù)據(jù)過濾，將OPAL-RT傳來的真實數(shù)據(jù)包截獲，并根據(jù)SITL 標(biāo)準(zhǔn)的檢測/轉(zhuǎn)換函數(shù)，將其轉(zhuǎn)換成虛擬的仿真包，以在OPNET 主程序中進行仿真；對于OPNET到OPAL-RT方向的數(shù)據(jù)，SITL接口模塊利用網(wǎng)絡(luò)抓包工具進行數(shù)據(jù)過濾，將OPNET傳來的真實數(shù)據(jù)包截獲，使用檢測/轉(zhuǎn)換函數(shù)將OPNET發(fā)出的虛擬仿真包轉(zhuǎn)換成真實的數(shù)據(jù)包；

（c）根據(jù)OPAL-RT仿真器和OPNET軟件對外接口的特點，設(shè)計基于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交互的實時仿真架構(gòu)，仿真架構(gòu)由三部分組成，包括電力仿真網(wǎng)絡(luò)、通信仿真網(wǎng)絡(luò)和協(xié)調(diào)控制模型，使用局域網(wǎng)技術(shù)將電力仿真主機OPAL-RT和通信仿真主機OPNET通過交換機聯(lián)接為完整的仿真平臺，通過調(diào)節(jié)OPAL-RT和OPNET軟件的時間因數(shù)參數(shù)為1，使得電力和信息通信仿真軟件都能夠相對物理世界時間實時運行，即與物理時間同步，從而實現(xiàn)仿真平臺精確的實時仿真。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮實時控制的電力信息物理系統(tǒng)仿真平臺協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于：

所述步驟（2）包括：

（a）根據(jù)實際含實時控制功能的電力信息物理系統(tǒng)，確定電力系統(tǒng)實時控制的數(shù)據(jù)交互業(yè)務(wù)形式，該業(yè)務(wù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容包括同一時間斷面的電力系統(tǒng)運行參數(shù)和電力設(shè)備控制參數(shù)，交互頻率高達到100Hz以上，電力節(jié)點和通信節(jié)點的對應(yīng)關(guān)系為多對多鏈接關(guān)系，業(yè)務(wù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流通過以太網(wǎng)進行傳遞；

（b）基于電力仿真器OPAL-RT和通信仿真主機OPNET的以太網(wǎng)交互接口，使用模塊化建模的方法設(shè)計數(shù)據(jù)交互的協(xié)調(diào)控制模型，將該模型分解四個子模型實現(xiàn)，四個子模型的功能分別為數(shù)據(jù)采樣整合、數(shù)據(jù)匹配映射、數(shù)據(jù)回調(diào)和數(shù)據(jù)分配，其中數(shù)據(jù)采樣整合功能具體為采集電力網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點的電壓、功率等仿真數(shù)據(jù)，并進行整合打包，以套接字Socket的方式通過以太網(wǎng)跟OPNET主機進行數(shù)據(jù)交互；數(shù)據(jù)匹配映射功能具體為將來自SITL接口模塊的整合數(shù)據(jù)進行分解，并發(fā)送至相應(yīng)的信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；數(shù)據(jù)回調(diào)功能具體為收集各個信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的仿真結(jié)果并返回給SITL接口模塊；數(shù)據(jù)分配功能具體為將接收到的OPNET主機信息網(wǎng)絡(luò)仿真數(shù)據(jù)分配給相應(yīng)的電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，考慮到電力系統(tǒng)實時控制業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)交互形式，實現(xiàn)整個協(xié)調(diào)控制過程的四個子模型的功能只需使用一個SITL接口模塊以及與之相配的網(wǎng)絡(luò)適配器資源。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的考慮實時控制的電力信息物理系統(tǒng)仿真平臺協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于：所述步驟（3）中電力系統(tǒng)運行參數(shù)包括電壓、功率和頻率。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮實時控制的電力信息物理系統(tǒng)仿真平臺協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于：

