CN111049720A - 一种虚拟电厂能源管理平台 - Google Patents

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CN111049720A CN201911243043.1A CN201911243043A CN111049720A CN 111049720 A CN111049720 A CN 111049720A CN 201911243043 A CN201911243043 A CN 201911243043A CN 111049720 A CN111049720 A CN 111049720A
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Abstract

本发明提供了一种虚拟电厂能源管理平台，包括控制中心和被控设备群，通过在控制中心部署VPN服务器，并分别为控制中心的控制服务器和被控设备群的分布式能源设备客户端设置相应的VPN网关，从而使得分布式能源设备能够利用分布式能源设备客户端通过相应的VPN网关、VPN服务器以及控制服务对应的VPN网关与控制服务进行通信，利用VPN技术在公共网络上建立专用网络进行加密通信的特性，保证控制服务器与分布式能源设备客户端之间通信的安全性。

Description

一种虚拟电厂能源管理平台
技术领域
本发明涉及虚拟电厂技术领域，更具体的，涉及一种虚拟电厂能源管理平台。
背景技术
虚拟电厂是将分布式发电机组、可控负荷和分布式储能设施等能源形式有机结合，通过配套的调控技术、通信技术实现对各类分布式能源进行整合调控的载体，可以作为一个特殊电厂参与电网运行。虚拟电厂作为一种先进的区域性能量集中管理模式成为电力领域的最新发展趋势。
虚拟电厂的分布式发电机组、可控负荷和分布式储能设施分布区域较为分散，分布式发电机组、可控负荷和分布式储能设施与虚拟电厂能源管理平台之间无法通过专线网络进行通信，只能通过非专网，即公共网络进行通信，考虑到公共网络通信安全性较低，因此如何保证公共网络中的通信安全成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种虚拟电厂能源管理平台，通过VPN服务实现虚拟电厂能源管理平台在公共网络中的安全通信。
为了实现上述发明目的，本发明提供的具体技术方案如下：
一种虚拟电厂能源管理平台，包括：控制中心和被控设备群；
所述控制中心包括VPN服务器、控制服务器以及与所述控制服务器相对应的VPN网关；
所述被控设备群包括至少一个分布式能源设备客户端以及与所述分布式能源设备客户端对应的VPN网关，其中，各分布式能源设备客户端分别对应一个分布式能源设备组，所述分布式能源设备组中包含至少一个分布式能源设备；所述分布式能源设备客户端通过VPN网关、所述VPN服务器以及控制服务器对应的VPN网关与所述控制服务器进行通信。
优选的，所述分布式能源设备客户端对应的分布式能源设备组中包含的至少一个分布式能源设备的类型与该分布式能源设备组类型相同，所述至少一个分布式能源设备客户端对应的分布式能源设备组的类型各不相同。
优选的，所述分布式能源设备组中的分布式能源设备通过与其对应的分布式能源客户端VPN网关、所述VPN服务器以及控制服务器对应的VPN网关与所述控制服务器进行通信包括：
所述分布式能源设备客户端，向与其对应的VPN网关发送访问数据包，所述访问数据包包括所述分布式能源设备客户端对应的分布式能源设备组中的分布式能源设备的供能数据和用能数据，所述访问数据包的目标地址为所述控制服务器的IP地址；
所述分布式能源设备客户端对应的VPN网关，在确定需要对所述访问数据包进行VPN处理的情况下，对所述访问数据包进行封装，生成第一VPN数据包，并将封装后的所述访问数据包作为所述第一VPN数据包的负载，将所述第一VPN数据包发送到所述VPN服务器；
所述VPN服务器，用于将所述第一VPN数据包转发至所述控制服务器对应的VPN网关；
所述控制服务器对应的VPN网关，用于对所述第一VPN数据包进行解包处理，得到所述访问数据包，并将所述访问数据包发送至所述控制服务器。
优选的，所述控制服务器包括监视模块和预测模块；
所述监视模块，用于实时接收所述分布式能源设备客户端对应的分布式能源设备组中的分布式能源设备的供能数据和用能数据；
