一种面向新型配电系统的电力信息物理耦合建模方法
- 国知局
- 2024-12-06 12:31:46
本发明涉及配电系统建模仿真相关,尤其涉及一种面向新型配电系统的电力信息物理耦合建模方法。
背景技术:
1、新型配电系统cps联合仿真,主要是将物理和数字技术结合起来,创造一种新型的智能配电环境,研究在各类通信因素影响下新型配电系统的运行和控制情况。但在电力cps理论研究取得突破之前,基于配电系统原型特征的软件仿真在理论实践研究的仿真、测试和验证支持中占据着主要地位。因此,需要建立一个模拟cps多状态和多细度特性的平台。典型的电力系统模拟器采用离散步骤来逼近连续过程,而典型的信息系统模拟器则采用离散状态模型来描述网络行为,截至目前还没有统一的软件同时模拟两个系统。相反,联合仿真方案首先单独模拟电力和通信情况,然后通过交互界面实现数据共享和协同工作。这创建了多个模拟器的组合,允许参与者相互交互、协调和合作,同时保留自己的优势,其易于实现和高可靠性使协同仿真成为一种可行的方案。本方法将通信模型、耦合接口模型和物理模型集成在一个模型中,降低了通信系统和物理系统交接的难度,基于电力流和信息流的转化提出了耦合一体化联合仿真模型,分析了在不同通信场景对于该模型的影响,验证了模型的有效性。
2、总而言之,配电系统中信息流采用离散状态模型,电力流采用离散步骤来逼近连续过程进行模拟。因此,面向新型配电系统进行电力信息系统物理耦合建模是可行的。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的缺陷,本发明公开了一种面向新型配电系统的电力信息物理耦合建模方法,该方法基于电力cps的特点,以新型配电系统中物理层、耦合层和信息层进行了矩阵化建模,并考虑了通信过程中时延、中断概率和出错率等特性因素。同时,对相关的通信场景延时构成进行了分析,提出了相应的控制效果改善措施,以减少通信因素对模型的干扰,有效克服通信延时、误码率及数据堵塞造成的消息滞后和错误影响,提高了新型配电系统电力信息物理耦合模型的实时性和可靠性。
2、本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
3、一种面向新型配电系统的电力信息物理耦合建模方法,包括以下内容:
4、采用多元组和邻接矩阵的形式,选取电力数据和通信数据来映射设备参数和拓扑结构,对新型配电系统电力物理层、信息层、耦合层进行建模,所述电力数据包括有功、无功、电压,所述通信数据包括时延、误码率,所述邻接矩阵用来反映电力节点、电力线路和相互依赖关系互连的信息以及通信节点及其通信线路构成的通信网络相互之间信息传递的信息,所述多元组模型进一步描述电力节点的电力特性、通信设备的通信特性及耦合节点的信息采集、信息传输特性;
5、根据建立的新型配电系统电力物理层,信息层,以及耦合层模型,提取同维邻接矩阵中的通信相关数据,结合电力节点的有功无功数据,构建基于统一矩阵的新型配电系统电力信息物理耦合模型。
6、进一步的,所述电力信息邻接矩阵如下:
7、其中电力节点多元组模型如下:
8、vi=[k,s]
9、式中,k代表此电力节点类型,选取配电网集群中典型的物理设备如发电站、变电所、可控电源点作为主要表征类型;s代表此电力节点投入运行时的参数。
10、其中电力线边集合如下:
11、e={e1,e2,e3,...,en}
12、式中,e代表每条电力线。
13、邻接矩阵形式的电力信息模型如下:
14、
15、式中,对角线元素为电力节点的多元组模型;非对角线代表节点间连接关系,元素的值1/0分别代表节点与之间有/无电力线相连。。
16、进一步的,所述信息层邻接矩阵如下:
17、信息层中的通信节点集合如下:
18、d={d1,d2,d3,...,dn}
19、式中,d代表每一个通信节点。
20、通信节点多元组模型如下:
21、di=[a(s),u(t),kw]
22、式中,a(s)代表对于物理层设备信息s采集上传到信息层通信节点后应采取的处理和控制算法;u(t)代表处理数据的平均时延;kw代表通信节点处理数据结果的误码率。
23、其中通信链路边集合如下:
24、c={c1,c2,c3,...,cn}
25、式中c代表每条通信链路。
26、其中,信息流传递过程统一多元组建模如下:
27、c=[uc,kb,kf]
