CN111198548B - 基于智能节点重叠网的电力***和信息***联合调度*** - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于智能节点重叠网的电力***和信息***联合调度***，属于信息交互与网络架构领域。该***包括多个相互连接的智能节点；每个智能节点包括：智能节点交互端口、电力***交互端口、信息***交互端口、数据融合汇聚模块、数据存储模块和数据处理模块；每个智能节点获取电力***和信息***信息和其他智能节点上的本地最优联合调度控制策略，对汇聚后的电力***和信息***信息进行处理后，生成该智能节点的电力***和信息***本地最优联合调度控制策略并发送给信息***计算负荷调度单元和电力***能量调度单元实施。本发明实现了电力***和信息***的深度融合感知和控制，提高了电力***的可靠性和安全经济运行能力。
Description
技术领域
本发明提出基于智能节点重叠网的电力***和信息***联合调度***，属于信息交互与网络架构领域。
背景技术
随着可再生能源的不断发展，风电、光伏等新型可再生能源在电力***中所占比例不断升高。截至2018年底，我国可再生能源发电装机达到7.28亿千瓦，同比增长12％；其中，风电装机1.84亿千瓦、光伏发电装机1.74亿千瓦，分别同比增长12.4％和34％。可以预见，可再生能源的大规模接入将是未来电力***的重要特征。但是可再生能源也往往具有较强的不确定性，这使得电力***的供电可靠性缺乏保障。为了克服这种不确定性，电力***在安排发电机组出力调度控制策略时往往需要预留足够的备用容量，从而为电力***提供充足的灵活性资源。
近年来世界各地对云计算服务的使用需求增长迅速，为了满足这种需求，云计算服务供应商依据服务使用需求建立数据中心，这些数据中心也形成了一个相互之间可以通信并且转移计算任务的网络。计算任务作为一种消耗电能的信息***负荷，正逐渐成为电力***的重要负荷。不同于传统的电力负荷，由于计算任务可以在不同数据中心之间转移，同时随着高可靠低时延传输技术的发展，数据中心的计算任务也将在未来接受电力***的调度，为电力***的调度提供灵活性。
但电力***和信息***的联合调度在信息交互与网络架构上还存在以下问题：
(1)电力***和信息***在通信协议和数据结构上存在差异。电力***中常用的通信协议为全局性协议，如用于变电站的IEC 61850协议，用于配电自动化的IEC 61334协议等，而目前应用于信息***数据中心通信的协议往往基于局域网，这使得两者的通信协议存在冲突。在数据结构方面，电力***中使用的数据大多是电力***的状态变量，属于数组结构，而信息***中使用的数据大多是计算任务，属于队列或堆栈结构，这使得数据的联合处理与分析存在冲突。
(2)联合调度加重了电力***和信息***的计算负担。为了对***状态进行实时地分析与处理，实现电力***和信息***的联合调度，往往需要加装复杂的信息处理装置与策略控制装置。若在电力***和信息***中加装上述装置，则由于电力***也肩负着实时检测***频率稳定、监控***线路潮流越限情况等职能，同时信息***也需要检测信息传输的丢失率等，因此联合调度将额外加重电力***和信息***的计算负担，影响其原有职能的实现。
目前尚没有一种网络架构能够实现电力***和信息***的联合调度。
发明内容
本发明的目的是为填补已有技术的空白之处，提出一种基于智能节点重叠网的电力***和信息***联合调度***。本发明打破了电力***和信息***在通信协议和数据类型等方面的隔阂，实现电力***和信息***的交互感知与互动；本发明将数据处理和运行调度控制策略的计算负担从电力***和信息***中抽取，降低电力***和信息***的通信和计算压力，提高整体***的可靠性；同时本发明能够实现电力***和信息***的联合调度运行，充分发挥计算负荷的高效快速灵活的调配能力，提高电力***运行的经济性和可靠性。