所述预测模块，用于从所述监视模块获取分布式能源设备的供能和用能的实时数据和历史数据，根据分布式能源设备的供能和用能的实时数据和历史数据获得下一控制周期内分布式能源设备的供能数据和用能数据。
优选的，所述控制中心还包括调度模块；
所述调度模块包括整体优化子模块，所述整体优化子模块用于接收所述预测模块发送的下一控制周期内分布式能源设备的供能数据和用能数据，并根据下一控制周期内分布式能源设备的供能数据和用能数据以及分布式能源设备的状态和成本信息进行出力组合优化，并向所述控制服务器发送出力组合优化结果。
优选的，所述控制服务器还包括优化模块和控制模块；
所述优化模块用于接收所述整体优化子模块发送的所述出力组合优化结果，并根据所述出力组合优化结果、外部环境约束条件和分布式能源设备的约束条件，生成控制指令；
所述控制模块用于向所述分布式能源设备客户端下发所述控制指令。
优选的，所述分布式能源设备组中的分布式能源设备通过与其对应的分布式能源客户端VPN网关、所述VPN服务器以及控制服务器对应的VPN网关与所述控制服务器进行通信，还包括：
所述控制服务器向对应的VPN网关发送指令数据包，所述指令数据包包括所述控制指令，所述指令数据包的目标地址为所述分布式能源设备客户端的IP地址；
所述控制服务器对应的VPN网关，用于在确定需要对所述指令数据包进行VPN处理的情况下，对所述指令数据包进行封装，生成第二VPN数据包，并将封装后的所述指令数据包作为所述第二VPN数据包的负载，将所述第二VPN数据包发送到所述VPN服务器；
所述VPN服务器，用于将所述第二VPN数据包转发至所述分布式能源设备客户端对应的VPN网关；
所述分布式能源设备客户端对应的VPN网关，用于对所述第二VPN数据包进行解包处理，得到所述指令数据包，并将所述指令数据包发送至所述分布式能源设备客户端。
优选的，还包括：与所述控制中心和被控设备群相连的网络时间协议NTP服务器。
优选的，所述VPN服务器和所述网络时间协议NTP服务器部署在云端。
优选的，所述分布式能源设备组的类型包括分布式发电设备组、分布式储能设备组和分布式可调节负荷设备组。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
本发明公开了一种虚拟电厂能源管理平台，包括控制中心和被控设备群，通过在控制中心部署VPN服务器，并分别为控制中心的控制服务器和被控设备群的分布式能源设备客户端设置相应的VPN网关，使分布式能源设备可以利用分布式能源客户端客户器端通过相应的VPN网关、VPN服务器以及控制服务对应的VPN网关与控制服务进行通信，利用VPN技术在公共网络上建立专用网络进行加密通信的特性，保证控制服务器与分布式能源设备客户端之间通信的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种虚拟电厂能源管理平台的结构示意图；
图2为本发明实施例公开的另一种虚拟电厂能源管理平台的结构示意图；
图3为本发明实施例公开的另一种虚拟电厂能源管理平台的结构示意图；
图4为本发明实施例公开的一种分布式能源设备客户端向控制服务器发送分布式能源设备的供能数据和用能数据的实现方法的流程示意图；
图5为本发明实施例公开的一种控制服务器向分布式能源设备下发控制指令的实现方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种用于部署在虚拟电厂中的电网侧和设备层之间的虚拟电厂能源管理平台，考虑到现有虚拟电厂设备层中的分布式发电机组、可控负荷和分布式储能设施与虚拟电厂能源管理平台之间无法通过专线网络进行通信，通信安全性较低的问题，提供了一种虚拟电厂能源管理平台，利用VPN技术在公共网络上建立专用网络进行加密通信的特性，提高通信的安全性。
具体的，请参阅图1，本实施例公开的虚拟电厂能源管理平台包括控制中心和被控设备群。
其中，控制中心包括VPN服务器、控制服务器以及与控制服务器相对应的VPN网关。
优选的，控制中心与被控设备群之间的物理距离较远，且虚拟电厂需要满足电力系统的安全稳定运行，VPN服务器部署在云端(公有云或私有云)。
