基于智能节点重叠网的电力系统和信息系统联合调度系统的制作方法

本发明提出基于智能节点重叠网的电力系统和信息系统联合调度系统，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系统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系统的重要特征。但是可再生能源也往往具有较强的不确定性，这使得电力系统的供电可靠性缺乏保障。为了克服这种不确定性，电力系统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，从而为电力系统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系统负荷，正逐渐成为电力系统的重要负荷。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系统的调度，为电力系统的调度提供灵活性。

但电力系统和信息系统的联合调度在信息交互与网络架构上还存在以下问题：

(1)电力系统和信息系统在通信协议和数据结构上存在差异。电力系统中常用的通信协议为全局性协议，如用于变电站的iec61850协议，用于配电自动化的iec61334协议等，而目前应用于信息系统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，电力系统中使用的数据大多是电力系统的状态变量，属于数组结构，而信息系统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系统和信息系统的计算负担。为了对系统状态进行实时地分析与处理，实现电力系统和信息系统的联合调度，往往需要加装复杂的信息处理装置与策略控制装置。若在电力系统和信息系统中加装上述装置，则由于电力系统也肩负着实时检测系统频率稳定、监控系统线路潮流越限情况等职能，同时信息系统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系统和信息系统的计算负担，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系统和信息系统的联合调度。

技术实现要素：

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系统和信息系统联合调度系统。本发明打破了电力系统和信息系统在通信协议和数据类型等方面的隔阂，实现电力系统和信息系统的交互感知与互动；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系统和信息系统中抽取，降低电力系统和信息系统的通信和计算压力，提高整体系统的可靠性；同时本发明能够实现电力系统和信息系统的联合调度运行，充分发挥计算负荷的高效快速灵活的调配能力，提高电力系统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系统和信息系统联合调度系统，其特征在于，包括n个相互连接的智能节点，n＝ng+ni，其中ng为电力系统中能量调度单元的个数，ni为信息系统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、电力系统交互端口、信息系统交互端口；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系统和信息系统本地最优联合调度控制策略并接收其他智能节点的电力系统和信息系统本地最优联合调度控制策略；所述电力系统交互端口与电力系统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，用于获取电力系统的网络拓扑信息、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；同时电力系统交互端口与所有电力系统能量调度单元相连，用于向每一个电力系统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系统对应的发电调度控制策略；所述信息系统交互端口与信息系统中的每个信息管理系统分别相连，用于从信息管理系统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；同时信息系统交互端口与每个信息系统计算负荷调度单元分别相连，用于向每个信息系统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系统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、电力系统交互端口和信息系统交互端口相连，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；从电力系统交互端口接收电力系统的网络拓扑信息、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，生成电力系统融合参数集；从信息系统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，生成信息系统融合参数集；

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、电力系统融合参数集和信息系统融合参数集并存储；

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、电力系统交互端口和信息系统交互端口通相连，用于接收数据存储模块发送的电力系统融合参数集、信息系统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系统融合参数集和信息系统融合参数集，通过分布式优化求解得到电力系统中各台发电机的发电调度控制策略和信息系统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系统和信息系统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系统融合参数集和信息系统融合参数集，更新本智能节点的本地最优联合调度控制策略，直至智能本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系统交互端口发送给电力系统中的电力系统能量调度单元，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系统交互端口发送给信息系统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系统和信息系统联合调度系统，打破了电力系统和信息系统在通信协议和数据类型等方面的隔阂，实现了电力系统和信息系统的交互感知和互动；本发明通过建立智能节点重叠网，对电力系统和信息系统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系统和信息系统中抽取，降低电力系统和信息系统的通信和计算压力，提高整体系统的可靠性；同时本发明通过智能节电重叠网的计算与处理能力，实现电力系统和信息系统的联合调度运行，充分发挥计算负荷的高效快速灵活的调配能力，提高电力系统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系统和信息系统这两个不同系统的感知、通信与交互；

2.本发明提出的智能节点可对电力系统和信息系统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，从而降低电力系统和信息系统的计算和通信负担；

3.本发明可作为电力系统和信息系统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系统运行的经济性和可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例的系统结构示意图。

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系统和信息系统联合调度系统，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系统和信息系统联合调度系统，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为电力系统中能量调度单元的个数，ni为信息系统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、电力系统交互端口、信息系统交互端口；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系统和信息系统本地最优联合调度控制策略并接收其他智能节点的电力系统和信息系统本地最优联合调度控制策略，实现各个智能节点间的电力系统和信息系统本地最优联合调度控制策略的相互传输；所述电力系统交互端口与电力系统中所有数据采集与监视控制模块(supervisorycontrolanddataacquisition,scada)、同步相量测量装置(phasormeasurementunit,pmu)通过光纤传输线分别相连，用于从电力系统获取电力系统的网络拓扑信息、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；同时电力系统交互端口也与电力系统中所有电力系统能量调度单元相连，用于向每一个电力系统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系统对应的发电调度控制策略；所述信息系统交互端口与信息系统中的所有信息管理系统通过光纤传输线分别相连，，不失一般性地，本发明中的信息系统是指由数据中心、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系统组成的系统进行阐述，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系统划分为多个信息子系统。信息系统交互端口用于从信息管理系统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；同时信息系统交互端口与每个信息系统计算负荷调度单元分别相连，用于向每个信息系统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系统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，电力系统交互端口和信息系统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，从电力系统交互端口接收从电力系统中的scada和pmu接收的电力系统的网络拓扑信息、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，从信息系统交互端口接收从信息系统中的信息管理系统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系统中的scada和pmu测量装置接收的电力系统的网络拓扑信息、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，得到电力系统融合参数集；数据融合汇聚模块对接收到的信息系统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，得到信息系统融合参数集；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、电力系统融合参数集和信息系统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、电力系统融合参数集和信息系统融合参数集并存储；

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、电力系统交互端口和信息系统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系统融合参数集、信息系统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系统和信息系统的联合调度模型，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，也可把电力系统和信息系统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系统融合参数集和信息系统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系统中各台发电机的发电调度控制策略和信息系统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系统和信息系统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系统融合参数集和信息系统融合参数集，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系统交互端口发送给对应的电力系统能量调度单元，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系统交互端口发送给对应的信息系统计算负荷调度单元。

本发明中，每个智能节点各自生成整个电力系统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。

本发明系统工作原理如下：

本发明中重叠网的功能是电力系统和信息系统信息的实时提取、交互和处理。本发明系统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系统和信息系统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系统交互端口利用61850通信协议与电力系统中所有的scada、pmu进行通信，用于从电力系统获取电力系统的网络拓扑信息、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系统交互端口利用互联网技术与信息系统中所有的信息管理模块进行通信，用于从信息系统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，所述电力系统和信息系统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系统的网络拓扑信息、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，得到电力系统融合参数集；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系统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，得到信息系统融合参数集；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，并将电力系统融合参数集、信息系统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系统融合参数集、信息系统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，然后将电力系统融合参数集、信息系统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系统融合参数集、信息系统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，并将电力系统融合参数集和信息系统融合参数集作为电力系统和信息系统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系统中各台发电机的发电调度控制策略和信息系统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系统和信息系统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系统融合参数集和信息系统融合参数集，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系统交互端口发送给电力系统中对应的电力系统能量调度单元，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系统交互端口发送给信息系统中对应的计算负荷调度单元，从而实现电力系统和信息系统的联合调度运行。