CN113036756B - 一种微电网去中心化的组网系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微电网技术，公开了一种微电网去中心化的组网系统及方法，可以根据微电网内各节点的潮流模型和告警实时变化进行微电网组网，使得在现有的运行模式、计算处理能力和传输效率下，解决现有微电网涵盖节点范围和运行方式固定带来的问题。该组网系统包括：组网节点、节点组网主机和微电网组网主站；节点组网主机通过节点参数设置潮流模型，同时根据事件分类等级，接收节点内设备的实时告警事件数据，通过判断这些数据对节点潮流变化的影响生成潮流变更模型，将节点潮流模型、节点潮流变更模型和组网闭锁信息进行并通过预设计算、加密后上送至微电网组网主站，主站通过智能合约判断组网方式，向关联的节点组网主机下发组网、离网再组网命令。

Description

一种微电网去中心化的组网系统及方法

技术领域

本发明涉及微电网技术，具体涉及一种微电网去中心化的组网系统及方法。

背景技术

微电网在投入使用之初，被看作解决实时变化的分布式电源和用户负荷的重要方式，但是近年来却遇到发展阻力。目前，微电网采取以中心主站作为运行核心的方式，通过将电网内各运行节点(分布式电源、储能设备、发电厂、变电站和用户负荷等)的模型信息和实时告警信号上传至相关中心单位的方式，由中心单位根据相关信息信号来判断运行方式并下达操作指令。这种运行模式使得微电网系统需要在建立之初就必须确定具体的规模，比如主站的大致管理范围及系统内涵盖哪些分布式电源、储能设备、用户负荷等微电网节点。这使得微电网的运行方式和组成被严格固定，实际上无法实现微电网的初衷，即各类实时变化难以精确预测的分布式电源、储能设备、发电厂、变电站和用户负荷在满足运行条件时以节点为单位组合成范围不一的多个独立微电网运行。

这种运行方式目前无法实现，主要是因为微电网内各节点始终需要保持由中心单位统一调度和操作，这意味着需要各运行节点将其数万条各类模型信息和实时告警信号全部经由节点主机传送至主站，由主站进行操作等指令的发出。受限于运行方式、计算处理能力和信息信号的传输能力，无法及时地根据设备告警信息去判断各节点潮流、电压等参数和模型变化，各节点也无法由于这些变化快速地从所在微电网系统中离网再组网，事实上造成了节点无法同时满足以中心单位为运行核心和微电网内各节点自组网的运行方式。无法达到改善电能质量、提高电网弹性的作用，更无法实现不同区域间能量协调互动和负荷的主动调控，能源总体利用率差，最终无法满足实现能源互联网中不同规模微电网及节点的扩容和互联的深层次需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种微电网去中心化的组网系统及方法，可以根据微电网内各节点的潮流模型和告警实时变化进行微电网组网，使得在现有的运行模式、计算处理能力和传输效率下，解决现有微电网涵盖节点范围和运行方式固定带来的问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

一方面，本发明提出一种微电网去中心化的组网系统，包括：组网节点、节点组网主机和微电网组网主站；所述节点组网主机与组网节点一一对应设置，且所述节点组网主机连接微电网组网主站；

所述节点组网主机，用于根据节点内设备设置节点初始状态潮流模型，并根据告警事件分类等级接收节点内设备的信息信号，判断信息信号类型对节点潮流变化的影响，生成实时变化的节点潮流变更模型；还用于与微电网组网主站之间建立节点闭锁网络，通过软硬件专用闭锁模块和自动化闭锁装置完成节点内设备的防误、电磁闭锁和机械闭锁的系统设置，并结合微电网组网主站的授权情况判断节点内可组网的设备范围；还用于对节点初始状态潮流模型、节点潮流变更模型和组网闭锁信息进行统一标记并通过预设计算、加密后上送至微电网组网主站，根据微电网组网主站的离网、组网命令控制节点内设备完成相应操作；

