一种能源互联网物理信息系统的多源信息交互方法与流程

本发明属于电气信息技术领域，尤其涉及一种能源互联网物理信息系统的多源信息交互方法。

背景技术：

能源互联网是以互联网理念构建的新型信息—能源融合“广域网”，它强调以开放对等的信息—能源一体化架构实现电网、油气管网、气网、热力网等多种能源的双向按需传输和动态平衡使用，因此能源网络的互联，互联网及信息通信(informationcommunicationstechnology，ict)技术与能源系统的深度融合是能源互联网实现的重要关键。如图1所示。

由上可知，对等开放、即插即用、广泛分布、双向传输、高度智能将是能源互联网的重要特征，可以预见，以智能测量设备、新型状态传感器、物联网技术为特征的高级量测体系将遍布区域能源互联网的各个环节，能源互联网中将包含冷、热、电、气等多种能源构成的海量运行数据的通信和交互，由于各个组成单元和能源网络之间的信息交互协议种类繁多，若仍采用传统的集中式和分层分布式的通信方式，将难以实现各个组成单元之间灵活有效的信息交互。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题：克服现有技术的不足，提供一种能源互联网物理信息系统的多源信息交互方法，采用发布订阅的通信机制，体现多种能源网络的对等、开放特性，通过统一建模的方式，实现物理信息系统各设备间、设备与服务器之间、以及服务器与服务器之间数据的交换、识别及控制；同时也能极大的简化物理信息系统中各个成员之间的通信逻辑，方便实现点对点，点对多点的通信会话，取代以往通过多条不同通信线路进行通信，极大的节约了成本，提高数据与信息交互的效率和可靠性，为能源互联网的多源协调优化提供基础支撑。

本发明的技术方案之：一种能源互联网物理信息系统的多源信息交互方法。能源互联网物理信息系统中各个组成单元之间通过发布订阅机制建立平等的通信连接，能源互联网物理信息系统中的组成单元包括能源互联网物理信息系统中任意一种能够独立完成功能的单元，可以为火电厂、风电场、风机、光伏电站、逆变器、能源网线路、数据采集装置、刀闸控制器、以及能源互联网中的计算中心、交易中心或控制中心；每个组成单元通过发布消息的方式与其他组成单元进行通信，步骤如下：

(1)在发布订阅服务器与组成单元之间完成通信协议的建立，从而完成发布订阅服务器与组成单元之间的通信建立；

(2)在通信建立后进行通信时，组成单元之间的信息交互通过发布订阅服务器中转，实现一对一、一对多、多对一的信息交互，组成单元与发布订阅服务器之间的通信通过二次握手协议保证数据的完整性；

(3)在通信建立后，通过发布订阅机制实现物理信息系统各组成部分间的信息交互。

步骤(1)中的通信协议为字符串的形式，通信协议内容各部分之间以“|”字符分隔，字符串的第一部分代表通信协议类型，后面的部分根据不同通信协议类型分别定义。通信协议格式包括命令信息协议格式、报警信息协议格式、实时数据信息协议格式和遥控数据信息协议格式；命令信息协议格式用于一个组成单元给另一个组成单元发送命令请求；报警信息协议格式用于组成单元向网络发布自身的报警信息，其中实时数据信息协议格式用于组成单元向能源互联网物理信息系统网络中其他组成单元发送实时测量数据，遥控数据信息协议格式用于组成单元请求控制另一组成单元；

命令信息协议格式为：“cmd|接收者name|发送者name|发送时间|命令名|命令参数”；

报警信息协议格式：“alarm|发送者name|报警时间|报警级别|报警内容”；

实时数据信息协议格式：“rtdata|接收者name|发送者name|发送时间|数据点名＝数据值；数据点名＝数据值；……；数据点名＝数据值”；

遥控数据信息协议格式：“rc|接收者name|发送者name|发送时间|遥控动作标识”。

步骤(2)中的二次握手协议包括：

(21)通过组成单元发送请求信号给发布订阅服务器，发布订阅服务器回应确认信号返回给组成单元，确保通信建立；

(22)组成单元发送固定长度数据包给发布订阅服务器，发布订阅服务器将收到的数据包返回给组成单元进行二次确认并返回确认信号；

(23)发布订阅服务器发送固定长度数据包给客户端，组成单元将收到的数据包返回给发布订阅服务器进行二次确认并返回确认信号。

所述(3)中，通过发布订阅机制实现物理信息系统各组成部分间的信息交互具体实现如下：

(1)各组成单元连接发布订阅服务器，并向发布订阅服务器订阅该各组成单元所关心的信息类型；信息类型具体包括命令、遥测、遥控、报警；

(2)发布订阅服务器接收到某信息类型的数据后，将信息转发给订阅了该类型信息的组成单元；

(3)组成单元接收到发布订阅服务器转发的信息后，对信息进行解析执行；

(4)组成单元在需要向能源互联网物理信息系统中一个或多个其他组成单元发送信息时，将信息按照通信协议中规定的格式进行封装，并发送给发布订阅服务器。

本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：

(1)本发明采用发布订阅的通信机制，体现多种能源网络的对等、开放特性，通过统一建模的方式，实现物理信息系统各设备间、设备与服务器之间、以及服务器与服务器之间数据的交换、识别及控制；同时也能极大的简化物理信息系统中各个成员之间的通信逻辑，方便实现点对点，点对多点的通信会话，取代以往通过多条不同通信线路进行通信，极大的节约了成本，提高数据与信息交互的效率和可靠性。

