[發明專利]一種基于原始套接字的電力信息物理系統實時仿真平臺的實現方法

有效

• 申請號: 202010030932.6
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111190357B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 吳在軍;茅明明;成晟;全相軍;胡秦然;竇曉波
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

1.一種基于原始套接字的電力信息物理系統實時仿真平臺的實現方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)采用實時仿真器OPAL-RT和OPNET軟件分別對電力系統和通信系統進行建模，構建實時混合仿真架構；具體包括如下步驟：

(11)在實時仿真器OPAL-RT的上位機軟件RT-LAB中搭建基于Simulink的電力系統電磁暫態模型，OPAL-RT以異步通信的方式通過以太網與OPNET主機交互數據，異步通信功能由RT-LAB模型庫的三個子模塊實現，分別是負責數據控制的OpAsyncCenCtrl模塊、負責數據接收的OpAsyncRecv和負責數據發送的OpAsyncSend模塊；

(12)于LINUX操作系統中，在OPNET軟件中從信息網絡的進程層、節點層和網絡層這三個層次對電力通信網絡進行分層建模；根據IEC61850標準，對信息網絡中的不同IED節點進行基于C語言的詳細建模，利用SITL接口模塊作為OPNET主機與OPAL-RT的交互接口；SITL接口模塊在內存上開辟緩存區用于緩沖數據，它的時延由隊列時延和轉換時延兩部分組成；OPNET在LINUX操作系統上運行能夠準確地模擬電力系統和通信系統的交互作用；

(13)電力信息物理系統仿真平臺存在固有時延；固有時延T與平臺的硬件設備有關，表示為：

T＝t_proc+t_line+t_queue+t_trans+t_s

其中，t_proc表示數據處理時延，t_line表示線路時延，t_queue表示操作系統時延、t_trans表示SITL隊列時延，t_s表示SITL轉換時延；

(2)遵循IEC61850標準的智能變電站過程層-間隔層通信機制，構建仿真架構中實時保證的通信服務映射機制；

(3)構建基于原始套接字的異步數據交互機制，減小實時混合仿真平臺的固有時延；具體包括如下步驟：

(31)遵循IEC61850標準，構建基于原始套接字的異步通信數據交互機制；OPAL-RT與OPNET之間的數據交互采用IEEE802.1Q協議，通過原始套接字socket(AF_PACKET，SOCK_RAW，int protocol)，直接控制網絡核心收發數據包，將電力系統數據發送至OPNET所在主機的網卡；OPNET主機關斷防火墻和其他網絡適配器，網卡收到的真實數據包經過操作系統，傳輸至SITL接口進行檢測/轉換，變成虛擬的數據包，在OPNET主程序中進行仿真；

(32)編寫并在異步通信控制模塊OpAsyncCenCtrl模塊中調用基于原始套接字socket(AF_PACKET，SOCK_RAW，int protocol)的可執行文件，包括C源代碼、h頭文件和makefile編譯文件；其中，C源代碼用于實現自定義異步程序所需的特定算法，包括初始化、發送循環、接收循環和關閉四個部分；h頭文件用于定義GOOSE、SV等報文結構與其他預處理塊；Makefile編譯文件用于將C源代碼轉換為OPAL-RT能執行的可編譯文件。

2.如權利要求1所述的基于原始套接字的電力信息物理系統實時仿真平臺的實現方法，其特征在于，步驟(2)中，遵循IEC61850標準的智能變電站過程層-間隔層通信機制，構建仿真架構中實時保證的通信服務映射機制具體包括如下步驟：

(21)IEC61850標準中以OSI參考模型作為通信協議的基礎，以SV報文、GOOSE報文為代表的快速報文在發布者/訂閱者機制下進行數據交換，從應用層直接映射數據鏈路層；

(22)采用原始套接字SOCK_RAW構建實時保證的通信服務映射機制，原始套接字接收網卡上的數據幀：應用層使用SOCK_RAW和AF_PACKET類型的協議族直接從用戶空間映射到網絡空間的網絡核心，用于收發二層報文，與SV報文、GOOSE報文為代表的快速報文通信協議相符；

(23)對OPNET主機進行設置，關斷防火墻并禁用其他網絡適配器。