面向综合能源的能源互联网通信系统设计

面向综合能源的能源互联网通信系统设计

陈星烨

中国铁塔股份有限公司贵港市分公司  广西贵港 537000

摘要：近年来，我国科技不断进步，促进了互联网技术的发展。能源互联网促进了电力技术与信息技术的深度融合，实现了综合能源互补化、调度决策精细化和运行控制自动化，可确保电网运行的安全可靠、灵活高效和经济环保。电力通信网络可连接能源互联网中电力设备与信息节点，处理电网中的实时数据，是电力网络与信息网络的连接主体。能源互联网通信系统要保证发电、输电、变电、配电和售电等各个环节的数据传输。同时，EICS也要采集各环节的数据进行集中分析，为能源互联网的管理提供决策支持。例如，通信服务器应根据智能电表中收集的数据，计算综合能源系统的调度信息，通过发电和输电控制实现风电、光伏等机组的实时调度。

关键词：综合能源；能源互联网；通信系统；设计

引言

随着网络结构和网络拓扑规模的变化，能源互联网通信机制需要随着各类电源的接入以及网络动态变化进行相应调整，通过面向综合能源的网络通信机制，可以提升综合能源互联网的信息传输和稳定运行。因此，需要对面向综合能源的能源互联网通信体系进行相应设计。

1基于软件定义的能源互联网

1.1软件定义网络

软件定义网络（SoftwareDefinedNetworking，SDN）是以OpenFlow为核心技术的一种新型网络创新架构，能够有效分离数据面与控制面，实现了网络流量的灵活控制。控制信道与数据平面在信道逻辑上相互独立，为强调决策逻辑的分离，突出数据平面特征，应用了SDN控制器，将控制逻辑独立成为统一的控制节点，从而实现数据转发与传输。具体转发流程如下：将路由器应用于数据包转发，并在运行中被动添加表项；对数据包进行流单位处理，在建立流表项后，保持报文转发路径不变。为使软件定义网络有效适应大规模网络特征，需要提高控制器本身性能，应用控制器构建统一逻辑的控制模型，应用权威路由器弱化控制器工作负担，并且创建独立的控制域。

1.2软件定义的能源互联网

与SDN最终控制点不同，软件定义的能源互联网最终控制的是能量在路由器间的传输。能量交换与信息交换的不同在于能量交换过程会产生损耗，且能量较数据信息的个性化差异小，增加了能量存储的复杂性。为有效控制软件定义下的能源互联网运行规模，需要合理应用能源路由器，并通过以下步骤实现能量交换。第一，应用控制器完成数据收集工作，同时进行数据对比分析和转换。第二，通过用户数据报协议（UserDatagramProtocol，UDP）形式，将转换后的能源信息发送到主机中，构成新的能源信息。第三，全面分析能源主机信息，并结合测试结果，保证信息数据传输顺利进行。第四，对能源数据信息测试报文进行测试，保证信息合理性，同时回复测试报文，确定数据信息传输问题的解决方案。综上所述，实现可靠的能源信息传输的方法不同，但在网络拓扑视角下，各种方法可以相互借鉴。以柔直性直流为例，开放式能量交换方式的应用可以实现四象限运行，提高控制的灵活性，在稳定交流母线电压等方面展表现出良好优势。

2能源互联网业务终端的多通道通信架构与应用场景

随着能源互联网和坚强智能电网的不断发展，众多能源业务终端不断涌现，如配电自动化、充电桩、输变电状态监测、源–网–荷–储、输配变设备巡检、新能源并网等。这些业务带来了海量节点接入和呈指数增长的数据量。在能源互联网的末梢（如电力业务终端），多种通信组网可实现能源互联网通信全覆盖，是保证可靠通信传输的必要手段。以能源互联网中电力终端业务为例，简要介绍3种典型异构双通道组网技术的应用场景。

（1）光纤专网（EPON）+无线专网（LTE230MHz）异构组网方式。光纤专网+无线专网适用于高安全性、高可靠性要求的电力业务，但无法满足业务设备的移动性需求，因此适用的业务场景有配电自动化（三遥、二遥）、用电信息采集、电动汽车充电桩、精准负荷控制、输变电状态监测、智能营业厅等业务。由于移动性限制，该异构组网方式不适用于输配变设备巡检。