被控设备群包括至少一个分布式能源设备客户端以及与所述分布式能源设备客户端对应的VPN网关，其中，各分布式能源设备客户端分别对应一个分布式能源设备组，所述分布式能源设备组中包含至少一个分布式能源设备。其中，分布式能源设备客户端部署在分布式能源设备上，分布式能源设备组可以包括多个类型，例如分布式发电设备组、分布式可调节负荷设备组和分布式储能设备组等，进一步，分布式发电设备组又可以为分布式光伏发电设备组、分布式风力发电设备组等，本实施例中分布式能源设备组为多个时，其类型可以相同也可以各不相同，每个分部式能源设备组中的分布式能源设备的类型均相同。
也就是说，本实施例所公开的虚拟电厂能源管理平台所对应的设备层中的分布式能源设备可以采用用户分组技术进行分组，请参阅图2中所示，根据分布式能源设备的类型，将其划分为多个分布式能源设备组，或者，也可以称为用户组，每个分布式能源设备组中包含的能源设备的类型相同，每个分布式能源设备组对应一个分布式能源设备客户端，也就是说，在分布式能源设备客户端向控制服务器发送数据包时，每个分布式能源设备客户端将一组相同类型的能源设备的状态数据和事件数据发送给控制服务器，如多个分布式光伏发电设备组成光伏用户组，多个分布式储能设备组成储能用户组，多个可调节负荷设备组成可调节负荷用户组。
在本实施例中，采用用户分组技术对多个用户按照设备类型进行分组，并为每个分布式能源设备组设置一个分布式能源设备客户端，能够实现信息的有效传递，分布式能源设备客户端可以将本组中的各个设备的数据进行处理传输。并且可以实现对接入和退出虚拟电厂系统的分布式资源进行有序分类和管理，所有的用户特征，如设备可用性、设备参数和设备运行状态等信息全部可由预先创建的用户资源库进行存储和整理。当有用户发生变更时，无论是新用户加入，还是用户退出，都可创建相应的机制来实现，并且，该操作都是针对该用户组进行的操作，无需影响整个设备层，便于对用户的管理。进一步的，由于每一组中的能源设备的类型是相同的，在调度时对同类资源进行可利用性的评估分析和快速响应。
在申请公开的实施例中，分布式能源设备客户端通过相应的VPN网关、VPN服务器以及控制服务器对应的VPN网关与控制服务器进行通信。
虚拟电厂能源管理平台，包括控制中心和被控设备群，通过在控制中心部署VPN服务器，并分别为控制中心的控制服务器和被控设备群的分布式能源设备客户端设置相应的VPN网关，使分布式能源设备客户器端通过相应的VPN网关、VPN服务器以及控制服务对应的VPN网关与控制服务进行通信，利用VPN技术在公共网络上建立专用网络进行加密通信的特性，保证控制服务器与分布式能源设备客户端之间通信的安全性。
在实现虚拟电厂管理平台中控制服务器与分布式能源设备客户端之间安全通信的基础上，本实施例对虚拟电厂能源管理平台中控制中心与被控设备群的功能和结构进行进一步说明，具体的，请参阅图3，图3为虚拟电厂能源管理平台的结构示意图。
控制中心还包括调度模块，调度模块包括整体优化子模块，需要说明的是，为了满足控制中心与上层电网层的交互需求，调度模块还可以包括交易子模块，用于实现电力交易功能。
控制服务器包括监视模块、预测模块、优化模块和控制模块。
在实际应用中，分布式能源设备客户端用于将相应的分布式能源设备的供能数据和用能数据实时发送至控制服务器中的监视模块。
分布式能源设备客户端还用于将相应的分布式能源设备的状态信息发送至控制服务器的监视模块，其中，分布式能源设备的状态信息包括：故障状态信息、停机状态信息和运行状态信息。
分布式能源设备客户端还用于将相应的分布式能源设备的调度计划执行情况发送至控制服务器的监视模块。
上述分布式能源设备的供能数据和用能数据、分布式能源设备的状态信息以及分布式能源设备的调度计划执行情况都属于状态信息，这类信息以定时轮询机制执行。分布式能源设备还可以向控制服务器发送事件信息，如告警和故障信息，这类信息以触发机制执行。
控制服务器的监视模块实时接收分布式能源设备客户端对应的分布式能源设备的供能数据、用能数据以及状态信息，并将分布式能源设备客户端对应的分布式能源设备的供能数据、用能数据以及状态信息发送至预测模块。
预测模块从监视模块获取分布式能源设备的供能和用能的实时数据和历史数据、以及分布式能源设备的状态信息，根据分布式能源设备的供能和用能的实时数据和历史数据获取下一控制周期内分布式能源设备的供能数据和用能数据，并将下一控制周期内分布式能源设备的供能数据和用能数据以及分布式能源设备的状态信息发送至调度模块的整体优化子模块。
