劉漢宇 ，邱 赟 ，牟龍華

（1.同濟大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，上海 201804；2.中國船舶及海洋工程設(shè)計研究院，上海 200011；3.中船重工第704研究所，上海 200031）

0 引言

微電網(wǎng)是為了解決分布式電源并網(wǎng)而出現(xiàn)的一個可控的小規(guī)模發(fā)電網(wǎng)絡(luò)，其核心功能是規(guī)?；亟蛹{清潔能源。智能微電網(wǎng)（即微電網(wǎng)的智能化）是未來微電網(wǎng)的發(fā)展方向和新的組織形式［1-3］，能夠?qū)崿F(xiàn)微電網(wǎng)內(nèi)電力流和信息流的高度融合統(tǒng)一。未來智能微電網(wǎng)應(yīng)將先進的信息技術(shù)、控制技術(shù)與電力技術(shù)相結(jié)合，在滿足不同用戶對電能個性化需求的同時，實現(xiàn)清潔能源發(fā)電大規(guī)模平穩(wěn)地接入主電網(wǎng)。在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)建設(shè)中主要是集中在電力系統(tǒng)本身，并沒有充分考慮到信息通信系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的深入融合。這主要是因為當時的電力信息系統(tǒng)和電力系統(tǒng)還不需要具備足夠深入的交互和控制［4］。近年智能電網(wǎng)［5］概念明確地指出未來電力系統(tǒng)發(fā)展方向中的信息化本質(zhì)要求。顯然，作為未來智能電網(wǎng)中發(fā)揮綠色能源電力的重要環(huán)節(jié)，采用傳統(tǒng)電力信息系統(tǒng)手段建設(shè)微電網(wǎng)已經(jīng)不能滿足未來智能化發(fā)展的需要。

信息物理融合系統(tǒng) CPS（Cyber Physical System）［6］將計算能力、通信能力和自治控制能力進行兼容和深度整合，通過信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)的深度交互融合而形成的一個全新的研究領(lǐng)域，是基于下一代高速無線網(wǎng)絡(luò)和嵌入式系統(tǒng)等技術(shù)而發(fā)展起來的智能系統(tǒng)。CPS使得物理設(shè)備成為具有強大網(wǎng)絡(luò)信息能力和自主能力的智能行為體，如同一個能夠?qū)崟r獲知環(huán)境信息而執(zhí)行指定任務(wù)的聯(lián)網(wǎng)機器人，同時這些“機器人”的行為是依賴于物理設(shè)備本身性質(zhì)來體現(xiàn)。

文獻［7-8］提出將CPS概念引入電力系統(tǒng)中，分析了CPS與智能電網(wǎng)在概念上的相通之處，提出了以電力CPS完成智能電網(wǎng)建設(shè)的想法。但若一開始就以整個龐大的電力系統(tǒng)作為研究對象，范圍將會過大，研究比較籠統(tǒng)，技術(shù)上難以細化和深入。另一方面，目前對智能電網(wǎng)的定義和內(nèi)涵都不完善，其中的一些體系和關(guān)鍵技術(shù)都存在著爭議，直接以還處于完善階段的智能電網(wǎng)作為對象建立電力CPS技術(shù)，在可行性上還需商榷和論證。但是如果選擇電力大系統(tǒng)中一個“合適”的區(qū)域來建立局域性的電力CPS，其難度將會大幅降低。

文獻［9-10］首次將CPS引入微電網(wǎng)的信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，提出微電網(wǎng)CPS的相關(guān)概念體系。本文在此基礎(chǔ)上，對微電網(wǎng)CPS環(huán)境下電氣設(shè)備端信息計算資源的融合模型及其運行協(xié)調(diào)機制展開研究。

