仿真这样一个 3 层的物理信息电力系统的难点

在于，需要模拟或还原出被仿真电网运行过程中的

各类重要参数。

· 电力设施层中，各个电网节点或设备的电力

参数，如电压、电流、功率、频率等。

· 信息通信层中，电力参数被采样形成测量数

据，测量数据封装到通信网络报文，以及数据报文

从测量设备传递到控制中心的传输参数，如时延、

丢包等。

· 电网控制层中，控制服务器收到电力参数后

产生控制指令的响应参数，如时延。

· 控制指令通过信息通信层传输后作用到可

控电力设备的响应参数及效果，如动作时延、电力

参数变化等。

3 基于 FPGA-Jetson 的硬件联合实时仿真

为实现智能电网的实时仿真，电力设施层的实时

仿真是重点，信息通信层和电网控制层的实时仿真是

异，这是实时联合仿真的一个难点。例如，在以相

量测量装置（ PMU, phasor measurement unit ）为主

的广域测量系统（ WAMS, wide area measurement

system ）中， PMU 需要根据采样到的电压、电流等

电力参数，计算出相应的相量幅值和相角，然后将

其封装到通信数据报文中。因此，该过程的模拟由

图 2 中所示的“测量数据生成”模块完成，其根据

场景需求和既定数据格式生成相应的数据帧，并将

其放入通信数据报文的载荷中。此外，采样数据在

FPGA 中以仿真结果输出的方式呈现，这些采样数

据存储在 BRAM 中。测量数据生成模块通过 PCIe

快速数据通道与 FPGA 中的 BRAM 相连，并用 PCIe

驱动函数读取 BRAM 中的采样数据，用于生成数

据报文。

3 ）信息通信层实时仿真

不能直接采用现有基于软件的仿真方案，因其

运行过程难以做到实时，因此这是实时联合仿真的

另一个难点。一种解决方法是，利用 FPGA 和 Jetson

板卡上的物理网口，直接做实物通信网络传输，即

把一个 FPGA 当作单个通信节点，但这样做的问题

是，需要几十上百个 FPGA 才能模拟出相当规模的

通信网络，这显然是不切实际的。因此针对此仿真

难点，本文提出的方案如图 2 中所示的参数时间抽

象 − 实体端口混合的仿真方式。在这种仿真方式下，

将被仿电网分成多个区域，单个区域内部的信息通

信层在单个 Jetson 计算平台内采用参数时间抽象