其中，获取下一控制周期内分布式能源设备的供能数据和用能数据的过程通常由预测方法实现，而预测方法可以有多种实现方式，如预先利用分布式能源设备的供能和用能的历史数据作为训练样本，对机器学习模型进行训练得到预测模型，利用预测模型预测下一控制周期内分布式能源设备的供能数据和用能数据，或者利用回归模型等计算模型预测下一控制周期内分布式能源设备的供能数据和用能数据。
调度模块的整体优化子模块接收预测模块发送的下一控制周期内分布式能源设备的供能数据和用能数据以及分布式能源设备的状态信息，并根据下一控制周期内分布式能源设备的供能数据和用能数据以及分布式能源设备的状态和成本信息进行出力组合优化，并向控制服务器的优化模块发送出力组合优化结果。
控制服务器的优化模块接收整体优化子模块发送的出力组合优化结果，并根据出力组合优化结果、外部环境约束条件和分布式能源设备的约束条件，生成控制指令，并将控制指令发送至控制模块。
控制模块用于向的分布式能源设备客户端下发该控制指令。
需要说明的是，调度模块的整体优化子模块是基于根据下一控制周期内分布式能源设备的供能数据和用能数据以及分布式能源设备的状态和成本信息，以收益最大化为优化目标，进行出力组合优化。而控制服务器的优化模块在出力组合优化结果的基础上，再集合实际情况，即外部环境约束条件(如停电通知)和分布式能源设备的约束条件(设备的出力时段、最大出力功率等)，进一步对出力组合优化结果进行调整，生成控制指令。
还需要说明的是，上述分布式能源设备客户端向控制服务器发送分布式能源设备的供能数据和用能数据，以及控制服务器向分布式能源设备下发控制指令都是通过相应的VPN网关和VPN服务器实现的。
具体的，请参阅图4，以分布式能源设备客户端向控制服务器发送分布式能源设备的供能数据和用能数据的实现过程为例，分布式能源设备组中的分布式能源设备通过与分布式能源设备组对应的分布式能源客户端VPN网关、所述VPN服务器以及控制服务器对应的VPN网关与所述控制服务器进行通信的过程如下：
S401：分布式能源设备客户端向相应的VPN网关发送访问数据包，访问数据包包括分布式能源设备客户端对应的分布式能源设备的供能数据和用能数据，访问数据包的目标地址为控制服务器的IP地址；
S402：分布式能源设备客户端对应的VPN网关在确定需要对访问数据包进行VPN处理的情况下，对访问数据包进行封装，生成第一VPN数据包，并将封装后的访问数据包作为第一VPN数据包的负载，将第一VPN数据包发送到VPN服务器；
S403：VPN服务器将第一VPN数据包转发至控制服务器对应的VPN网关；
S404：控制服务器对应的VPN网关对第一VPN数据包进行解包处理，得到访问数据包，并将访问数据包发送至控制服务器。
请参阅图5，控制服务器向分布式能源设备下发控制指令的实现过程如下：
S501：控制服务器向相应的VPN网关发送指令数据包，指令数据包包括控制指令，指令数据包的目标地址为分布式能源设备客户端的IP地址；
S502：控制服务器对应的VPN网关在确定需要对指令数据包进行VPN处理的情况下，对指令数据包进行封装，生成第二VPN数据包，并将封装后的指令数据包作为第二VPN数据包的负载，将第二VPN数据包发送到VPN服务器；
S503：VPN服务器将第二VPN数据包转发至分布式能源设备客户端对应的VPN网关；
S504：分布式能源设备客户端对应的VPN网关对第二VPN数据包进行解包处理，得到指令数据包，并将指令数据包发送至分布式能源设备客户端。
进一步的，为了更好的提升虚拟电厂能源管理平台的稳定性和可靠性，本申请实施例公开的虚拟电厂能源管理平台还包括：与所述控制中心和被控设备群相连的网络时间协议NTP服务器。为了保证网络时间协议NTP服务器的安全稳定运行，NTP服务器部署在云端(公有云或私有云)。
NTP服务器提供准确时间，首先要有准确的时间来源，这一时间应该是国际标准时间(UTC)。NTP服务器获得UTC的时间来源包括原子钟、天文台、卫星，也可以从Internet上获取，在NTP服务器的协助下，虚拟电厂能源管理平台能够保证时间的同步性，从而提升了平台的可靠性和性能的稳定。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种虚拟电厂能源管理平台，其特征在于，包括：控制中心和被控设备群；
所述控制中心包括VPN服务器、控制服务器以及与所述控制服务器相对应的VPN网关；
所述被控设备群包括至少一个分布式能源设备客户端以及与所述分布式能源设备客户端对应的VPN网关，其中，各分布式能源设备客户端分别对应一个分布式能源设备组，所述分布式能源设备组中包含至少一个分布式能源设备；所述分布式能源设备客户端通过VPN网关、所述VPN服务器以及控制服务器对应的VPN网关与所述控制服务器进行通信。