1 微電網(wǎng)CPS信息資源環(huán)境分析

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)只考慮如何將電能經(jīng)濟可靠地單向輸送給用戶。而隨著微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和逐漸成熟，分布式電源、儲能設(shè)備、大功率風(fēng)力發(fā)電機、電動汽車等新設(shè)備的應(yīng)用，現(xiàn)有電力系統(tǒng)中的信息模式已經(jīng)無法應(yīng)對隨之產(chǎn)生的問題，如：根據(jù)動態(tài)電價調(diào)整用戶的用電模式；收集并快速分析電氣和環(huán)境參數(shù)的變化；區(qū)分不同信息的時效性和安全等級，海量數(shù)據(jù)處理方式（并行計算、云計算）。因此，需在微電網(wǎng)及其內(nèi)部設(shè)備2個層面都考慮全網(wǎng)的雙向互動信息流。而目前的電力信息系統(tǒng)，如DSCADA/DMS、PMS、OMS和WMS等，在數(shù)據(jù)量急劇增加時，從全局來看,信息重疊和異構(gòu)數(shù)據(jù)孤島的局面將不可避免，根本無法方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和信息共享，特別是在故障情況下，電力信息系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)獲取、分析或者電源等系統(tǒng)也會受到一定影響。若不加以注意和克服，當故障比較嚴重時，其造成的破壞完全有可能使微電網(wǎng)成為電力孤島的同時還變成信息孤島。

構(gòu)建微電網(wǎng)CPS的目的就是利用CPS技術(shù)將計算、網(wǎng)絡(luò)和微電網(wǎng)物理環(huán)境進行多維融合與相互協(xié)作，只需在微電網(wǎng)層面就能夠完成所有的信息化控制要求，完全避免微電網(wǎng)信息孤島的產(chǎn)生，因此首先需要分析和研究微電網(wǎng)CPS的存在模式及其所需配置的信息資源能力。根據(jù)文獻［9-10］所述，微電網(wǎng)CPS中的設(shè)備應(yīng)具備“云端計算”能力，能夠?qū)⑺神詈系姆植际接嬎阗Y源和具有嵌入式信息資源的電氣物理設(shè)備通過下一代互聯(lián)網(wǎng)連接，在應(yīng)用層面上實現(xiàn)計算資源、通信、控制和微電網(wǎng)的電氣等物理裝置的緊密關(guān)聯(lián)。根據(jù)文獻［9］的微電網(wǎng)CPS分層描述，可建立如圖1所示的微電網(wǎng)CPS的架構(gòu)。

圖中，微電網(wǎng)CPS是作為未來電力CPS中的一個局域網(wǎng)。微電網(wǎng)CPS中的電力設(shè)備也被賦予了連入CPS網(wǎng)絡(luò)的能力，電力設(shè)備通過CPS路由器與電力CPS網(wǎng)絡(luò)相連。CPS路由器應(yīng)能方便地實現(xiàn)IP地址編址和異構(gòu)數(shù)據(jù)之間格式的轉(zhuǎn)換。CPS的網(wǎng)絡(luò)不同于傳統(tǒng)意義上的Internet，而是由傳感器網(wǎng)絡(luò)、執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的組合通信網(wǎng)絡(luò)，可以采用面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）和企業(yè)服務(wù)總線（ESB）實現(xiàn)具有松散耦合特性的消息傳遞，通過標準化的組件適配器，完成不同應(yīng)用系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)和服務(wù)分享。

圖1 微電網(wǎng)CPS體系架構(gòu)Fig.1 Architecture of microgrid CPS

微電網(wǎng)CPS的主要組成部分分別是通信網(wǎng)絡(luò)、控制中心、分布式計算設(shè)備、微電網(wǎng)電力設(shè)備等。要實現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)與信息系統(tǒng)的深度融合，其電氣設(shè)備不僅要具有發(fā)電、輸電和用電等特征，還必須能夠進行自主狀態(tài)下的環(huán)境感知和物理設(shè)備聯(lián)網(wǎng)控制。特別是在其連接到互聯(lián)網(wǎng)后，微電網(wǎng)的分布式電源，儲能裝置，能量轉(zhuǎn)換裝置，相關(guān)負荷和監(jiān)控、保護裝置，智能電力儀表和各種負荷、儀表等設(shè)備都應(yīng)具有計算、通信、精確控制、遠程協(xié)調(diào)和自治五大功能。這意味著微電網(wǎng)CPS中的電氣設(shè)備等物理裝置必須擁有一定的計算、存儲、通信等資源，它不再僅僅是傳統(tǒng)電網(wǎng)中的冰冷的完成電能轉(zhuǎn)化和執(zhí)行的裝置，而是嵌入了傳感器、執(zhí)行器和聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，能夠?qū)Υ笙到y(tǒng)實現(xiàn)信息采取和自主行為感控的智能體。因此，微電網(wǎng)CPS中的電氣物理設(shè)備連入CPS網(wǎng)絡(luò)后，可以看成是CPS網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的信息資源節(jié)點，成為網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)的提供者。

