基于信息物理融合的电力网和信息网融合模型制造技术

本发明专利技术公开了基于信息物理融合的电力网和信息网融合模型，该模型分为2个结构：单元级融合模型、系统级融合模型。该模型分架构为4个层次：物理设备层、信息物理系统层、信息平台层、互动业务层，其中，物理设备层是基础，信息物理系统层是支撑，信息平台层是核心。本发明专利技术实现了物理空间与信息空间中人、机、物、环境、信息等要素相互映射、适时交互、高效协同，解决了新型电力市场环境下，电力系统发电、输电、售电、用电等服务过程中物理系统和信息系统不同实时交互的问题，提高了电力系统资源配置效率，实现了电力资源的优化。

Power Network and Information Network Fusion Model Based on Information Physics Fusion

【技术实现步骤摘要】
基于信息物理融合的电力网和信息网融合模型
本专利技术针对电力供需互动领域，具体为电力网和信息网的融合模型。
技术介绍
电力供需互动是电力市场化改革、智能电网建设、可再生能源大规模并网等电力系统新形势下的发展趋势，也是构建完善、健全、高效电力市场的必要条件，对系统安全、可靠、绿色的运行产生积极的影响。电力供需互动是一个“状态感知、实时分析、科学决策、精准执行”的过程，需要电力网与信息网相互作用、相互影响，其实质是一个信息物理融合过程。利用信息物理融合理论(CPS理论)，本专利技术提出支撑电力供需的信息物理融合模型，称为电力网与信息网融合模型或者电力CPS模型。根据目前的电力供需互动发展情况，当前主要存在以下几种问题：①缺乏协同分析与协同设计。目前电力系统硬件与软件、信息系统与物理系统的评估、建模与仿真都采用分离的方式完成，缺乏必要的协同设计与协同分析。硬件与软件分离导致难以评估设计决策的影响。②缺乏对数据融合的支持。未来的智能电网是能够容纳大量的物理数据源、执行器和分布的计算元素，所以需要以物理数据与信息数据的融合为中心，以满足智能电网的发展需求。③缺乏反馈设计。电力价格在出现调动时，往往都会给电力系统供需互动的协调发展带来不同程度的影响，各项生产计划也难以得到高效实施。就目前来看，很多地方都未重视供需互动由物理层到信息层的反馈机构的构建与优化，进而导致相关工作在具体落实中无法取得理想效果。
技术实现思路
针对当前电力供需互动发展情况，本专利技术提出了电力网和信息网的融合模型。本专利技术的理论方案是，一种电力网和信息网的融合模型，它由2个结构组成：单元级融合模型、系统级融合模型。它由4个层次组成，分别为物理设备层、信息物理系统层、信息平台层、互动业务层，其中，物理设备层是基础，信息物理系统层是支撑，信息平台层是核心。所述单元级融合模型是具有不可分割性的电力网与信息网系统最小单元结构，可以是一个用电设备，通过“一硬”(如具备传感、控制功能的传感器等)和“一软”(如嵌入式软件)构成“感知-分析-决策-执行”的数据闭环。所述系统级融合模型是“一硬、一软、一网”的有机组合。电力网与信息网系统的多个单元级融合系统通过通信网络，实现更大范围、更宽领域的数据自动流动，就可实现多个单元级融合系统的互联、互通和互操作，进一步提高制造电能优化配置的广度、深度和精度。所述物理设备层包含传感器、执行器、RFID标签、RFID读写器、移动智能终端等各种物理设备，主要负责感知获取物理环境数据以及执行系统控制命令。所述信息物理系统层由信息网络提供实时通信和信息交互的支撑，主要通过互联网、局域网、专网、通信网等现有网络对数据进行传输，实现电力网与信息网的数据交互。所述信息平台层具有对海量信息进行智能处理和管理的能力，是电力网与信息网融合系统交互的核心部分。该层主要包括两个功能单元，分别是数据处理存储单元与控制决策单元。所述互动业务层为电力网与信息网融合系统提供相关电力业务支持，主要包括售电业务、检修业务和调度业务、居民用户业务、大用户业务、电动汽车充换电业务、分布式储能/发电业务等。附图说明图1至2是单元级，系统级两个结构的融合模型。图3是电力网与信息网融合系统的层次结构。具体理论模型下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。以下描述和附图充分地示出本专利技术的具体理论框架，以使本领域的技术人员能够实践它们。