一种双层协同架构下的县域级能源互联网通信方法技术

本发明专利技术公开了一种双层协同架构下的县域级能源互联网通信方法，首先分析县域级能源互联网的物理和决策结构，划分典型调控场景，搭建双层调控架构；接着，根据不同利益主体的特征，采用虚、实部署方式来部署虚拟控制器；然后，根据双层架构接入的设备以及功能，确定县域级能源互联网双层架构采用软件定义网络的通信方式，采用一种利用改进的自组织映射算法和多维条件熵算法的联合检测和防御机制保证系统安全；最后，通过非对称加密技术，提高系统运行可靠性、安全性。本发明专利技术利用改进的自组织映射算法和多维条件熵算法的联合检测和防御机制，解决了控制器DDoS攻击等安全问题；通过非对称加密技术，保证了信息传递的安全。保证了信息传递的安全。保证了信息传递的安全。

【技术实现步骤摘要】
一种双层协同架构下的县域级能源互联网通信方法


[0001]本专利技术涉及县域级能源互联网
，尤其是一种双层协同架构下的县域级能源互联网通信方法。

技术介绍

[0002]在能源需求大幅增长与环境保护日益迫切的双重压力下，提高能源利用效率，促进可再生能源合理消纳，是能源结构改革的必由之路。随着我国城镇化水平日益提高，融合“互联网+”的能源互联网系统成为新型县域级背景下的能源产业发展的新形态，将依照绿色低碳、可持续的基本准则，可解决传统能源系统综合能效低、新能源消纳能力不足、需求响应互动差等问题。而打破原有单个能源系统单独规划、单独设计和独立运行的模式，进行县域级能源互联网的一体化规划设计，实现电、气、热等多种异质能流的统筹优化调控，是县域级能源互联网建设的首要任务。
[0003]传统的集中式优化调控策略是在单个决策主体的前提下制定的，常以能量管理系统或局域变电控制中心作为集中管理层，然而新型县域级能源互联网中分布式能源主体日益增多，电、气、热子系统也分属于不同的监管部门和运营商；县域级能源互联网的工程数据海量、异构，对数据处理能力和实时性要求极高，同时还需要考虑能源主体的隐私安全，这都使得传统的集中式调控难以为继。比如，一幢商业楼的中央空调不太会接受上层的侵入式控制；部分用户出于隐私考虑，不愿意上传完整的用能数据。由于集中式优化调控面临着隐私性、可靠性、经济型、灵活性、可行性等诸多方面的严峻挑战，分布式调控逐渐被运用到县域级能源互联网中，其允许邻近的分布式资源交互信息。但是，由于各能源主体的类型、用能特征和优化决策能力存在较多差异，无法要求所有的能源主体随时与全局优化目标保持一致，而且，也会出现单个利益主体仅顾自身优化目标，从而影响系统全局的经济性和安全性。因此，县域级能源互联网的优化调控模式仍需深入研究，需要合理集成不同的调控方式以提高系统的综合性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种双层协同架构下的县域级能源互联网通信方法，能够提高系统运行可靠性和基础数据共享的能力，保证系统安全。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种双层协同架构下的县域级能源互联网通信方法，包括如下步骤：
[0006](1)分析县域级能源互联网的物理架构及决策结构，根据县域级能源互联网中能源主体不同的类型、调控目标及调控要求，划分出县域级能源互联网的典型调控场景，搭建含能量管理系统和虚拟控制器的县域级能源互联网的集中
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分布式双层协同优化调控架构；
[0007](2)根据不同能源主体的特征，采用实部署或虚部署两种方式进行虚拟控制器的部署；
[0008](3)根据双层架构接入的设备、系统以及各自的功能，确定县域级能源互联网双层架构采用软件定义网络的通信方式；针对SDN网络面临着控制器DDoS攻击安全问题，设计一种高效的利用改进的自组织映射算法和多维条件熵算法的联合检测和防御机制；
[0009](4)根据所确定的县域级能源互联网双层架构通信方式，通过过程层光纤网络和智能组件的方式和非对称加密技术，提高系统运行可靠性和基础数据共享的能力，保证系统安全。
[0010]优选的，步骤(1)中，县域级能源互联网物理架构中，多个分布式能源主体自由互联；县域级能源互联网的决策结构中，各能源主体从属于不同的利益主体，自主决策，监管中心监管总体指标以及负责与上一级监管中心交换信息；调控要求包括实时性要求、隐私性要求、全局性要求；调控场景包括短期优化调度运行、能源市场交易竞价。