本发明提出一种基于智能节点重叠网的电力***和信息***联合调度***，其特征在于，包括N个相互连接的智能节点，N＝NG+NI，其中NG为电力***中能量调度单元的个数，NI为信息***中计算负荷调度单元的个数；其中每个智能节点，包括：智能节点交互端口、电力***交互端口、信息***交互端口；所述智能节点交互端口和其他每个智能节点的智能节点交互端口相连，用于发送本智能节点的电力***和信息***本地最优联合调度控制策略并接收其他智能节点的电力***和信息***本地最优联合调度控制策略；所述电力***交互端口与电力***中每个数据采集与监视控制模块SCADA和同步相量测量装置PMU分别相连，用于获取电力***的网络拓扑信息、所有发电机组的发电成本与装机容量信息以及所有电力负荷的用电曲线信息；同时电力***交互端口与所有电力***能量调度单元相连，用于向每一个电力***能量调度单元发送该智能节点的本地最优联合调度控制策略中该电力***对应的发电调度控制策略；所述信息***交互端口与信息***中的每个信息管理***分别相连，用于从信息管理***获取每个信息传输通道的最大传输容量与传输成本、数据中心之间的连接关系以及计算任务的负荷量；同时信息***交互端口与每个信息***计算负荷调度单元分别相连，用于向每个信息***计算负荷调度单元发送该智能节点的本地最优联合调度控制策略中该信息***对应的信息负荷调度策略；
所述每个智能节点还包括：数据融合汇聚模块；所述数据融合汇聚模块分别与智能节点交互端口、电力***交互端口和信息***交互端口相连，用于从智能节点交互端口接收其他智能节点的本地最优联合调度控制策略，进而生成全局智能节点本地最优联合调度控制策略融合数据集；从电力***交互端口接收电力***的网络拓扑信息、所有发电机组的发电成本与装机容量信息以及所有电力负荷的用电曲线信息，生成电力***融合参数集；从信息***交互端口接收所有信息传输通道的最大传输容量与传输成本、数据中心之间的连接关系以及计算任务的负荷量信息，生成信息***融合参数集；
数据存储模块，所述数据存储模块与数据融合汇聚模块相连，用于接收数据融合汇聚模块发送的全局智能节点本地最优联合调度控制策略融合参数集、电力***融合参数集和信息***融合参数集并存储；
数据处理模块，所述数据处理模块分别与数据存储模块、智能节点交互端口、电力***交互端口和信息***交互端口通相连，用于接收数据存储模块发送的电力***融合参数集、信息***融合参数集和全局智能节点本地最优联合调度控制策略融合参数集；数据处理模块利用接收到的电力***融合参数集和信息***融合参数集，通过分布式优化求解得到电力***中各台发电机的发电调度控制策略和信息***中各条传输通道的信息传输调度控制策略作为该智能节点得到的电力***和信息***本地最优联合调度控制策略；数据处理模块将接收到的全局智能节点本地最优联合调度控制策略融合参数集中其他智能节点的本地最优联合调度控制策略与本智能节点得到的本地最优联合调度控制策略进行比较：若本智能节点本地最优联合调度控制策略与其他智能节点的本地最优联合调度控制策略不一致，则重新从数据存储模块获取电力***融合参数集和信息***融合参数集，更新本智能节点的本地最优联合调度控制策略，直至本智能节点的本地最优联合调度控制策略与其他智能节点的本地最优联合调度控制策略一致，然后数据处理模块将本智能节点的本地最优联合调度控制策略通过智能节点交互端口发送给其他智能节点，将本智能节点的本地最优联合调度控制策略中各台发电机组的发电调度控制策略通过电力***交互端口发送给电力***中的电力***能量调度单元，将本智能节点的本地最优联合调度控制策略中各个信息传输通道的信息传输调度控制策略通过信息***交互端口发送给信息***中的计算负荷调度单元。
本发明的特点及有益效果在于：
