[论文解读] Smart Grids Co-Simulations: Survey & Research Directions.

Peter Mihal, Martin Schvarcbacher+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 6, 2021

Smart Grid Security and Resilience参考文献 120被引用 15

一句话总结

本文对智能电网中的联合仿真开展了一项范围综述，分析了研究领域、联合仿真方面以及仿真器耦合方式。研究识别出时间同步等关键挑战，并提出未来在电力-通信集成、网络空间安全和可再生能源管理方面的研究方向。

ABSTRACT

The integration of renewable sources, communication and power networks with information and communication technologies is one of the main challenges in Smart Grids (SG) large-scale testing. For this reason, the coupling of simulators is commonly used to dynamically simulate several aspects of the SG infrastructure, in the so-called co-simulations. In this paper, we provide a scoping review of research of co-simulations in the context of Smart Grids: i) research areas and research problems addressed by co-simulations, ii) specific co-simulation aspects focus of research, iii) typical coupling of simulators in co-simulation studies. Based on the results, we discuss research directions of future SG co-simulation research in each of the identified areas.

研究动机与目标

• 分析智能电网联合仿真研究在多个领域中的当前状态。
• 识别电力与通信系统中联合仿真所解决的主要研究问题。
• 检查联合仿真框架中常用的仿真器配对方式和架构模式。
• 基于智能电网联合仿真中的差距与新兴趋势，提出未来研究方向。
• 通过集成仿真环境，支持智能电网组件的大规模测试与验证。

提出的方法

• 采用系统综述方法，对智能电网联合仿真的同行评审文献开展范围综述。
• 从选定研究中识别并分类研究领域、联合仿真方面以及仿真器耦合模式。
• 分析121项研究，以映射研究重点、仿真器类型及集成挑战。
• 评估时间同步技术以及联合仿真框架（如FMI和HLA）。
• 利用智能电网架构模型（SGAM）将研究问题映射至特定智能电网领域。
• 将研究发现综合为九个关键应用领域（A1–A9）的未来研究方向。

实验结果

研究问题

• RQ1 智能电网中哪些研究领域和问题最常通过联合仿真来解决？
• RQ2 智能电网研究中，主导的仿真器耦合模式和联合仿真框架有哪些？
• RQ3 哪些具体的联合仿真方面——如时间同步、数据交换或硬件在回路——获得了最多的研究关注？
• RQ4 联合仿真研究如何应对实时性能、可扩展性和互操作性方面的挑战？
• RQ5 未来智能电网试验平台和信息物理系统中，联合仿真的新兴研究方向是什么？

主要发现

• 联合仿真被广泛用于模拟电力系统中的故障、恢复机制以及设备级故障。
• 电力与通信仿真器的集成是最常见的耦合模式，尤其用于分析数据包丢失和数据注入攻击。
• 电动汽车充电与需求响应管理方面的研究正在增长，混合平台结合了Modelica、电力仿真器和基于代理的模型。
• 网络空间安全与通信可靠性正成为关键研究重点，特别是在数据注入攻击和网络弹性方面。
• 硬件在回路（HiL）集成越来越多地用于验证实时行为并提高仿真保真度。
• 未来研究预计将聚焦于大规模试验平台集成、先进同步技术以及联合仿真环境中端到端的安全验证。