所述微电网组网主站配置有组网智能合约服务器，以储存微电网组网智能合约，管理链上代码，更新平台升级；所述微电网组网主站用于解密区域内各节点初始状态潮流模型，通过智能合约判断组网方式，向各节点组网主机下发组网授权，同时解密实时潮流变更模型和各节点组网闭锁信息，根据实时潮流变更模型和智能合约预设判断组网方式的变更，并下发命令至相关的节点组网主机。

作为进一步优化，所述节点组网主机与组网智能合约服务器之间配置有两条独立的区块链，其中，非实时的节点初始状态潮流模型通过一条独立的区块链传送，实时变化的中心单位授权、节点潮流变更模型、组网和离网方案通过另一条独立的区块链传送。

作为进一步优化，所述区块链为私有链或联盟链。

作为进一步优化，所述微电网组网主站还配置有组网应用层服务器，用以满足微电网在能源互联网中的调度应用，比如需求侧响应、资源交易等。

作为进一步优化，所述节点内设备包括一次设备、二次设备和智能辅助设备。

作为进一步优化，所述节点初始状态潮流模型包括：节点进线及负荷在区域内的相对位置和数值。

另一方面，本发明提出一种微电网去中心化的组网方法，包括：

节点组网主机通过节点参数设置初始状态潮流模型；

节点组网主机根据事件分类等级，接收相应节点内设备的信息信号，通过判断信息信号对节点潮流变化的影响生成潮流变更模型；

节点组网主机将节点初始状态潮流模型、节点潮流变更模型和组网闭锁信息进行统一标记并通过预设计算、加密后上送至微电网组网主站；

微电网主站解密节点组网主机上送的信息后通过智能合约判断组网方式，向关联的节点组网主机下发组网、离网再组网命令；

相关节点组网主机根据收到的命令控制节点内关联设备完成相应操作。

作为进一步优化，所述通过预设计算、加密具体包括：

对节点初始状态潮流模型、节点潮流变更模型和组网闭锁信息分别打包标记，通过哈希计算将打包标记后的数据与随机数、Merkle根内容共同组合转化为特定长度的字符串，并通过非对称加密算法，制作加密字符串。

作为进一步优化，该方法还包括：

微电网组网智能合约在判断部分设备满足组网要求后，通过并行处理的方式，对每一个微电网数据进行切片管理，每条分片单独解密相关节点的潮流变更模型和闭锁参数，共享智能合约离网及再组网方案。

作为进一步优化，所述节点组网主机接收节点内设备的信息信号，对于采集的信息信号采用重要性相关性分类的方式进行传输管控，传输数据分为以下类别：

第一类：组网级数据，包括节点内各设备的潮流参数；

第二类：变更级数据，包括影响节点内设备，从而影响节点潮流的信号数据；

第三类：中心级数据，包括调度中心操作指令、定值修改、综合分析数据信号。

本发明的有益效果是：

通过以微电网范围内各发电厂、变电站、无功补偿设备、分布式电源、用户负荷等作为节点单位的方式，建立去中心化组网系统。根据节点参数、事件告警和中心单位运行要求实时分发节点潮流模型。组网服务器管理智能合约，建立节点组网逻辑，判断组网方式和范围，通过专用主机和链区通道，实时传输组网和离网再组网方案。

该系统中各节点数据传输任务明确，计算处理体量小，对各类实时事件响应速度快，组网、离网再组网方式逻辑清晰，可以同时满足中心单位运行要求和去中心化组网目标，真正意义上实现了微电网的改善电能质量、提高弹性的作用，从节点层完善了多微电网互联集成的方案，从而满足需求侧响应、资源交易等能源互联的深层需求。

附图说明

图1为本发明一种实施例中的微电网去中心化的组网系统示意图；

图2为本发明的事件分类逻辑示意图。

具体实施方式

本发明旨在提出一种微电网去中心化的组网系统，可以根据微电网内各节点的初始状态潮流模型、节点内设备运行状态和告警实时变化进行微电网组网，使得在现有的运行模式、计算处理能力和传输效率下，解决现有微电网涵盖节点范围和运行方式固定带来的问题。