所述步驟（3）包括：

（a）協(xié)調(diào)控制模型的量測設(shè)備子模型在電力網(wǎng)絡(luò)中建模，使用虛擬量測設(shè)備的建模方法，每個電力節(jié)點都配置一個RT-LAB模型庫的電氣參數(shù)測量模塊，同時每個節(jié)點的測量模塊配置唯一的ID信息，并且將所有電氣參數(shù)測量模塊的輸出作為電力仿真網(wǎng)絡(luò)套接字Socket交互接口的輸入，節(jié)點的電氣參數(shù)測量模塊和套接字Socket接口共同組成了電力節(jié)點的量測設(shè)備模型，其中，套接字Socket接口功能由RT-LAB模型庫的三個子模塊實現(xiàn)，分別是負責(zé)數(shù)據(jù)控制的OpIPSocketCtrl模塊、負責(zé)數(shù)據(jù)接收的OpAsyncRecv和負責(zé)數(shù)據(jù)發(fā)送的OpAsyncSend模塊，通過C語言編寫負責(zé)數(shù)據(jù)控制的OpIPSocketCtrl模塊的配置程序，實現(xiàn)符合電力系統(tǒng)實時控制業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)采樣整合和數(shù)據(jù)分配功能，數(shù)據(jù)采樣整合的配置程序中定義的每個節(jié)點交互數(shù)據(jù)內(nèi)容包括量測設(shè)備的ID信息，發(fā)送數(shù)據(jù)的序號信息，源、目的節(jié)點量測設(shè)備的ID信息，電力參數(shù)測量值和控制參數(shù)，所有節(jié)點的數(shù)據(jù)整合在一個數(shù)據(jù)包中發(fā)送，數(shù)據(jù)分配的配置程序中根據(jù)量測設(shè)備的ID信息將接收到的數(shù)據(jù)分配給各個電力節(jié)點；

（b）協(xié)調(diào)控制模型的通信終端子模型在通信網(wǎng)絡(luò)中建模，是根據(jù)OPNET軟件ethernet模型庫中的ethernet_wkstn模型自定義設(shè)計的，由于該模型本身不支持OPNET通信仿真網(wǎng)絡(luò)外的自定義數(shù)據(jù)收發(fā)，因此在該模型的節(jié)點域UDP模塊的上層增加to_sitl自定義應(yīng)用層模塊及相應(yīng)的C語言配置程序，以實現(xiàn)跟匹配映射子模塊之間自定義數(shù)據(jù)的收發(fā)功能，每個通信終端都與一個量測設(shè)備對應(yīng)，配置唯一的IP地址，其中，通信終端子模型的配置程序包括兩部分功能：

1）通信終端接收到匹配映射子模型分解的數(shù)據(jù)包后根據(jù)包內(nèi)數(shù)據(jù)段的源、目的節(jié)點IP地址執(zhí)行端對端通信仿真；

2）通信終端接收到來自其他通信終端發(fā)送的端對端通信仿真數(shù)據(jù)后通過中斷函數(shù)回調(diào)的方式傳遞給匹配映射子模塊，根據(jù)數(shù)據(jù)中的IP信息，按照預(yù)先設(shè)置的IP到ID信息的轉(zhuǎn)換表實現(xiàn)通信終端到對應(yīng)的量測設(shè)備，IP到ID信息的映射鏈接的轉(zhuǎn)換，這部分功能對應(yīng)數(shù)據(jù)回調(diào)；

（c）協(xié)調(diào)控制模型的匹配映射子模型在通信網(wǎng)絡(luò)中建模，是基于ethernet_wkstn模型自定義設(shè)計的，在該模型的節(jié)點域UDP模塊的上層增加match自定義應(yīng)用層模塊及相應(yīng)的C語言配置程序，匹配映射子模型的配置程序包括兩部分功能：

1）匹配映射子模型接收到來自SITL接口模塊的整合仿真數(shù)據(jù)包后按照節(jié)點進行數(shù)據(jù)分解，根據(jù)包內(nèi)數(shù)據(jù)段預(yù)先設(shè)定的量測設(shè)備ID和源、目的量測設(shè)備ID信息，按照預(yù)先設(shè)定的ID到IP信息的轉(zhuǎn)換表，實現(xiàn)量測設(shè)備到對應(yīng)的通信終端，ID到IP信息的映射鏈接的轉(zhuǎn)換，通過函數(shù)中斷的方式，將分解的數(shù)據(jù)包傳遞給各個通信終端的to_sitl自定義應(yīng)用層模塊，這部分功能對應(yīng)數(shù)據(jù)匹配映射；

2）匹配映射子模塊接收到各通信終端to_sitl自定義應(yīng)用層模塊通過中斷函數(shù)回調(diào)傳遞的數(shù)據(jù)后，打包成符合量測設(shè)備中套接字Socket接口定義的包格式的仿真數(shù)據(jù)包，發(fā)送給SITL接口模塊。