[發明專利]一種采用互聯網自動控制的智能電網

在審

• 申請號: 202011095335.8
• 申請日: 2020-10-07
• 公開（公告）號: CN112290674A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 劉智和;劉智涵;劉文祥
• 申請（專利權）人: 劉文祥
• 主分類號: H02J13/00
• 分類號: H02J13/00;G06F30/25;G06F17/11
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種采用互聯網自動控制的智能電網(以下簡稱智能電網)是由電力系統和智能信息系統共同構成的智能電網的方法；其技術特征：將發電、輸電、配電、供電以及蓄電的各種電力設備，通過輸電線路，與電能終端用戶的各種用電設備相連接而構成電能系統；將監視、測量、操縱、控制各個電力設備中的電力智能組件和執行元件，通過傳輸介質相連接而組成智能信息系統；電力設備上傳感器和控制器組成電力智能組件和執行元件，與傳輸介質形成優機網絡，再通過辨機與因特網相連而構成安全可靠的智能信息系統；其產生、流通、處理和反饋各種電力設備的控制信息和其他信息，使電力設備正常運行；智能電網能夠在供電商和用電戶之間建立安全可靠的廣泛聯系；其中需求響應和分布式能源項目以及市場化供電運作，對用電戶具有很大的吸引力；

智能信息系統，其技術特征：它是由控制電力設備正常運行的電力智能組件和執行元件所組成的智能廣域網；智能信息系統采用優機網絡通過辨機與因特網相連而構成安全可靠的專有網，對電力系統的控制功能是分散化和層次化的；即各個控制對象位置分散、控制動作分散；同時控制功能又分層相對集中、統籌兼顧；

智能專有網，其技術特征：它是由若干個智能局域網或者電力專用網絡中的一臺優機，分別與一臺辨機相連接，各個辨機都通過路由器與因特網連接，所組建成的電力領域的信息廣域網；它是智能電網的一種控制信息模式；包含瀏覽器、服務器、客戶機和數據庫服務器；智能專有網中每一個智能局域網都通過辨機的控制功能，既與因特網相互邏輯隔離；又使各個智能局域網之間利用因特網互通；對于小型智能局域網，優機的程序模塊直接插在辨機的擴展功能槽上；辨機與優機合并為同一臺；智能專有網不僅能在網絡環境下，實現遠程控制電力運行和視頻監控；而且能通過網絡對電力計算機或自控設施進行遠程軟件修改、故障診斷，實現群控；智能電網中分布式發電在不同點接入電力網；

配電自動化能夠高效集成和利用各種分布式能源；這種集成系統基于實時的系統控制和雙向通信能力，來提高智能電網的可靠性，并為智能電網的效率和運行提供了新的選項；

分布式能源的通信設施，采用智能信息系統；它是一個標準的、普遍的、集成的通信平臺，用于電力系統所有的智能組件或執行元件之間的相互通信；智能傳感器和控制器相互通信；分布式能源接近于負荷區域，是一種可選擇的或者提高質量的電源；智能電網利用智能專有網，協調許多小的、分散的和間隙式的電源；并安全可靠地將它們聯網；

智能電網依托智能專有網，處理電力網的瞬態和穩態行為以及大量DER的集成問題；它具有一個完整的各個DER對電力網的互聯和運作的調制軟件，控制電力系統安全可靠運行；

智能電網運行時，進行多個方面的優化；當電力容量過剩時，避免高成本發電資源的啟用；動態的實時的數據，告知何時、何地的未使用電量是可用的；智能電網查找并使用這些過剩的電量；使用過剩的電量也適用于變壓器、輸電網和配電網；

智能專有網(也稱為信息專有網)，其技術特征：將某個電力企業分散于不同地理位置的各個優機網絡，分別通過辨機，與因特網相連接，形成該電力企業的專用廣域網；

辨機，其技術特征：分別與一臺優機或該優機網絡，同時與因特網互相連接的并且能控制這兩個網絡之間安全和精確地互操作的通用計算機；它能夠控制在因特網上的不同優機網絡中的計算機之間，通過因特網安全和精確地進行互操作；因特網也稱為辨機網絡；但它不包括辨機；