本发明中，通过将微电网内各组网节点如发电厂、分布式电源、变电站、用户负荷、无功补偿、储能设备等视为独立单元的方式，对各个组网节点设置节点组网主机。节点组网主机通过节点参数设置初始状态潮流模型，同时根据事件分类等级，接收相应一次设备，二次保护、测控装置，智能辅助等设备的实时告警事件数据，通过判断这些数据对节点潮流变化的影响生成潮流变更模型，将节点初始状态潮流模型、节点潮流变更模型和组网闭锁信息进行并通过预设计算、加密后上送至微电网组网主站，微电网主站解密信息后通过智能合约判断组网方式，向关联的节点组网主机下发组网、离网再组网命令，从而，相关节点组网主机根据收到的命令控制节点内设备完成相应操作。

在具体实施上，一种实施例中的微电网去中心化的组网系统结构如图1所示，其包括：

组网节点：组网节点包括节点内设备(一次设备)、节点内保护控制装置(二次设备)和节点内其它智能辅助设备，这些节点根据预设告警等级类别传输实时信号，接收相关指令，同时作为组网指令的最后一个环节和实时告警信息发起的第一个环节。这些组网节点通过节点控制层网络连接节点组网主机，同时，经节点通讯网关机连接中心运行主站。

节点组网主机：区域内各节点设置对应节点组网主机，节点组网主机根据节点内设备设置节点的初始状态潮流模型，对于发电厂、发电机等节点来说，需涵盖其连接母线编号，其有功功率、功率因数、惯性常数等基本参数。对于负荷节点来说，需涵盖其连接母线编号，其常规功率参数等。对于变电站区域节点来说，需涵盖其连接母线编号，两端电压及站内损耗等。对无功补偿节点来说，需涵盖其连接母线编号，其满载容量等。此外，各节点相连的线路损耗也需预设在该微电网的初始状态潮流模型中。

同时节点组网主机通过接收节点内一次设备、二次设备信息信号变化，判断信息信号类型对节点潮流变化的影响，生成实时变化的节点潮流变更模型。此时节点组网主机不再输出预设模型的节点参数，如各节点连接的母线编号，常规参数如变电站电压等级等。仅输出影响该节点组网的实时参数，对发电厂、发电机节点来说，需涵盖其实时投入的有功功率、无功功率、暂态电抗等参数。对于负荷节点来说，涵盖其实时有功及无功功率等，此外，负荷节点的潮流变更模型也需要输出其相连的母线电压及电压相角。

另外，通过与节点原调度主机的连接组建该节点组网闭锁网络，由调度主站确认授权节点组网权限，保证中心化运行优先性，满足运维及检修各种运行需求。

微电网组网主站：在区域内设置微电网组网主站，并配置专用服务器，储存微电网组网智能合约，管理链上代码，更新平台升级，同时，在主站配置组网应用层服务器，满足微电网在能源互联网中的调度应用，比如需求侧响应、资源交易等。

在本发明中，节点组网主机储存初始状态潮流模型，对预设节点初始状态潮流模型、实时潮流变更模型和组网闭锁信息分别打包标记，通过哈希计算将打包标记后的数据与随机数、Merkle根内容共同组合转化为特定长度的字符串，并通过非对称加密算法，制作加密字符串，将这些信息通过区块链网络上送至微电网组网主站。在加密方式上，本发明通过智能合约调用系统公钥，对哈希计算获得的字符串进行加密生成密文，并使用属性、私钥、策略、密文互相嵌套的方式加密，以此满足大量节点的多层级访问控制。私钥可以通过密钥生成算法(SHA256 Hash算法、Base58转换等)计算。

微电网组网主站解密区域内各节点初始状态潮流模型，通过智能合约判断组网方式，向各节点组网主机下发组网授权。同时解密实时潮流变更模型和各节点组网闭锁信息，根据潮流变更模型和智能合约预设判断组网方式的变更，并下发组网、离网等命令至相关数个节点组网主机。组网主机通过控制联动节点内设备装置完成组网、离网操作命令。