但是，電氣設(shè)備端作為信息資源（包括負載、智能電表、電源等）卻是不穩(wěn)定的。這是因為在CPS環(huán)境下，雖然微電網(wǎng)中所有的電氣智能設(shè)備都被嵌入了芯片和軟件，并被賦予一個CPS網(wǎng)絡(luò)地址，成為一個信息資源節(jié)點（具備CPU、GPU、RAM、ROM等硬件和應(yīng)用軟件資源，能夠參與對自身設(shè)備的信息收集、加工處理、儲存、發(fā)布和表示），但是這些末端資源節(jié)點的運行將被設(shè)定為與其電力設(shè)備自身的工作條件相適應(yīng)，只在電氣設(shè)備運行時提供服務(wù)（CPU低負荷狀態(tài)下，參與處理一定的非本地任務(wù)），而在電氣設(shè)備停運時，雖然仍舊保持通信，但只限于少量的狀態(tài)應(yīng)答信息，不會繼續(xù)作為信息節(jié)點提供服務(wù)。因此，它們會隨著電氣設(shè)備的運轉(zhuǎn)工況，動態(tài)地、隨機地加入或者退出微電網(wǎng)CPS信息服務(wù)環(huán)境。顯然這樣的服務(wù)是不可靠的，服務(wù)質(zhì)量難以保障。但是當這樣的設(shè)備端節(jié)點的數(shù)量較大時，還是可以用冗余來提高性能。

微電網(wǎng)CPS中的信息計算資源環(huán)境主要是由3個部分組成：電力CPS中心長期穩(wěn)定運行的高性能服務(wù)器節(jié)點；微電網(wǎng)CPS的本地集群服務(wù)器節(jié)點；電氣設(shè)備端節(jié)點。其模型如圖2所示。

圖2 微電網(wǎng)CPS的信息計算資源環(huán)境模型Fig.2 Information computing resource environment model of microgrid CPS

高性能服務(wù)器節(jié)點處于微電網(wǎng)CPS信息計算資源環(huán)境的內(nèi)層；集群服務(wù)器節(jié)點處于中間層；電氣設(shè)備端節(jié)點處于外層。微電網(wǎng)CPS涉及到的信息資源環(huán)境從內(nèi)到外是由穩(wěn)定的內(nèi)層、次穩(wěn)定的中間層和不穩(wěn)定的外層構(gòu)成，下層節(jié)點與上層節(jié)點的信息彼此交互。內(nèi)層由核心服務(wù)器構(gòu)成；中間層由集群服務(wù)器組成；外層則具有開放網(wǎng)絡(luò)通信能力的電氣物理設(shè)備端節(jié)點組成。由于外層節(jié)點依附于微電網(wǎng)中的電氣設(shè)備，其中的一些節(jié)點服務(wù)就具有很強的隨機性，通常是不可信賴的。顯然，微電網(wǎng)CPS信息計算資源模型能夠正常運行的關(guān)鍵就在于對其提供一套工作機制，保證外層節(jié)點能穩(wěn)定地貢獻資源和協(xié)同工作。

2 設(shè)備物理端節(jié)點融合模型與工作機制

2.1 電氣設(shè)備物理端的融合模型

采用Agent技術(shù)［11-12］描述微電網(wǎng)CPS下電氣設(shè)備端被賦予的計算、通信、控制和本地環(huán)境感知能力，在由每個設(shè)備中的信息資源構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上構(gòu)建Agent和Agent的運行平臺。盡管不同的電力物理設(shè)備中計算和存儲能力、操作系統(tǒng)、軟件平臺等方面差別明顯，但是通過抽象模型定義的方法仍然能夠?qū)ζ溥M行描述。這是因為，微電網(wǎng)CPS執(zhí)行任務(wù)時，不必關(guān)心物理設(shè)備的具體形態(tài)和功能，只需要關(guān)心此設(shè)備中的信息資源是否能夠完成分配給它的任務(wù)即可。

