[发明专利]信息物理系统物理域和网络域一体化耦合建模方法及装置

说明书

本发明公开了一种信息物理系统物理域和网络域一体化耦合建模方法及装置，本方法根据耦合逻辑将电网信息物理系统划分为网络域和物理域两个部分，具体包括：步骤1：将电力系统分为物理域和网络域，首先建立物理域模型，包括物理实体层建模和物理域系统建模；步骤2：建立网络域模型，包括网络域元件建模和网络域系统建模，其中网络域系统建模涵盖通信网络建模和保护测控网络建模；步骤3：建立信息系统层网络模型，联合步骤1的物理域模型和步骤2的网络域模型，建立一体化耦合模型。基于本文提出的信息物理系统物理域和网络域一体化耦合建模方法，能够精细描述复杂的信息物理系统，例如电力系统，对分析信息物理系统的稳定运行意义重大。

技术领域

本发明属于电力系统信息物理系统领域，特别涉及一种物理域和网络域一体化耦合建模方法及装置。

背景技术

信息物理系统(Cyber Physical System,CPS)的概念最早被阐述为：“通过计算核心实现监测、控制、集成的物理、生物和工程系统：计算被深深嵌入到每个互连的物理组件或物料中；计算核心是一个需要实时响应的嵌入式系统；其行为是逻辑计算和物理行为的一体化融合过程”。

将信息物理系统的概念应用于电力行业，则物理层即为电力网，包含发电机、负荷、断路器、输电线路等电力一次设备；信息层即为电力信息网，包含各类监测设备、控制装置、计算设备和通信网络设备等电力二次设备和信息传输设备运行过程中，电力信息网的监测设备(智能传感器、智能电表、远程测控单元等)将电力网的运行状态信息(电压、电流、功率、频率等)通过通信网络传递到各级调控中心的计算服务器上，服务器根据当前系统的运行工况和调度员的指令生成合理的控制策略，并再次通过通信网络将控制指令发送至各设备终端，设备终端据此执行相应的操作。电力信息网与电力系统的互连方式为层级方式，即通过安装在电力一次设备上的二次设备(如传感器)向变电站传输数据，变电站收集汇总后再与该层调度中心进行通讯，上载终端数据或下载控制信号。电网终端层面主要设备有发电机组、变电站和线路断路器；调度中心层面主要设备为前置机系统和主机系统；测控设备主要包括传感器(如电流传感器、电压传感器)、远程测控单元(RTU)、配电终端单元(DTU)、馈线终端单元(FTU)、分布式控制系统(DCS)；数据通信协议包括变电站数据通信协议、远动通信协议和计算机数据通信协议等；通信方式主要包括光纤通信、电力线载波通信和无线通信等。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种信息物理系统物理域和网络域一体化耦合建模方法，利用关联特性矩阵分析物理域和网络域之间的耦合关系，从复杂网络的角度建立电网信息物理系统静态模型，从信息层数据传输与物理层电能传输角度建立信息层动态运行模型与物理层动态运行模型。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种信息物理系统物理域和网络域一体化耦合建模方法，包括以下步骤：

步骤1：建立物理域模型，包括物理实体层建模和物理域系统建模；

步骤2：建立网络域模型，包括网络域元件建模和网络域系统建模，涵盖通信网络建模和保护测控网络建模；

步骤3：建立信息系统层网络模型，建立一体化耦合模型。

进一步，物理实体层网络模型建模的方法包括：

(1)电源侧元件模型

发电机：发电机模型采用局部d-q坐标系下的四阶微分方程来描述：