[0011]优选的，步骤(1)中，在县域级能源互联网顶层的监管中心部署一个能量管理系统，在底层的各分布式能源主体中均部署一个虚拟控制器；一个虚拟控制器部署在包括小型分布式光伏、风电、热力源、供气源、电/热/气管道网络以及工业/商业/居民的能源主体中，多个虚拟控制器共同构成县域级能源互联网集中
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分布式双层协同优化调控架构的分布式决策层；县域级能源互联网集中
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分布式双层协同优化调控架构的集中式监督管理层负责审核和监督；集中式监督管理层与分布式决策层的所有虚拟控制器实现通信，指令直达；在此架构下，能量管理系统仅对各虚拟控制器上传的就地决策调控量进行校核，经确认或修正后下发执行。
[0012]优选的，步骤(2)中，根据能源主体的类型、调控要求、调控目标和重要程度，对各能源主体的自主调控权限进行等级的划分，设置虚拟软控制器的实部署和虚部署两种方式，以确定底层各能源主体的虚拟控制器在自主生成决策之后，执行决策是否需要经过顶层监管中心的能量管理系统的监管和审批；虚拟控制器的部署方式选择综合考虑多方因素，包括各个利益主体的优化目标、资产所有方、用户隐私意愿；实部署方式是指计算资源配置在底层的分布式资源侧，除了具备分布式计算功能，还承担分布式控制功能，即真正实现自我决策与自我控制；虚部署方式是指计算资源配置在顶层能量管理系统中，由顶层提供分布式决策的计算服务，此部署方式下，虚拟控制器不具备直接实行分布式控制的权限，需要生成调控策略，并上传能量管理系统进行监管和审批。
[0013]优选的，步骤(3)中，根据双层架构各自的功能，确定县域级能源互联网双层架构具体工作场景；在县域级能源互联网运行调度的集中
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分布式双层协同架构的管控系统中，单个决策主体或若干决策主体组成的局部子系统，均为局部系统；对每个单个决策主体或若干决策主体组成的局部子系统分别进行优化，即可将大系统分为若干小系统，达到解决整个系统的优化问题；考虑县域级能源互联网中各类工作场景深入研究双层架构中顶层与底层的交互模式与流程：在市场交易场景下，底层各利益主体间考虑单位成本、边际成本及收益等指标优化博弈后上报顶层，顶层不需要计算联合潮流，只需要校核能效、成本收益及其关联的安全指标，然后下发给底层，底层根据顶层指令判断是再一次报价还是出清；在日前日内的短期优化调度场景下，从评估系统的实时运行状况和运行安全角度出发，顶层需要计算联合潮流，然后再进一步讨论其和底层的交互模式。
[0014]优选的，步骤(3)中，根据双层架构接入的设备、系统，确定县域级能源互联网双层架构通信方式；一个SDN网络中包含3个架构层级：底层物理网络、SDN控制器、SDN应用；SDN
网络采用控制平面与数据平面分离的架构，剥离了传统交换机除底层流量转发之外的所有高级处理功能，并且将这部分高级处理功能移到了控制器中；控制器和交换机之间通过OpenFlow网络协议进行通信，SDN控制器负责发出控制指令，交换机负责接收指令并进行相应数据的转发；同时SDN网络将传统网络设备的控制功能向上集中，数据层面则专注于数据转发，这种控制架构使得管理层可以拥有对网络状态的全局视图，更利于网络资源的配置和利用；根据SDN网络的功能分布，双层架构中集中式监督管理层既可与传统方式一样集中制定控制策略，然后下发终端设备具体执行或对其直接进行遥控操作；也可从总体上对底层VSC上传的就地决策的调控量进行校核，部分调控量经确认后执本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双层协同架构下的县域级能源互联网通信方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)分析县域级能源互联网的物理架构及决策结构，根据县域级能源互联网中能源主体不同的类型、调控目标及调控要求，划分出县域级能源互联网的典型调控场景，搭建含能量管理系统和虚拟控制器的县域级能源互联网的集中