本发明提出基于智能节点重叠网的电力***和信息***联合调度***，打破了电力***和信息***在通信协议和数据类型等方面的隔阂，实现了电力***和信息***的交互感知和互动；本发明通过建立智能节点重叠网，对电力***和信息***的运行状态参数进行实时提取与实时处理，将数据处理和运行调度控制策略的计算负担从电力***和信息***中抽取，降低电力***和信息***的通信和计算压力，提高整体***的可靠性；同时本发明通过智能节电重叠网的计算与处理能力，实现电力***和信息***的联合调度运行，充分发挥计算负荷的高效快速灵活的调配能力，提高电力***运行的经济性和可靠性。
1.本发明提出的重叠网可用于电力***和信息***这两个不同***的感知、通信与交互；
2.本发明提出的智能节点可对电力***和信息***的运行状态参数进行实时提取和实时处理，通过重叠网承担计算和通信任务，从而降低电力***和信息***的计算和通信负担；
3.本发明可作为电力***和信息***联合调度的管控体系，保证联合调度运行的最优性，通过信息负荷的时空调度提高电力***运行的经济性和可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例的***结构示意图。
图2为本发明实施例的智能节点的结构示意图。
具体实施方式
本发明提出一种基于智能节点重叠网的电力***和信息***联合调度***，下面结合附图和具体实施例对本发明进一步详细说明如下。
本发明提出一种基于智能节点重叠网的电力***和信息***联合调度***，整体结构如图1所示，包括N个相互连接的智能节点，N＝NG+NI，其中NG为电力***中能量调度单元的个数，NI为信息***中计算负荷调度单元的个数，每一个智能节点都与其他智能节点相互连接；
其中每个智能节点，结构如图2所示，包括：智能节点交互端口、电力***交互端口、信息***交互端口；所述智能节点交互端口和其它每个智能节点的智能节点交互端口通过光纤传输线相连，用于发送本智能节点的电力***和信息***本地最优联合调度控制策略并接收其他智能节点的电力***和信息***本地最优联合调度控制策略，实现各个智能节点间的电力***和信息***本地最优联合调度控制策略的相互传输；所述电力***交互端口与电力***中所有数据采集与监视控制模块(Supervisory Control And DataAcquisition,SCADA)、同步相量测量装置(Phasor Measurement Unit,PMU)通过光纤传输线分别相连，用于从电力***获取电力***的网络拓扑信息、所有发电机组的发电成本与装机容量信息以及所有电力负荷的用电曲线信息；同时电力***交互端口也与电力***中所有电力***能量调度单元相连，用于向每一个电力***能量调度单元发送该智能节点求解得到的本地最优联合调度控制策略中该电力***对应的发电调度控制策略；所述信息***交互端口与信息***中的所有信息管理***通过光纤传输线分别相连，，不失一般性地，本发明中的信息***是指由数据中心、数据中心之间相连的信息传输通道、计算负荷调度单元和信息管理***组成的***进行阐述，同时可根据数据中心的空间分布和联合调度者的实际需求将本实施例中的信息***划分为多个信息子***。信息***交互端口用于从信息管理***获取每个信息传输通道的最大传输容量与传输成本、数据中心之间的连接关系以及计算任务的负荷量；同时信息***交互端口与每个信息***计算负荷调度单元分别相连，用于向每个信息***计算负荷调度单元发送该智能节点求解得到的本地最优联合调度控制策略中该信息***对应的信息传输调度控制策略；