定義 微電網(wǎng)CPS電氣物理端應(yīng)該是同時具有感知和執(zhí)行功能的端節(jié)點，其Agent模型定義為一個九元組：

其中，ID為此Agent在微電網(wǎng)CPS網(wǎng)絡(luò)的唯一身份標識，標識此Agent的位置。由于同一個物理設(shè)備端節(jié)點可能駐留有多個Agent，所以Agent網(wǎng)絡(luò)身份標識ID應(yīng)該起碼包含節(jié)點標識和該節(jié)點Agent的序號兩部分信息，表示為：

Env是Agent根據(jù)當前任務(wù)需要采集的本地信息，包括電氣和環(huán)境氣象等相關(guān)參數(shù)。

Time是時間點的集合，是調(diào)度Agent的自適應(yīng)定值整定的任務(wù)周期，包括通信耗時、網(wǎng)絡(luò)拓撲耗時、整定定值等。

Layer是Agent在微電網(wǎng)CPS中的網(wǎng)絡(luò)層次歸屬，標明內(nèi)層、次內(nèi)層還是外層。

Role是Agent在此節(jié)點中承擔(dān)的角色和該角色所應(yīng)具備的條件。微電網(wǎng)CPS的電氣設(shè)備端節(jié)點在孤島或并網(wǎng)狀態(tài)下可能承擔(dān)的角色包含以下幾種：用戶、信使、任務(wù)執(zhí)行者；在特殊條件下，如偏遠地區(qū)的小型微電網(wǎng)CPS，資源相對充裕的電氣設(shè)備端節(jié)點也可能承擔(dān)任務(wù)調(diào)度者或者管理員的角色。

Resource是Agent的資源約束，它描述其擁有的資源數(shù)量，包括內(nèi)存、CPU等硬資源，以及數(shù)據(jù)、文件、程序等軟資源。

State狀態(tài)描述了當前Agent的工作狀態(tài)，如繁忙、閑置、歷史信息記錄等。

Act是根據(jù)當前節(jié)點狀況和Agent的先前設(shè)置意愿所實施的動作行為，Act是一組集合，即：Act=｛act1，act2，…，actn｝。 行為直接作用于 Agent的所處環(huán)境。在通常的微電網(wǎng)并網(wǎng)情況下，各節(jié)點上的不同Agent必須通過其通信模塊每隔一定時間持續(xù)向內(nèi)層節(jié)點發(fā)送“心跳”信息，以讓管理者掌握其當前各節(jié)點的在線狀態(tài)和監(jiān)視當前任務(wù)的承擔(dān)情況。

Credit是Agent所在節(jié)點的可信度，區(qū)分當前節(jié)點是長時間穩(wěn)定在線地提供可靠服務(wù)的物理端節(jié)點，還是不能長期在線運行或者隨機性很強的不可信賴的端節(jié)點。

2.2 電氣設(shè)備端節(jié)點的協(xié)同管理

即插即用特性是實現(xiàn)微電網(wǎng)靈活方便供電的基本要求，它使得微電網(wǎng)能夠自動配置設(shè)備層中的各種底層電力一次設(shè)備，并且告訴對應(yīng)的設(shè)備所承擔(dān)的角色和執(zhí)行的任務(wù)。微電網(wǎng)中設(shè)備即插即用的特性將要求在新增設(shè)備接入微電網(wǎng)時，微電網(wǎng)CPS的中心管理節(jié)點能夠識別新增節(jié)點的相關(guān)屬性信息，同時要對微電網(wǎng)中已有的管理秩序進行修改。新增的節(jié)點具體可以分為以下3類：一是增加的節(jié)點是已有的節(jié)點，中心管理節(jié)點可以對其進行完全描述和管理，對這樣的設(shè)備節(jié)點只需要修改其Agent的ID屬性值和關(guān)聯(lián)即可；二是增加的節(jié)點為當前已有設(shè)備的不同升級版本時，中心管理節(jié)點只能夠部分對其進行描述，此時需要對新增的屬性和關(guān)聯(lián)進行擴展描述，修改其 Agent的 ID、Env、Time和 Resource等屬性；三是增加一種全新的設(shè)備節(jié)點，則需要向微電網(wǎng)CPS節(jié)點庫中增加新類型節(jié)點的完全描述。