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本专利技术的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本专利技术的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“专利技术”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的专利技术，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个专利技术或专利技术构思。图1是单元级融合模型架构单元级融合模型包括感知器、数据库、运算/决策模块、知识库、驱动器以及通信模块等。其中感知器、数据库、运算/决策模块、知识库、驱动器构成了设备内部信息-物理融合环。内部信息-物理融合环中，隐性数据指暗含在实际生活中方方面面数据，如物理实体的尺寸、运行机理，外部环境的温度、液体流速、压差等。显性数据指通过传感器感知、物联网等一些数据采集技术，将这些蕴含在物理实体背后的数据不断的传递到信息空间，使其不断“可见”的数据。内部信息-物理融合环中，数据在流动的过程中逐步由隐性数据转化为显性数据，显性数据经过分析处理成为信息，信息最终通过综合决策判断转化为有效的知识并固化在单元级融合模型中，同时产生的决策通过控制系统转化为优化的数据作用到物理设备。图2是系统级融合模型结构，在单元级融合模型的基础上，通过网关的接入，可以实现系统级融合模型的协同调配。在这一层级上，多个单元级融合模型汇聚到统一的网络(如CPS总线)，对系统内部的多个单元级融合模型进行统一指挥，进而提高协作效率。单元级融合模型通过CPS总线相连，形成系统级融合模型。CPS总线具有实体管理、协同控制、监视与诊断、网络协议兼容、数据互操作和异构系统集成的功能。在单元级融合模型的技术需求基础上，参考系统级融合模型的体系架构，主要强调其组件之间的互联互通，并在此基础上着眼于对不同组件的实时、动态信息控制，实现信息空间与物理空间的协同和统一，同时需要对集成的计算系统、感知系统、控制系统与网络系统进行统一管理。如图3所示，本专利技术提出电力网与信息网融合系统的层次结构，各部分工作机理如下所示。物理设备层：通过分布在物理设备上的嵌入式传感器和执行器构成的CPS单元与物理环境进行交互，对物质属性、环境状态等数据进行大规模分布式的数据获取与状态辨识，并通过CPS总线向信息物理系统层获取上层信息平台层数据处理结果，反馈至执行器，根据控制命令进行操作，以适应系统与物理环境的变化。信息物理系统层：由于电力系统对于分析和控制的实时性要求很高，建立专用CPS总线网络有助于降低通信延迟和提高信号传输可靠性。一般有线网络可用于连接非关键设备如部分计算设备、备份数据镜像等。无线网络可用于连接部分活动的设备如居民用户的电动汽车负荷等,也可用于连接系统中的无线传感设备。信息平台层：数据处理存储单元将从信息物理系统层获取到的信息进行抽象处理后，由控制决策单元结合上层互动业务层的相关业务需求，经过用户自定义预设规则和高层控制语义规范的判断，构成智能服务平台，生成执行控制命令，并将执行控制命令通过信息物理系统层反馈至物理设备层的底层物理单元，由执行器进行相关操作。互动业务层：电网业务涉及海量数据和大量网络孤岛，通过互动业务层接至电力骨干通信网，进而上传至电力公司数据中心。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于信息物理融合的电力网和信息网融合模型，其特征在于该模型分为2个结构：单元级融合模型、系统级融合模型；模型结构分为4个层次：物理设备层、信息物理系统层、信息平台层、互动业务层。其中，物理设备层是基础，信息物理系统层是支撑，信息平台层是核心。

【技术特征摘要】
1.一种基于信息物理融合的电力网和信息网融合模型，其特征在于该模型分为2个结构：单元级融合模型、系统级融合模型；模型结构分为4个层次：物理设备层、信息物理系统层、信息平台层、互动业务层。其中，物理设备层是基础，信息物理系统层是支撑，信息平台层是核心。2.根据权利要求1所述的电力网和信息网的融合模型，其特征在于构建一套信息空间与物理空间(...

【专利技术属性】
技术研发人员：周行洁，刘向军，孙毅，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11