每个智能节点还包括：数据融合汇聚模块；所述数据融合汇聚模块分别与智能节点交互端口，电力***交互端口和信息***交互端口通过光纤传输线相连，用于从智能节点交互端口接收其他智能节点的本地最优联合调度控制策略，包括：所有发电机组的本地最优发电调度控制策略和所有数据中心的信息传输通道的信息传输调度控制策略，从电力***交互端口接收从电力***中的SCADA和PMU接收的电力***的网络拓扑信息、所有发电机组的发电成本与装机容量信息以及所有电力负荷的用电曲线信息，从信息***交互端口接收从信息***中的信息管理***接收的所有信息传输通道的最大传输容量与传输成本、数据中心之间的连接关系以及计算任务的负荷量信息；所述数据融合汇聚模块对从其他智能节点接收到的所有发电机组的本地最优发电调度控制策略和所有数据中心的信息传输通道的信息传输调度控制策略按照所属智能节点的顺序排列为矩阵形式，得到其他智能节点本地最优联合调度控制策略融合数据集；数据融合汇聚模块对接收到的电力***中的SCADA和PMU测量装置接收的电力***的网络拓扑信息、所有发电机组的发电成本与装机容量信息以及所有电力负荷的用电曲线信息按照每一台发电机组，每一个节点负荷和每一条线路的顺序进行排列，并在此基础上按照时序顺序排列为矩阵形式，得到电力***融合参数集；数据融合汇聚模块对接收到的信息***中的所有信息传输通道的最大传输容量与传输成本、数据中心之间的连接关系以及计算任务的负荷量信息按照每一个数据中心，每一条信息传输通道的顺序进行排列，并在此基础上按照时序顺序排列为矩阵形式，得到信息***融合参数集；数据融合汇聚模块将其他智能节点本地最优联合调度控制策略融合数据集、电力***融合参数集和信息***融合参数集发送给数据存储模块。
数据存储模块，所述数据存储模块与数据融合汇聚模块通过光纤传输线相连，用于接收数据融合汇聚模块发送的全局智能节点本地最优联合调度控制策略融合参数集、电力***融合参数集和信息***融合参数集并存储；
数据处理模块，所述数据处理模块分别与数据存储模块、智能节点交互端口、电力***交互端口和信息***交互端口通过光纤传输线相连。数据处理模块用于接收数据存储模块发送的电力***融合参数集、信息***融合参数集和全局智能节点本地最优联合调度控制策略融合参数集；数据处理模块内置有电力***和信息***的联合调度模型，该调度模型可根据实际需求由用户自行确定，例如调度算法可根据用户选择把电力消耗最低作为目标函数，也可把电力***和信息***联合调度的总成本最低作为目标函数等等；数据处理模块将接收到的电力***融合参数集和信息***融合参数集作为调度算法的边界条件，通过分布式优化求解得到电力***中各台发电机的发电调度控制策略和信息***中各条传输通道的信息传输调度控制策略，作为该智能节点得到的电力***和信息***本地最优联合调度控制策略。为了防止数据传输时延、传输错误等问题，数据处理模块同时也将接收到的全局智能节点本地最优联合调度控制策略融合参数集中其他智能节点的联合调度本地最优调度控制策略与本智能节点得到的本地最优联合调度控制策略进行比较，若本节点本地最优联合调度控制策略与其他智能节点的本地最优联合调度控制策略不一致，则重新从数据存储模块获取最新的电力***融合参数集和信息***融合参数集，继续利用内置的优化算法计算本智能节点的本地最优联合调度控制策略，直至与其他智能节点的本地最优联合调度控制策略一致。在与其他智能节点的本地最优联合调度控制策略一致后，数据处理模块将本智能节点的本地最优联合调度控制策略通过智能节点交互端口发送给其他智能节点，将本智能节点的本地最优联合调度控制策略中各台发电机组的发电调度控制策略通过电力***交互端口发送给对应的电力***能量调度单元，将本智能节点的本地最优联合调度控制策略中各个信息传输通道的信息传输调度控制策略通过信息***交互端口发送给对应的信息***计算负荷调度单元。
本发明中，每个智能节点各自生成整个电力***的本地最优联合调度控制策略，但是为了防止时延等问题，每个智能节点都需计算本地最优联合调度控制策略，然后相互比对。
本发明***工作原理如下：
本发明中重叠网的功能是电力***和信息***信息的实时提取、交互和处理。本发明***的功能通过以下步骤实现：