(2)本发明实现能源互联网物理信息系统中各组成单元间高效平等的信息交互，包括请求控制与发送数据等，便于系统中优化计算单元监听数据，为区域能源互联网多源协调优化提供支撑。

(3)通过统一的方式，实现了物理信息系统各设备间、设备与服务器之间、以及服务器与服务器之间数据的交换、识别及控制。

(4)物理信息系统中各个成员能够平等的发送与接收信息，互相交互与通信，从而便于物理信息系统中优化计算对系统中的数据进行监听，并可实现通过internet进行远程维护，监控，进一步提高了数据与信息交互的可靠性。

附图说明

图1为能源互联网物理信息系统示意图；

图2为本发明二次握手协议流程图；

图3为本发明信息交互的订阅发布机制。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

本发明的能源互联网物理信息系统的多源信息交互方法，可用于区域能源互联网及智能配电网的优化调度控制。本发明包括；

(1)能源互联网物理信息系统各组成单元，通过发布订阅机制建立平等的通信连接；

(2)通信过程中通过使用二次握手协议保证数据的完整性；

(3)发送者将需要交换的信息安装本文定义的格式封装成数据帧，并将数据帧通过下层传输协议发送给消息服务器。

(4)消息服务器根据数据帧中的接收者信息，将信息转发给接收者。

图1中给出了能源互联网物理信息系统示意图。

典型的能源互联网示意图如图1所示，包括物理层、信息层及应用层三层结构：

●底层为能源互联网的物理层，其主要强调的是在一个网络中实现各种能源形式物理流的互联互补互相转化。其中，网络内部的广泛互联互通是实现能源互联网的必由之路；各类能源系统间相互转换接口的建立则是多能源互联互补的物理基础。能源互联网物理层中的能源互联网物理信息系统组成单元包括：火电厂、大型风电场、大型光伏电站、核电站、分布式光伏、智能楼宇、电动汽车充电站、以及与之相连接的能源网络等物理系统。

●中间层为能源互联网的信息层，其主要从信息流的角度，强调“互联网+能源”。既包含能源系统的物理信息融合，也包含互联网商业模式融入能源行业等。能源互联网的信息层中的组成单元包括：生产侧的数据采集器、生产侧的系统控制器、用户侧的数据采集器、用户侧的控制器以及信息网络中的计算机、服务器等。

●最顶层为能源互联网的应用层，其主要强调以开放、互联、对等、共享等价值体系及其实现方式，实现对能源系统的结构、运行、设备形态的优化分析及高级决策。能源互联网的应用层中的组成单元包括计算中心、控制中心、交易中心中的数据采集器、运行控制器等。

如图2所示，通信建立后，使用二次握手协议保证数据的完整性，包括以下步骤：

(1)通过发送者发送请求信号给接收者，接收者回应确认信号返回给发送者，确保通信建立，避免浪费通信资源；

(2)发送者发送数据包给接收者，接收者将收到的数据包经过计算后返回校验码给发送者进行二次确认并返回确认信号；

(3)接收者发送数据包给发送者，发送者将收到的数据包经过计算后返回校验码给接收者进行二次确认并返回确认信号。

如图3所示，能源互联网物理信息系统中各个组成单元既可以作为发布者，同时也可以作为接收者与发布订阅服务器通信。

其作为发布者，可以发送数据、命令、报警等信息到发布订阅服务器，由发布订阅服务器将信息转发给所有订阅了该主题的接收者；组成单元作为接收者可以从发布订阅服务器订阅自己关心的主题，发布订阅服务器在收到该主题的信息时将信息实时转发到订阅了该主题的接收者端。

物理信息系统中各个成员均可同时作为发布者与接收者。各个成员处于平等的低位，通过发布订阅机制互相传递信息、发送命令、发送遥测数据与报警等信息。

例如：分布式光伏等发电单元，通过实时数据信息协议将自身的实时发电数据，如有功功率、无功功率、频率等数据发送到发布订阅服务器，发布订阅服务器会将该数据推送给订阅了该信息的系统组成单元，如计算中心、控制中心以及能源网络；分布式光伏等发电单元同时会将电压超限、设备异常等报警信息利用报警信息协议通过发布订阅服务器发布到信息网络中，控制中心收到该信息后，会跟据情况重新计算运行参数并将新的运行参数通过遥控数据信息协议，经发布信息服务器，发送给相关发电单元；将策略调整命令通过命令信息协议发送给相关发电单元。

计算中心通过订阅实时数据信息、报警信息接收网络中的各种信息并对大量数据进行处理，得出交易中心、控制中心所需的大数据计算结果，如网络损耗、最优电价、火电厂日前运行策略、智能设备参与负荷转移方案、削峰填谷方案等，并通过实时数据信息协议将计算结果发布到信息网络中。

控制中心通过订阅实时数据信息、报警信息获得能源网络中各个组成单元的运行状态，以及计算中心的优化计算结果，经过逻辑运算后，通过命令信息协议和遥控数据信息协议将控制信息发送到相关系统组成单元。

提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。