防毒保密辨機的標準程序：

“檢查程序的程序”功能：源端或宿端的辨機接收到明文信息后，對信息進行檢查，發現其中的任意程序或指令代碼之后，把它們排列在一起，并且暫時存儲在外存儲器中，同時將第一道程序或指令呈現在指定計算機的顯示屏上；如果它們是允許其訪問的合法程序或指令；則在第一次出現提示時，選擇“以后都允許”復選項，辨機以后碰到這些程序時，不會再次詢問，并允許其訪問；在一定時間內沒有答復或者選擇“不允許”復選項，辨機就丟棄它們；源端和宿端的辨機運行該程序，防止因特網上病毒攻擊辨機保護的網絡；

“源端加密程序”功能：單位源端辨機把欲通過因特網發送的明文信息后面，添加對稱加密的秘鑰；將此組合數據輸入單向散列函數，得出源端散列值；然后將不包含密鑰的明文信息后面添加源端散列值，用密鑰進行加密，變成密文；最后將該密文送行宿端辨機；

“宿端解密程序”功能：宿端辨機用單位事先約定的共享的密鑰，將接收的密文解密變成明文，得到明文信息和源端散列值；把不包含散列值的明文信息后面添加密鑰；將此組合數據，輸入事先約定的單向散列函數，得到宿端散列值；該宿端散列值與接收到的源端散列值相比較；如果這兩個散列值相同；則確認該信息是從合法源端辨機發出的，接受該信息；否則丟棄該信息；

智能專有網中的不同局域網之間，兩臺主機通過因特網的安全和精確的通信如下：

從局域網中的源端自控設施或者電力計算機發送的信息；經源端優機，到達裝有“源端加密程序”的源端辨機；經過加密之后；通過因特網；到裝有“宿端解密程序”和“檢查程序的程序”的宿端辨機；經過解密和檢查病毒后；轉到宿端優機；最后到達宿端接收計算機；辨機對進出智能局域網的信息監控，并拒絕非法對智能局域網的訪問；

智能專有網內的所有電力設備的電力智能組件和執行元件，都相互通信；這種開放式大容量雙向通信的網絡，在不同電力設備之間安全可靠傳送控制信息；成為一個信息動態的、實時交互的、即插即用的網絡結構；并能快速適用于各種新技術、應用和服務；

“檢查程序的程序”、“源端加密程序”和“宿端解密程序”集成一起，安裝在辨機上；辨機運行時能夠自動做出相應的選擇，保證辨機在因特網上安全保密傳輸信息；

智能局域網，其技術特征：將一臺優機、若干電力計算機、數據庫服務器和自控設施，采用局域網技術，通過傳輸介質相連接而組成的電力領域的局域網；智能局域網具有互操作性、移植性、擴展性、縮放性和即插即用特征；它是以分布式控制為原則，采用系統、子系統和模塊分級式的控制結構；其構造是移植的和透明的；

電力自治單元，其技術特征：由電力計算機和若干個自控設施(即工控機和數控裝備)，按照網絡的物理拓撲結構，通過傳輸介質短距離互相聯接而構成；其中每臺自控設施分別承擔一種，或者一種以上的電力任務；電力計算機存放自治單元的操作系統軟件，控制自治單元的功能；

電力計算機系統軟件，含有自治單元的操作系統軟件、數據庫及其管理軟件、語言處理軟件；自治單元支持工控機程序的數據格式，能及時傳輸和處理具體任務，并驅動自控設施自動化工作；它采用電力計算機本身的實時操作系統，或者由計算機擴展成的實時操作系統；