(1)每一个智能节点都通过该节点的智能节点交互端口利用XML语言与其他所有智能节点交互通信，用于从智能节点交互端口接收其他智能节点得到的电力***和信息***本地最优联合调度控制策略。同时，每一个智能节点都通过该节点的电力***交互端口利用61850通信协议与电力***中所有的SCADA、PMU进行通信，用于从电力***获取电力***的网络拓扑信息、所有发电机组的发电成本与装机容量信息以及所有电力负荷的用电曲线信息。每一个智能节点都通过该节点的信息***交互端口利用互联网技术与信息***中所有的信息管理模块进行通信，用于从信息***获取每个信息传输通道的最大传输容量与传输成本、数据中心之间的连接关系以及计算任务的负荷量；智能节点交互端口将采集到所有信息发送给数据融合汇聚模块；
其中，所述电力***和信息***本地最优联合调度控制策略包括：所有发电机组的本地最优发电调度控制策略和所有数据中心的信息传输通道的本地最优信息传输调度控制策略。
(2)数据融合汇聚模块按照每一台发电机组，每一个节点负荷和每一条线路的顺序对接收到的电力***的网络拓扑信息、所有发电机组的发电成本与装机容量信息以及所有电力负荷的用电曲线信息进行排列，并在此基础上按照时序顺序排列为矩阵形式，得到电力***融合参数集；数据融合汇聚模块按照每一个数据中心，每一条信息传输通道的顺序对接收到的信息***中的所有信息传输通道的最大传输容量与传输成本、数据中心之间的连接关系以及计算任务的负荷量信息进行排列，并在此基础上按照时序顺序排列为矩阵形式，得到信息***融合参数集；数据融合汇聚模块按照所属智能节点的顺序从其他智能节点接收到的所有发电机组的本地最优发电调度控制策略和所有数据中心的信息传输通道的信息传输调度控制策略排列为矩阵形式，得到其他智能节点本地最优联合调度控制策略融合数据集，并将电力***融合参数集、信息***融合参数集和其他智能节点本地最优联合调度控制策略融合数据集发送给数据存储模块；
(3)数据存储模块保存接收到的电力***融合参数集、信息***融合参数集和其他智能节点本地最优联合调度控制策略融合数据集，然后将电力***融合参数集、信息***融合参数集和其他智能节点本地最优联合调度控制策略融合数据集发送给数据处理模块。
(4)数据处理模块接收数据存储模块传输的电力***融合参数集、信息***融合参数集和其他智能节点本地最优联合调度控制策略融合数据集，并将电力***融合参数集和信息***融合参数集作为电力***和信息***的联合调度优化模型的输入条件，其中优化模型可根据实际需求由用户指定。数据处理模块通过分布式优化求解得到电力***中各台发电机的发电调度控制策略和信息***中各条传输通道的信息传输调度控制策略，作为该智能节点的电力***和信息***本地最优联合调度控制策略。
(5)为了防止数据传输时延、传输错误等问题，数据处理模块将本智能节点的本地最优联合调度控制策略与接收到的其他智能节点本地最优调度控制策略融合数据集进行一致性判断：若本智能节点的本地最优联合调度控制策略与其他智能节点本地最优联合调度控制策略不一致，则数据处理模块重新读取电力***融合参数集和信息***融合参数集，继续利用内置的联合调度优化模型更新本智能节点本地最优联合调度控制策略，直至该智能节点的本地最优联合调度控制策略与其他智能节点的本地最优联合调度控制策略一致；
(6)数据处理模块将求得的该智能节点的本地最优联合调度控制策略通过智能节点交互端口发送给其余智能节点，将该智能节点本地最优联合调度控制策略中各台发电机组的发电调度控制策略通过电力***交互端口发送给电力***中对应的电力***能量调度单元，将该智能节点的本地最优联合调度控制策略中各个信息传输通道的信息传输调度控制策略通过信息***交互端口发送给信息***中对应的计算负荷调度单元，从而实现电力***和信息***的联合调度运行。
Claims (1)
