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5 能源路由器设计
5.1 能源路由器架构
Xu 等以电能为对象给出了如下能源路由器架构: 整个路由器由通信平台、控制器和固态变压器3 个主要功能模块组成, 通信单元与控制器之间通过UART 串行链路实现信息传递; 控制模块重点在于实现微网内和微网间的能源配送; 固态变压器在控制器信息的支撑下, 通过电压调节实现各接口间电流的有向流动, 保证电力的供需平衡; 能源路由器之间的协同完全依赖于通信网络, 并开发了专门的通信协议DNP3。
然而, 当前能源网络, 如电力网络, 为保证系统的可靠性和安全性, 大量管理和保护装置被广泛部署在网络中, 且它们之间采用元件级的通信协议实现协同. 因此, 若能源路由器不能很好地与上述装置实现兼容, 能源网络将面临巨大的安全威胁, 鉴于此, 我们认为兼容保护功能, 拓宽通信模块的支撑功能是可行的解决办法. 一方面, 能源路由器具有能源控制和信息保障功能更易保证能源互联网的运行;另一方面, 现有能源网络通信功能的逐步扩展(如电力网络中的PLC 技术), 部分实现了信息和能源的传输线路的耦合, 为后续建设提供了便利; 此外, 在能源路由器上扩展用户自定义控制策略的功能可大范围地满足用户的个性化需求. 因此, 我们把能源路由器设计为两层架构, 见图2, 信息支撑层不但为能源控制层提供信息支持, 还能够与保护等基础部件融合构成能源路由器的特有安保功能; 功能层包括如上节所述的能源控制、优化管理、安全防护和管理维护等。
详细地, 用户通过管理界面配置相关功能, 管理员可以设置不同的用户角色, 开放相应使用权限,在保证安全的情况下方便用户访问. 用户根据能源接口规则, 把各类能源单元连接到能源路由器; 根据业务需求和通信网络接口规则, 连接相应接口. 用户可登录能源路由器完成个性化设置, 如接入控制, 日志管理, 安全设置, 用能策略和监控管理等, 并由智能控制数据中心接收和处理用户需求. 信息支撑层提供各种通信接口和相应协调机制, 不仅包括Ethernet, Ad Hoc, CCN, SDN 等信息网络接口,还包括用于远程控制, 安全保护及能源质量控制的专用通信接口, 通信协议兼容和通信方式可靠是该层必须保证的性能. 能源控制层提供能源接入, 能源质量调节, 能源消费优化的功能, 能源接口实现与能源单元连接. 控制功能由综合数据中心和专门业务单元联合实现, 一般采用能源控制器下发控制指令调配能源控制单元的方式。此外, 考虑到能源路由器工作对电能的依赖, 能源路由器都配备电力能
源存储单元, 并支持用户个性化增减. 随着存储空间规模的扩大, 该部件将成为可参与能源控制的组成部分。
5.2 信息通路分集模块
数据获取, 保护和控制指令传递, 能源单元间系统通信都需要通信系统的支持. 高速, 双向, 实时,集成的通信系统是基本要求. 这里, 我们给出一种包括接口多样化、多模块并行处理、信息优化选择等在内的信息支撑层的分集方案, 如图3 所示.整体地, 采用光纤通信可保障通信安全可靠, 电力线通信可减少对辅助通信设施的依赖, ZigBee,3G, Ad Hoc 等可提高通信灵活性. 通过采用分集技术协同各种通信通道, 可提高传输效率, 并保证数据质量. 为兼容目前主要的通信介质, 如光纤、双绞线、电力线及电磁波等, 能源路由器的通信接口应根据需要设置相应接口, 可设置双接口备份保证通信的可靠性. 为保证数据接收的可靠性, 设置多个接收/转发模块来并行工作. 信息数据质量判定与分集模块负责对数据的安全性和可靠性等进行判别,通过分集技术竭力修复受损数据。
5.3 软件定义的能源控制系统
软件定义网络(SDN) 通过将控制面与数据面分开, 利用具有网络信息的Controller 设备实现网络流量的精准控制. 为更好地支撑能源调度效率, 适应更多用户的定制化需求, 我们设计如下软件定义的能源互联网控制结构, 如图4 所示。
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