28、式中,uc代表信道的时延;kb代表信道中断的概率;kf代表信道的误码率。
29、信息层邻接矩阵形式的通信网络模型如下:
30、
31、式中,对角线元素为通信节点;非对角线描述通信节点间的通信链路,当两节点间不存在通信直连时,元素c=[0],相当于一个空元组。
32、进一步的,信息层和物理层中设备交互关系模型如下:
33、r=[ur,kb,kf]
34、式中,r代表信道性能;ur代表信息采集和处理的时延;kb代表数据传输中断的概率;kf代表信息传输的误差率。
35、对角网络矩阵形式的耦合接口模型如下:
36、
37、式中,对角线元素为耦合节点。
38、进一步的,考虑到建模中存在的通信延迟,通讯堵塞,通讯延时场景,对不同通信场景的通信改善措施包括:采用较好的终端设备减少采集测量延时;提高网络带宽水平改善通信堵塞;设置误码数据筛选程序及时剔除误码数据;
39、所述的小误码数据改进措施如下:
40、
41、式中,xk-1为上一次接收到的数据,xk为本次收到的新数据。当y(xk)=1时则该数据xk被判定为误码数据,并立即清除,xk用上一次接收的数据xk-1代替。
42、进一步的,基于统一矩阵的新型配电系统电力信息物理耦合模型建立过程分为:新型配电系统将电力数据的上传过程,新型配电系统对指令下达的过程,新型配电系统信息物理耦合仿真模型矩阵的建立。
43、其中,电力数据的上传过程为:
44、将电力层数据信息矩阵定义为g0,则耦合层中采集和传感设备接收到的数据矩阵rrec也为g0。
45、信息层中通信设备接收到包含电力信息以及采集传感信息的数据矩阵为:
46、
47、式中,其中代表混成计算。
48、其中,指令下达的过程为:
49、将信息层调控信息矩阵定义为hadj,则耦合层中信息转达设备接收到的数据矩阵rsend也为hadj。
50、物理层中电力执行设备接收到包含调整控制指令以及信息转达传输的数据矩阵为:
51、
52、进一步的,新型配电系统信息物理耦合仿真模型可以用包含上述流程的矩阵表示:
53、
54、进一步的,新型配电系统信息物理耦合仿真模型包括电力物理系统仿真模块、信息通信系统仿真模块、控制系统仿真模块,其中,电力物理系统仿真模块包括电力系统模型、控制单元模型、传感器单元模型和数据交互网络接口模块的建模;信息通信系统仿真模块包括仿真接口模块、通信延时模块、通信堵塞模块、通信误码模块;控制系统仿真模块包括数据接收与发送模块、数据检测模块、决策控制模块。
55、进一步的,新型配电系统信息物理耦合仿真模型包括电力物理系统仿真模块、信息通信系统仿真模块、控制系统仿真模块,其中,所述电力物理系统仿真模块用于电力物理层,信息层,耦合层的模型建立,包括电力系统模型、控制单元模型、传感器单元模型和数据交互网络接口模块;所述信息通信系统仿真模块获取通信数据,用于不同通信场景的改善,包括仿真接口模块、通信延时模块、通信堵塞模块、通信误码模块;所述控制系统仿真模块执行信息的传递与反馈,包括数据接收与发送模块、数据检测模块、决策控制模块。
56、进一步的,电力物理系统仿真模块用于电力数据和通信数据信息获取,映射设备参数和拓扑结构,进而对新型电力系统中的电力物理层,信息层以及耦合层进行建模。
57、进一步的,信息通信系统仿真模块针对三种不同通信场景采用三种通信改善措施:针对通信延时场景,采用终端设备减少采集测量延时;针对通信堵塞场景,提高网络带宽水平改善通信堵塞;针对通信误码场景,设置误码数据筛选程序及时剔除误码数据。
58、进一步的,控制系统仿真模块执行以下任务:新型配电系统将电力数据的上传和新型配电系统对指令下达。
59、与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
60、1.本发明对新型配电系统中物理层、耦合层和信息层进行了矩阵化建模,考虑了通信过程中时延、中断概率和出错率等特性因素。
61、2.本发明能够克服通信延时、误码率及数据堵塞造成的消息滞后和错误影响。
62、3.本发明将通信模型、耦合接口模型和物理模型集成在同一模型中,降低了通信系统和物理系统交接的难度。
63、4.本发明提高了新型配电系统电力信息物理耦合模型的实时性和可靠性。
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