（2）光纤专网（EPON）+无线公网（3G/4G/5G）异构组网方式。光纤专网+无线公网适用于高速率、一般安全性要求的电力业务，无法满足业务设备的移动性需求。电力控制类业务明确规定不能使用无线公网传输，因此该异构组网方式无法适用于配电自动化三遥、精准负荷控制业务。由于移动性限制，该异构组网方式不适用于输配变设备巡检。适用的业务场景包括：配电自动化二遥、用电信息采集、电动汽车充电桩、供电电压自动采集等业务。

（3）无线专网（LTE230MHz）+无线公网（3G/4G/5G）异构组网方式。无线专网+无线公网适用于高速率、低安全性要求的电力业务，可以满足业务设备的移动性需求。适用的业务场景有配电自动化二遥、用电信息采集、电动汽车充电桩、供电电压自动采集、输变电状态监测、输配变设备巡检、智能营业厅、基建视频监控、仓储管理、综合能源等。电力控制类业务明确规定不能使用无线公网传输，因此该异构组网方式无法适用于配电自动化三遥、精准负荷控制业务。

3面向综合能源的能源互联网通信系统设计

面向综合能源的能源互联网通信系统需要融合微网设备以及不同的互联设备，实现其信息在通信网络中无阻碍传输、监视和控制。其架构分为物理层、网络层、服务层和云端层

3.1物理层

随着能源互联网技术的发展，分布式电源以及分布式微网在网络体系中定义为物件，因此，在分布式电源以及多种设备组成的能源互联网中，智能通信电子设备被广泛部署。在物理层面，存在２种通信接口，第１种是分布式电源与电源网络的接口，第２种是分布式电源与分布式通信网络的接口。这２种通信模式采用不同的协议进行数据的收集和传输，其中第２种是在以太网进行传输。

3.2网络层

网络层是允许物理层所收集到的信息进行相应深度交换的基础层级，在该层中，ＴＣＰ／ＩＰ作为广泛采用的互联网协议使用。能够允许端对端的实时通信，从而不受物理媒介、设备和网络层的限制。这一特性能够取得第三方的交互性以及网络的合约性，同时能够有效提升网络的灵活度。网络的交互性对于实现综合能源互联网运行和互联是必不可少的，同时使网络避免受限于具体物理媒介、设备类型以及生产商，能够更加有效地提升交互质量。

3.3服务层

在服务层中，中间件是能够提升服务质量的关键技术，由于在该层中，物理设备以及云端层通过该层进行链接，因此需要解决微网以及可靠信息传输的网络服务体系。中间件技术可以提升数据在延迟、传送率以及带宽等方面的质量，具体分为消息层和路由层。在消息层，请求响应以及订阅发布的通信模式是必要的；在请求响应通信模式中，可靠性、及时性以及安全性是需要确保的主要特性，另外，有效性、灵活性支持以及适应性是由订阅发布层进行实现的。２种通信系统需要进行互补协调。点对点网络能够提升网络流量的传输效率，降低延时和丢包率，因此能从整体上提升数据资源的利用效率，这主要是由于点对点通信路由中的洪泛技术的应用。

3.4云端层

云端层主要负责历史数据以及实时数据的存储和分析，从而提升应用和服务质量。云端层包括虚拟服务器平台以及实时动态展示层，历史数据库用于存储大量数据，同时提供云端数据的分析接口。

结语

能源互联网技术的应用对我国能源及经济发展具有重要意义。与传统通信相比，能源互联网业务终端的通信接入需满足更高安全性和传输可靠性。因此，新型异构多通道通信方案，可为未来能源互联网多种新型业务终端的泛在接入和海量信息的可靠传输，提供良好的通信传输质量。

参考文献

［１］赵成文，孙永明，贾金澎．基于软件定义的能源互联网信息通信技术［Ｊ］．集成电路应用，２０１９，３６（１２）：７９．

［２］丛曙建．基于能源互联网的用户侧信息通信网络设计［Ｊ］．信息通信，２０１９（６）：２６８２６９．

［３］戴斌．面向能源互联网的电动汽车充电站通信模式展望［Ｊ］．电力信息与通信技术，２０１８，１６（９）：８１３．