2.根据权利要求1所述的虚拟电厂能源管理平台，其特征在于，所述分布式能源设备客户端对应的分布式能源设备组中包含的至少一个分布式能源设备的类型与该分布式能源设备组类型相同，所述至少一个分布式能源设备客户端对应的分布式能源设备组的类型各不相同。
3.根据权利要求2所述的虚拟电厂能源管理平台，其特征在于，所述分布式能源设备组中的分布式能源设备通过与其对应的分布式能源客户端VPN网关、所述VPN服务器以及控制服务器对应的VPN网关与所述控制服务器进行通信包括：
所述分布式能源设备客户端，向与其对应的VPN网关发送访问数据包，所述访问数据包包括所述分布式能源设备客户端对应的分布式能源设备组中的分布式能源设备的供能数据和用能数据，所述访问数据包的目标地址为所述控制服务器的IP地址；
所述分布式能源设备客户端对应的VPN网关，在确定需要对所述访问数据包进行VPN处理的情况下，对所述访问数据包进行封装，生成第一VPN数据包，并将封装后的所述访问数据包作为所述第一VPN数据包的负载，将所述第一VPN数据包发送到所述VPN服务器；
所述VPN服务器，用于将所述第一VPN数据包转发至所述控制服务器对应的VPN网关；
所述控制服务器对应的VPN网关，用于对所述第一VPN数据包进行解包处理，得到所述访问数据包，并将所述访问数据包发送至所述控制服务器。
4.根据权利要求3所述的虚拟电厂能源管理平台，其特征在于，所述控制服务器包括监视模块和预测模块；
所述监视模块，用于实时接收所述分布式能源设备客户端对应的分布式能源设备组中的分布式能源设备的供能数据和用能数据；
所述预测模块，用于从所述监视模块获取分布式能源设备的供能和用能的实时数据和历史数据，根据分布式能源设备的供能和用能的实时数据和历史数据获得下一控制周期内分布式能源设备的供能数据和用能数据。
5.根据权利要求4所述的虚拟电厂能源管理平台，其特征在于，所述控制中心还包括调度模块；
所述调度模块包括整体优化子模块，所述整体优化子模块用于接收所述预测模块发送的下一控制周期内分布式能源设备的供能数据和用能数据，并根据下一控制周期内分布式能源设备的供能数据和用能数据以及分布式能源设备的状态和成本信息进行出力组合优化，并向所述控制服务器发送出力组合优化结果。
6.根据权利要求5所述的虚拟电厂能源管理平台，其特征在于，所述控制服务器还包括优化模块和控制模块；
所述优化模块用于接收所述整体优化子模块发送的所述出力组合优化结果，并根据所述出力组合优化结果、外部环境约束条件和分布式能源设备的约束条件，生成控制指令；
所述控制模块用于向所述分布式能源设备客户端下发所述控制指令。
7.根据权利要求3-6中任意一项所述的虚拟电厂能源管理平台，其特征在于，所述分布式能源设备组中的分布式能源设备通过与其对应的分布式能源客户端VPN网关、所述VPN服务器以及控制服务器对应的VPN网关与所述控制服务器进行通信，还包括：
所述控制服务器向对应的VPN网关发送指令数据包，所述指令数据包包括所述控制指令，所述指令数据包的目标地址为所述分布式能源设备客户端的IP地址；
所述控制服务器对应的VPN网关，用于在确定需要对所述指令数据包进行VPN处理的情况下，对所述指令数据包进行封装，生成第二VPN数据包，并将封装后的所述指令数据包作为所述第二VPN数据包的负载，将所述第二VPN数据包发送到所述VPN服务器；
所述VPN服务器，用于将所述第二VPN数据包转发至所述分布式能源设备客户端对应的VPN网关；
所述分布式能源设备客户端对应的VPN网关，用于对所述第二VPN数据包进行解包处理，得到所述指令数据包，并将所述指令数据包发送至所述分布式能源设备客户端。
8.根据权利要求1所述的虚拟电厂能源管理平台，其特征在于，还包括：与所述控制中心和被控设备群相连的网络时间协议NTP服务器。
9.根据权利要求1和8所述的虚拟电厂能源管理平台，其特征在于，所述VPN服务器和所述网络时间协议NTP服务器部署在云端。
10.根据权利要求2所述的虚拟电厂能源管理平台，其特征在于，所述分布式能源设备组的类型包括分布式发电设备组、分布式储能设备组和分布式可调节负荷设备组。
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