北极星智能电网在线讯:在过去的50年中, 电网的自动化水平有很大的提高, 但相比于智能电网仍存在巨大的差距。现有的电网不能很好地应对主动供配电、分布式能源、能源互联以及新功能新业务等问题。
软件定义网络将计算机网络设备的控制平面和数据平面分离, 通过逻辑上的集中控制构建开放可编程的网络体系结构, 从而支持各种新型业务的创新。本文吸收了“软件定义”的理念, 首次提出了软件定义电网(software defined grid, SDG)。通过利用软件定义的概念和方法论, 把传统刚性的电网变成更加柔性的逻辑电网, 实现了电网信息的逻辑集中控制、电网数据和电网控制的分离以及抽象的电网模型, 使得电网具备更强的适应性和灵活性。
软件定义电网的概念
“软件定义”的概念最早在计算机网络中被提出并得到应用, 即为人们所熟悉的软件定义网络。软件定义网络有三大特征, 分别是: 1) 控制跟传输(计算机网络中的转发)分离; 2) 具备开放的编程接口; 3) 具备集中式的控制。软件定义的核心思想就是实现系统的运行、控制、管理三者部分或全部的分离。
图1是传统电网和软件定义电网的概念对比示意图。图1左侧是传统的电网, 其各个专用应用系统从硬件到软件都紧密耦合在一起, 其运行、控制与管理不可分割。当需要构建新功能或新业务时, 从硬件到软件全都需要重新设计、实现和部署, 这种方式极大地阻碍了电网的更新与发展。
图1右侧是软件定义电网, 其余软件定义网络具有的特征, 实际上是将软件定义的理念和方法运用于电网中, 实现电网的运行、控制、管理三者部分或全部的分离。这种分离将极大改变传统电网的结构和运行方式, 使得电网变得更加柔性。
图1 传统电网和SDG的概念示意图
软件定义电网的体系结构
图2是软件定义电网的分层结构图。从下而上, 软件定义电网包括物理设备层(physical device layer, PDL)、运行控制层(operation controller layer, OCL)和应用定义层(application definition layer, ADL)三层; 另外还包括两个接口, 分别是运行控制层和物理设备层之间的南桥接口(south-bridge interface, SBI), 以及运行控制层和应用定义层之间的北桥接口(north-bridge interface, NBI)。
1) 软件定义电网的三个层次
物理设备层。物理设备层包括电网设备和通信设备, 处于软件定义电网的最底层, 接受来自控制层的指令, 并完成相应的控制操作; 同时物理设备层的设备主动向运行控制层报告其状态。
运行控制层。运行控制层包括电网操作系统(grid operating system, GOS)和广义电网状态数据。电网操作系统是整个软件定义电网的核心和中枢, 汇集广义电网状态数据, 同时实现了电网运行的核心服务模块, 为上层应用提供服务, 并分发控制指令给运行层设备。
应用定义层。应用定义层则包括各种为电网的功能和业务服务的应用。应用通过接口访问控制器, 不仅可以访问、控制智能设备, 还可以访问运行控制层的广义电网状态数据。得益于这种分层的架构, 软件定义电网中可以在逻辑层面上, 用“软方法”很便捷地开发新应用和新业务。