1.一种基于智能节点重叠网的电力***和信息***联合调度***，其特征在于，包括N个相互连接的智能节点，N＝NG+NI，其中NG为电力***中能量调度单元的个数，NI为信息***中计算负荷调度单元的个数；其中每个智能节点，包括：智能节点交互端口、电力***交互端口、信息***交互端口；所述智能节点交互端口和其他每个智能节点的智能节点交互端口相连，用于发送本智能节点的电力***和信息***本地最优联合调度控制策略并接收其他智能节点的电力***和信息***本地最优联合调度控制策略；所述电力***交互端口与电力***中每个数据采集与监视控制模块SCADA和同步相量测量装置PMU分别相连，用于获取电力***的网络拓扑信息、所有发电机组的发电成本与装机容量信息以及所有电力负荷的用电曲线信息；同时电力***交互端口与所有电力***能量调度单元相连，用于向每一个电力***能量调度单元发送该智能节点的本地最优联合调度控制策略中该电力***对应的发电调度控制策略；所述信息***交互端口与信息***中的每个信息管理***分别相连，用于从信息管理***获取每个信息传输通道的最大传输容量与传输成本、数据中心之间的连接关系以及计算任务的负荷量；同时信息***交互端口与每个信息***计算负荷调度单元分别相连，用于向每个信息***计算负荷调度单元发送该智能节点的本地最优联合调度控制策略中该信息***对应的信息负荷调度策略；
所述每个智能节点还包括：数据融合汇聚模块；所述数据融合汇聚模块分别与智能节点交互端口、电力***交互端口和信息***交互端口相连，用于从智能节点交互端口接收其他智能节点的本地最优联合调度控制策略，进而生成全局智能节点本地最优联合调度控制策略融合数据集；从电力***交互端口接收电力***的网络拓扑信息、所有发电机组的发电成本与装机容量信息以及所有电力负荷的用电曲线信息，生成电力***融合参数集；从信息***交互端口接收所有信息传输通道的最大传输容量与传输成本、数据中心之间的连接关系以及计算任务的负荷量信息，生成信息***融合参数集；
数据存储模块，所述数据存储模块与数据融合汇聚模块相连，用于接收数据融合汇聚模块发送的全局智能节点本地最优联合调度控制策略融合参数集、电力***融合参数集和信息***融合参数集并存储；
数据处理模块，所述数据处理模块分别与数据存储模块、智能节点交互端口、电力***交互端口和信息***交互端口通相连，用于接收数据存储模块发送的电力***融合参数集、信息***融合参数集和全局智能节点本地最优联合调度控制策略融合参数集；数据处理模块利用接收到的电力***融合参数集和信息***融合参数集，通过分布式优化求解得到电力***中各台发电机的发电调度控制策略和信息***中各条传输通道的信息传输调度控制策略作为该智能节点得到的电力***和信息***本地最优联合调度控制策略；数据处理模块将接收到的全局智能节点本地最优联合调度控制策略融合参数集中其他智能节点的本地最优联合调度控制策略与本智能节点得到的本地最优联合调度控制策略进行比较：若本智能节点本地最优联合调度控制策略与其他智能节点的本地最优联合调度控制策略不一致，则重新从数据存储模块获取电力***融合参数集和信息***融合参数集，更新本智能节点的本地最优联合调度控制策略，直至本智能节点的本地最优联合调度控制策略与其他智能节点的本地最优联合调度控制策略一致，然后数据处理模块将本智能节点的本地最优联合调度控制策略通过智能节点交互端口发送给其他智能节点，将本智能节点的本地最优联合调度控制策略中各台发电机组的发电调度控制策略通过电力***交互端口发送给电力***中的电力***能量调度单元，将本智能节点的本地最优联合调度控制策略中各个信息传输通道的信息传输调度控制策略通过信息***交互端口发送给信息***中的计算负荷调度单元。
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