本发明采取以太坊智能合约作为组网、离网的自判断技术手段，在应用层面系统可以直接完善需求侧管理、分布式电源竞价等能源物联网的深层需求，在分布式电源运行满足负荷所需时，通过离网再组网的方式实时调整电压与负荷改变微电网运行范围或分为数个小型微电网分别运行。中心单位运行优先于去中心化组离网，保证关键负荷不失电。通过去中心化的方式完善了微电网节点扩展，增强了电网运行的弹性。数据可从源头读取，智能合约直接调用，高安全不可篡改。进入组网状态后通过网络切片并行处理各微电网信息，共享智能合约方案，微电网内各节点实时潮流变更模型可被单独储存和调用，物理位置明确，架构清晰。在传输时配置两条专用私有链，将非实时数据与实时变更初始状态潮流模型分别传输与解密，智能合约进行组网预判，减小处理数据量，提高相应速度，满足及时性。

节点内组网主机制作节点闭锁网络，通过软硬件专用闭锁模块和自动化闭锁装置完成节点内设备的防误、电磁闭锁和机械闭锁的系统设置，并结合中心单位授权情况判断节点内可组网的设备范围。满足检修、调度中心单位运行优先，该网络使得区域内设备相互闭锁逻辑可以经加密直接向智能合约发出信号，保持投退范围一致。

节点主机通过采集一次设备、二次保护监控装置及智能辅助设备各信号制作预设节点初始状态潮流模型及实时潮流变更模型，将节点内大量实时告警事件直接反映在模型上，实时告警事件无需由主机上传至链端，大量减少了传输数据量和处理量。如果节点内潮流变化，则直接由智能合约判断是否需要更改微电网组网方案，实时满足负荷要求。同时，火灾报警、外物入侵告警等设备的严重告警事件可直接影响节点内大量设备运行情况，则可以通过预设告警影响，直接输出影响后初始状态潮流模型，切断该部分在微电网中的运行。节点内外分别处理紧急事件，完成隔离，互不干扰。同时，组网主机直接扩展节点内新型设备，同时通过预设实时告警事件影响范围，可以完善智能辅助设备与站内设备的运行影响逻辑，定义扩展过程便捷，不影响智能合约预设方案。

本发明内节点组网主机采集的信息信号采用重要性相关性分类的方式进行传输管控，如图2所示，将传输数据分为以下类别：

第一类：组网级数据，为节点内各设备潮流参数模型，包括节点运行监控信息模型和运行管理信息中的节点潮流信息模型。通过建立节点内各设备潮流参数模型从主机输出全节点模型，建立节点内部闭锁网络。组网主机可以调阅各参数的原数据，进行参数调节和扩展。

第二类：变更级数据，为节点内各设备的跳闸出口事件信号、极端情况事件实时信号数据，节点内保护、测控装置的装置故障事件信号，火灾报警装置告警事件信号，网络主机、网关机安全事件信号等。通过建立变更级数据和节点初始状态潮流模型的一一对应关系，组网主机直接调用预设的事件发生后变更的初始状态潮流模型，加快信号处理和加密的耗时，低延时输出变更后的潮流值。

第三类，中心级数据，为调度等中心要求的操作指令，装置定值修改指令，综合分析数据信号，节点时间同步信息，设备使用、检修权限管理信息，智能辅助设备信息、视频监控信息数据。

对于不直接影响节点潮流的信号，由节点中心单位相关主机进行区域内的传输，由相关中心单位进行数据和参数的调用和设定，必要时中心单位可手动干预及进行检修维护。这些中心单位的操作由变更级数据响应在潮流变更模型中并通过加密发送至主站智能合约，不再进行数据传递的多次交叉，层级清晰便于调阅。

通过上述设计，本发明中的节点组网主机可以自主完成发电机、无功补偿设备、分布式电源、出线负荷、储能装置等配电装置及其间隔内的数据信号分类采集，建模，加密，传输上链和去中心化智能合约自主判断的流程，从而实现去中心化的、灵活的微电网组网。

Claims (8)