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分布式双层协同优化调控架构；(2)根据不同能源主体的特征，采用实部署或虚部署两种方式进行虚拟控制器的部署；(3)根据双层架构接入的设备、系统以及各自的功能，确定县域级能源互联网双层架构采用软件定义网络的通信方式；针对SDN网络面临着控制器DDoS攻击安全问题，设计一种高效的利用改进的自组织映射算法和多维条件熵算法的联合检测和防御机制；(4)根据所确定的县域级能源互联网双层架构通信方式，通过过程层光纤网络和智能组件的方式和非对称加密技术，提高系统运行可靠性和基础数据共享的能力，保证系统安全。2.如权利要求1所述的双层协同架构下的县域级能源互联网通信方法，其特征在于，步骤(1)中，县域级能源互联网物理架构中，多个分布式能源主体自由互联；县域级能源互联网的决策结构中，各能源主体从属于不同的利益主体，自主决策，监管中心监管总体指标以及负责与上一级监管中心交换信息；调控要求包括实时性要求、隐私性要求、全局性要求；调控场景包括短期优化调度运行、能源市场交易竞价。3.如权利要求1所述的双层协同架构下的县域级能源互联网通信方法，其特征在于，步骤(1)中，在县域级能源互联网顶层的监管中心部署一个能量管理系统，在底层的各分布式能源主体中均部署一个虚拟控制器；一个虚拟控制器部署在包括小型分布式光伏、风电、热力源、供气源、电/热/气管道网络以及工业/商业/居民的能源主体中，多个虚拟控制器共同构成县域级能源互联网集中
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分布式双层协同优化调控架构的分布式决策层；县域级能源互联网集中
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分布式双层协同优化调控架构的集中式监督管理层负责审核和监督；集中式监督管理层与分布式决策层的所有虚拟控制器实现通信，指令直达；在此架构下，能量管理系统仅对各虚拟控制器上传的就地决策调控量进行校核，经确认或修正后下发执行。4.如权利要求1所述的双层协同架构下的县域级能源互联网通信方法，其特征在于，步骤(2)中，根据能源主体的类型、调控要求、调控目标和重要程度，对各能源主体的自主调控权限进行等级的划分，设置虚拟软控制器的实部署和虚部署两种方式；实部署方式是指计算资源配置在底层的分布式资源侧，除了具备分布式计算功能，还承担分布式控制功能，即真正实现自我决策与自我控制；虚部署方式是指计算资源配置在顶层能量管理系统中，由顶层提供分布式决策的计算服务，此部署方式下，虚拟控制器不具备直接实行分布式控制的权限，需要生成调控策略，并上传能量管理系统进行监管和审批。5.如权利要求1所述的双层协同架构下的县域级能源互联网通信方法，其特征在于，步骤(3)中，根据双层架构各自的功能，确定县域级能源互联网双层架构具体工作场景；在县域级能源互联网运行调度的集中
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分布式双层协同架构的管控系统中，单个决策主体或若干决策主体组成的局部子系统，均为局部系统；对每个单个决策主体或若干决策主体组成的局部子系统分别进行优化，即可将大系统分为若干小系统，达到解决整个系统的优化问题；考虑县域级能源互联网中各类工作场景深入研究双层架构中顶层与底层的交互模式与流程：在市场交易场景下，底层各利益主体间考虑单位成本、边际成本及收益等指标优化博弈后上报顶层，顶层不需要计算联合潮流，只需要校核能效、成本收益及其关联的安全指
标，然后下发给底层，底层根据顶层指令判断是再一次报价还是出清；在日前日内的短期优化调度场景下，从评估系统的实时运行状况和运行安全角度出发，顶层需要计算联合潮流，然后再进一步讨论其和底层的交互模式。6.如权利要求1所述的双层协同架构下的县域级能源互联网通信方法，其特征在于，步骤(3)中，根据双层架构接入的设备、系统，确定县域级能源互联网双层架构通信方式；一个SDN网络中包含3个架构层级：底层物理网络、SDN控制器、SDN应用；SDN网络采用控制平面与数据平面分离的架构，剥离了传统交换机除底层流量转发之外的所有高级处理功能，并且将这部分高级处理功能移到了控制器中；控制器和交换机之间通过OpenFlow网络协议进行通信，SDN控制器负责发出控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，陈严，高玉，李宁，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：