自治單元帶有自適應控制和工藝參數自動生成功能；在電力運行中根據各個參數的變化，自動優化電力運行過程，從而達到提高電力運行率、增加自控設施的壽命和保證電力質量；它建立以電力運行的物理參數為支撐的、具有智能化的專家系統來指導電力運行；

自治單元具有體系結構的開放性，文本資料和數控編程工具豐富，且便于移植；電力計算機與自控設施之間采用星型拓撲結構，用接口電路和電纜連接；

電力領域采用自治單元，只要電力計算機具有與現有電力系統的控制組件相匹配的接口；就既能夠繼承現有的電力系統的寶貴資源，保證現有自動化電力設備資源的利用；同時又能夠制定其電力運行的統一標準，確保軟件、硬件、通信的標準化，容易組網，為企業將來的拓展留有余地；

電力系統中計算機數控系統能夠執行不少于一個任務或一項工序的電力設備，稱為數控裝備。智能電網中的計算機數控系統，稱為自控設施。它包含工控機和數控裝備。數控裝備利用現有的電力PLC、電力伺服系統、驅動裝置和電力設備等。只要這些數控裝備所配備的相應硬件和軟件相同，則工控機控制它們的電力運行，與它們具有的功能也就相同。

自控設施，其技術特征：由工控機、工業可編程序控制器、電力伺服系統、驅動裝置和受控電力設備組成；它們分別通過接口，與電力智能組件的接口互通；與相關電力設備連系；

自控設施的工作流程是：電力工控機首先輸入和存儲經過編譯完好的一個運行任務的匯編程序和數據；然后對該任務的匯編程序進行相關處理；即將該任務中的各個運行過程的執行順序交給工業可編程序控制器進行處理；得出的結果，輸出到電力伺服系統，經過驅動裝置，使受控電力設備執行相關的數控指令或該任務；

自控設施的硬件具有模塊化結構特點，需要提高自控設施的性能時，只需增加功能模塊；

工控機(也稱為電力智能組件)，其技術特征：用于連續不斷地監測、控制電力設備的運行；或用于建模和高效仿真試驗的電力運行過程；

工業可編程序控制器，其技術特征：它接受工控機發出的輔助功能控制命令，主要實現自控設施的各個運行任務的次序及其順序的控制；它具有邏輯運算、計數、計時、模擬控制、數據處理控制功能，是各種高性能自控設施或電力設備的生產領域中不可缺少的控制裝置；它由中央處理器、存儲器、輸入/輸出接口電路、編程器、電源和外部設備組成，其內部通過總線連接；其中輸入/輸出接口電路是工控機和自控設施或電力設備之間的連接平臺；

電力伺服系統(也稱為執行元件)，其技術特征：它由驅動控制電路和伺服硬件或軟件構成；它通過接口電路與驅動裝置相連接；接受工控機和可編程序控制器的數控指令；伺服系統根據工控機輸出的參量指令和伺服控制程序，監控電力設備運行狀態的各種參數及其誤差，并轉化成該參數的修改指令，反饋給工控機，由工控機再通過伺服系統糾正所產生誤差；

驅動裝置，其技術特征：它是電力伺服系統與電力設備之間的傳遞和過渡系統；它是被執行電器的強電線圈或者被執行機械的軸承；

伺服系統每個執行元件或者相應的驅動控制電路，都配有一套驅動裝置；再由驅動裝置帶動電力設備的相關部件進行運行；驅動裝置在不同自控設施的運行過程中，控制的電力設備的部件或者對像是不同的；接口也是不同的；采用標準化、通用化的驅動裝置接口，靈活選用伺服系統；

工控機進行自動編程，并控制相應的自控設施運行；同時在運行中還需要對自控設施的各個運行參數進行測試和各種開關進行控制；

利用工控機硬件的通用性和軟件的柔性化，采用工控機的操作系統來實現自控設施的控制技術，集成不同供應商提供的軟件并且適合于電力網絡系統的聯網需要，而且具有與硬件無關的優點；自控設施用于連續不斷地監測、控制電力設備的運行過程。