一种针对自动发电控制装置的信息物理实时仿真系统

技术领域

本申请涉及发电控制仿真技术领域，尤其涉及一种针对自动发电控制装置的信息物理实时仿真系统。

背景技术

随着信息和通信技术的发展，越来越多信息技术在电力系统中得到了广泛的应用。传统的电力系统由一个纯粹的物理系统，逐渐转变为以智能电网为代表的信息物理耦合系统。这些信息、通信、及高级自动控制技术的应用实现了电力系统的高效稳定运行，但是也在电力系统中引入了很多潜在的网络漏洞。自动发电控制(automatic generationcontrol,AGC)系统的功能是对控制区域内调频发电机的有功出力和区域联络线上的交换功率进行调节，使区域内的发电功率与负荷实时平衡，从而维持系统的电压和频率稳定性。AGC系统属于高度自动化的控制系统，其运行高度依赖测控单元和通信链路的正常工作，因此较容易受到网络攻击影响。

在上述的背景环境下，为了分析现代智能电网中信息系统与物理系统耦合机理，研究网络漏洞对于自动发电控制装置的潜在风险，构建信息物理仿真系统以便为后续的信息物理研究打下坚实的基础，是智能电网建设工程的重要环节之一，然而现阶段已有的信息物理仿真系统缺乏硬件接口来实现真正的硬件在环实时仿真，且缺乏全面的通信网络建模及网络攻击仿真，无法直观表现各种网络事件对于自动发电控制系统的影响，进而影响到最终仿真结果的准确度。

发明内容

本申请提供了一种针对自动发电控制装置的信息物理实时仿真系统，用于解决现阶段已有的信息物理仿真系统缺乏硬件接口来实现真正的硬件在环实时仿真，且缺乏全面的通信网络建模及网络攻击仿真，无法直观表现各种网络事件对于自动发电控制系统的影响，仿真结果准确度低的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种针对自动发电控制装置的信息物理实时仿真系统，包括：自动发电控制装置、电力系统仿真装置以及网络仿真装置；

所述自动发电控制装置、所述电力系统仿真装置以及所述网络仿真装置通过网络交换设备通信连接；

所述电力系统仿真装置用于：根据电力系统的物理网络架构信息，对所述电力系统进行建模仿真，以得到所述电力系统对应的电力物理网络模型；

所述网络仿真装置用于：根据电力系统的通信网络架构信息，对所述电力系统进行建模仿真，以得到所述电力系统对应的电力通信网络模型；

所述自动发电控制装置用于：通过所述网络交换设备与所述电力系统仿真装置以及所述网络仿真装置进行交互，并利用所述电力物理网络模型与所述电力通信网络模型，对所述自动发电控制装置进行仿真。

优选地，所述物理网络架构信息具体包括：电力网络信息、电力故障信息、量测单元信息与控制单元信息。

优选地，所述通信网络架构信息具体包括：通信网络信息、网络路由设定信息与通信故障信息。

优选地，所述电力系统仿真装置具体为RTDS仿真装置。

优选地，所述网络仿真装置具体为NS-3仿真装置。

优选地，所述自动发电控制装置、所述电力系统仿真装置以及所述网络仿真装置通过网络交换设备通信连接具体包括：

通过网络交换设备，使得所述自动发电控制装置的高速信号收发端口、所述电力系统仿真装置NIC端口以及所述网络仿真装置的NIC端口相互通信连接。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请提供的针对自动发电控制系统的电力系统信息物理实时仿真系统可以对电力系统的动态性能进行高精度仿真，并且系统上的高速通讯接口可以将真实电力系统中的自动发电控制系统接入到系统中，实现硬件在环闭环仿真。并且在对于电力系统进行仿真的同时，通信网络也同步进行实时仿真，因此一系列网络事件对于自动发电控制系统的影响都可以在仿真系统中得到直观的体现，解决了现有的信息物理仿真系统缺乏硬件接口来实现真正的硬件在环实时仿真，且缺乏全面的通信网络建模及网络攻击仿真，无法直观表现各种网络事件对于自动发电控制系统的影响，仿真结果准确度低的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请提供的一种针对自动发电控制装置的信息物理实时仿真系统的架构示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种针对自动发电控制装置的信息物理实时仿真系统，用于解决现阶段已有的信息物理仿真系统缺乏硬件接口来实现真正的硬件在环实时仿真，且缺乏全面的通信网络建模及网络攻击仿真，无法直观表现各种网络事件对于自动发电控制系统的影响，仿真结果准确度低的技术问题。