1.一种微电网去中心化的组网系统，其特征在于，

包括：组网节点、节点组网主机和微电网组网主站；所述节点组网主机与组网节点一一对应设置，且所述节点组网主机连接微电网组网主站；

所述节点组网主机，用于根据节点内设备设置节点初始状态潮流模型，并根据告警事件分类等级接收节点内设备的信息信号，判断信息信号类型对节点潮流变化的影响，生成实时变化的节点潮流变更模型；还用于与微电网组网主站之间建立节点闭锁网络，通过软硬件专用闭锁模块和自动化闭锁装置完成节点内设备的防误、电磁闭锁和机械闭锁的系统设置，并结合微电网组网主站的授权情况判断节点内可组网的设备范围；还用于对节点初始状态潮流模型、节点潮流变更模型和组网闭锁信息进行统一标记并通过预设计算、加密后上送至微电网组网主站，根据微电网组网主站的离网、组网命令控制节点内设备完成相应操作；

所述微电网组网主站配置有组网智能合约服务器，以储存微电网组网智能合约，管理链上代码，更新平台升级；所述微电网组网主站用于解密区域内各节点初始状态潮流模型，通过智能合约判断组网方式，向各节点组网主机下发组网授权，同时解密实时潮流变更模型和各节点组网闭锁信息，根据实时潮流变更模型和智能合约预设判断组网方式的变更，并下发命令至相关的节点组网主机；

所述节点组网主机与组网智能合约服务器之间配置有两条独立的区块链，其中，非实时的节点初始状态潮流模型通过一条独立的区块链传送，实时变化的中心单位授权、节点潮流变更模型、组网和离网方案通过另一条独立的区块链传送。

2.如权利要求1所述的一种微电网去中心化的组网系统，其特征在于，

所述区块链为私有链或联盟链。

3.如权利要求1所述的一种微电网去中心化的组网系统，其特征在于，

所述微电网组网主站还配置有组网应用层服务器，用以满足微电网在能源互联网中的调度应用，包括需求侧响应、资源交易。

4.如权利要求1-3任意一项所述的一种微电网去中心化的组网系统，其特征在于，

所述节点内设备包括一次设备、二次设备和智能辅助设备。

5.一种微电网去中心化的组网方法，应用于如权利要求1-4任意一项所述的组网系统，其特征在于，该方法包括：

节点组网主机通过节点参数设置初始状态潮流模型；

节点组网主机根据事件分类等级，接收相应节点内设备的信息信号，通过判断信息信号对节点潮流变化的影响生成潮流变更模型；

节点组网主机将节点初始状态潮流模型、节点潮流变更模型和组网闭锁信息进行统一标记并通过预设计算、加密后上送至微电网组网主站；

微电网主站解密节点组网主机上送的信息后通过智能合约判断组网方式，向关联的节点组网主机下发组网、离网再组网命令；

相关节点组网主机根据收到的命令控制节点内关联设备完成相应操作。

6.如权利要求5所述的一种微电网去中心化的组网方法，其特征在于，

所述通过预设计算、加密具体包括：

对节点初始状态潮流模型、节点潮流变更模型和组网闭锁信息分别打包标记，通过哈希计算将打包标记后的数据与随机数、Merkle根内容共同组合转化为特定长度的字符串，并通过非对称加密算法，制作加密字符串。

7.如权利要求5所述的一种微电网去中心化的组网方法，其特征在于，

该方法还包括：

微电网组网智能合约在判断部分设备满足组网要求后，通过并行处理的方式，对每一个微电网数据进行切片管理，每条分片单独解密相关节点的潮流变更模型和闭锁参数，共享智能合约离网及再组网方案。

8.如权利要求5-7任意一项所述的一种微电网去中心化的组网方法，其特征在于，

所述节点组网主机接收节点内设备的信息信号，对于采集的信息信号采用重要性相关性分类的方式进行传输管控，传输数据分为以下类别：

第一类：组网级数据，包括节点内各设备的潮流参数；

第二类：变更级数据，包括影响节点内设备，从而影响节点潮流的信号数据；

第三类：中心级数据，包括调度中心操作指令、定值修改、综合分析数据信号。

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