为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，本申请提供了一种针对自动发电控制装置1的信息物理实时仿真系统，包括：自动发电控制装置1、电力系统仿真装置2以及网络仿真装置3；

自动发电控制装置1、电力系统仿真装置2以及网络仿真装置3通过网络交换设备4通信连接；

电力系统仿真装置2用于：根据电力系统的物理网络架构信息，对电力系统进行建模仿真，以得到电力系统对应的电力物理网络模型；

网络仿真装置3用于：根据电力系统的通信网络架构信息，对电力系统进行建模仿真，以得到电力系统对应的电力通信网络模型；

自动发电控制装置1用于：通过网络交换设备4与电力系统仿真装置2以及网络仿真装置3进行交互，并利用电力物理网络模型与电力通信网络模型，对自动发电控制装置1进行仿真。

进一步地，物理网络架构信息具体包括：电力网络信息、电力故障信息、量测单元信息与控制单元信息。

进一步地，通信网络架构信息具体包括：通信网络信息、网络路由设定信息与通信故障信息。

进一步地，电力系统仿真装置2具体为RTDS仿真装置。

进一步地，网络仿真装置3具体为NS-3仿真装置。

进一步地，自动发电控制装置1、电力系统仿真装置2以及网络仿真装置3通过网络交换设备4通信连接具体包括：

通过网络交换设备4，使得自动发电控制装置1的高速信号收发端口、电力系统仿真装置2NIC端口以及网络仿真装置3的NIC端口相互通信连接。

需要说明的是，本实施例提供的仿真系统搭建采取基于硬件在环的电网信息物理联合实时仿真方式，针对需要精确模拟动态过程的要求，需要接入实际的自动发电控制系统。基于硬件在环的电力系统信息物理联合实时仿真将实际自动发电控制系统接入了仿真系统，从而研究网络攻击，模拟故障产生和扩散。

更具体地，本实施例提供的仿真系统选取Real Time Digital Simulator(RTDS)和Network Simulator 3(NS-3)分别作为电力物理系统和信息通信系统的仿真工具，并且将自动发电控制系统接入仿真平台，作为控制器。分别从电力系统仿真模块、通信系统仿真模块和控制系统仿真模块对仿真平台进行仿真。

其中，电力系统仿真建模主要对各种电力设备，如各种传统火电发电机、基于电力电子装置的新能源发电系统、储能系统、智能终端、交直流输电线等进行建模仿真并构建电力物理网络。本申请使用RTDS作为电力系统的建模仿真工具，主要对电力网络、电力故障、量测单元、控制单元等进行建模仿真。RTDS中的建模主要分为4个部分：电力网络建模、量测单元建模、控制单元建模和网络接口建模。RTDS的仿真步长为50微秒，因此它可以对电力系统的电磁暂态进行精确仿真。并且RTDS带有多种高速信号端口，包括：高速信号传输卡以及高速信号接受卡，确保其可以与实际电力系统二次设备进行实时通信。

通信系统仿真建模主要对各种电力通信设备，如路由器、光纤、服务器等进行建模仿真并构建电力通信网络。本申请使用NS-3对通信系统进行建模仿真，包括通信网络构建、网络路由设定、通信故障等。NS-3是一款离散事件网络仿真工具，提供了较为全面的模型和协议支持，能够对通信网络中各类设备进行详细建模。并且NS-3提供了丰富的数据库和编译工具，为自定义模型和联合仿真提供了数据接口。NS-3的基本模型共分为五层：应用层，传输层，网络层，连接层，物理层。其中应用层，传输层，网络层与真实网络TCP/IP模型中的应用层、传输层、网际层是相对应的。另外连接层，物理层与TCP/IP模型中的网络接口层相对应。

综上所示，本实施例提供的仿真系统，通过使用RTDS进行电力系统实时仿真，使得电力系统的电磁暂态动态过程可以得到高精度仿真。RTDS的高速通信接口确保了本申请平台可以与实际电力系统中的自动发电控制系统进行实时交互。同时，使用NS-3进行通信网络实时仿真，并与RTDS及实际自动发电控制系统相连，形成了端到端的硬件在环的闭环仿真。并且可以利用NS-3对各种网络事件进行仿真，并且直观的观测仿真的网络事件对于自动发电控制系统的具体影响。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。