按照CPS的要求，微電網(wǎng)CPS中的電氣儀表等設(shè)備構(gòu)成的外層端節(jié)點應(yīng)該具有動態(tài)的自組織重構(gòu)功能。就算微電網(wǎng)CPS內(nèi)部某些資源或者管理節(jié)點已經(jīng)失效，如感知到某一設(shè)備故障退出外層，附近的設(shè)備端節(jié)點能夠自主進行資源補充，迅速地重建相互協(xié)作關(guān)系。另外，由于微電網(wǎng)普遍采用“即插即用”的設(shè)備接入工作方式，當節(jié)點數(shù)量較大時，就很容易導(dǎo)致系統(tǒng)隨著節(jié)點資源的增多而趨于混亂的狀態(tài)，相互之間的協(xié)作不能建立，嚴重時節(jié)點相互封鎖之間通信，產(chǎn)生信息孤島的情況。如果采用集中控制管理模式，作為任務(wù)執(zhí)行者向微電網(wǎng)CPS中間層節(jié)點定期發(fā)送心跳信息，防止節(jié)點失效是可行的。但是要提高被分配至外層節(jié)點任務(wù)執(zhí)行的成功率，并確保任務(wù)能夠在規(guī)定的時間內(nèi)提交結(jié)果，則不能采用心跳機制，原因是數(shù)量龐大的電氣設(shè)備端節(jié)點都向內(nèi)層節(jié)點發(fā)送周期心跳信息將會帶來大量額外的網(wǎng)絡(luò)通信負擔(dān)，并容易大量消耗云核心層節(jié)點的資源，產(chǎn)生類似于分布式拒絕服務(wù)攻擊［13］的效果。由此可見，“即插即用”的微電網(wǎng)設(shè)備接入方式在帶來方便的同時，也存在著使整體效益隨著節(jié)點的增多而降低的可能性。

為了解決這個問題，可以采用節(jié)點環(huán)形協(xié)同管理機制，如圖3所示。具體而言，就是將微電網(wǎng)CPS外層的電氣設(shè)備端節(jié)點按照網(wǎng)絡(luò)最短路徑［14］的原則，依次相互建立聯(lián)系，組成邏輯上的節(jié)點環(huán)。微電網(wǎng)CPS外層節(jié)點和中間層節(jié)點在節(jié)點數(shù)量較大時均可以采用相互感知、監(jiān)視的機制，兩相鄰節(jié)點相互之間定時發(fā)送心跳信息來確認彼此是否在線。當電氣設(shè)備端節(jié)點數(shù)量龐大時，外層節(jié)點環(huán)可采用分布式散列表作為存儲架構(gòu)，將微電網(wǎng)CPS外層分為若干組進行管理，使其具有更強的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)融合性。

圖3 微電網(wǎng)CPS電氣設(shè)備端節(jié)點環(huán)形協(xié)同管理示意圖Fig.3 Schematic diagram of annular collaborative management of microgrid CPS electrical physical device nodes

G1中的外層節(jié)點環(huán)與中間層節(jié)點m2進行信息交互，但是m2并不會與環(huán)中的節(jié)點頻繁通信。G1中的節(jié)點狀態(tài)還是依靠節(jié)點彼此之間的感知進行。例如，節(jié)點n5平時受n6與n4的監(jiān)視，同時n5也會監(jiān)視n6與n4的狀態(tài)。若節(jié)點n5因為某種原因退出微電網(wǎng)CPS網(wǎng)絡(luò)，則n6和n4在一定的時間間隔后收不到n5發(fā)來的心跳信息，就會立即向m2上發(fā)n5的異常信息，得到確認后，n6與n4建立相互監(jiān)視關(guān)系。下面給出具體的實施步驟。

（1）內(nèi)層節(jié)點m2將相互監(jiān)控任務(wù)發(fā)送到電氣物理端節(jié)點n1～n5上執(zhí)行。

（2）節(jié)點n1偵聽到節(jié)點n2的狀態(tài)結(jié)果時暫停；等待節(jié)點n3偵聽節(jié)點n2的狀態(tài)結(jié)果。

（3）當?shù)却焦?jié)點n3的偵聽結(jié)果時，與節(jié)點n2提交的結(jié)果進行比較。

（4）如果結(jié)果相同，則采用該結(jié)果，進而決定是否向節(jié)點m2匯報；如果不同，則再次重復(fù)上面的步驟。

（5）若經(jīng)過2次比較后仍然不一致，則節(jié)點n1或者n3向節(jié)點m2匯報節(jié)點環(huán)異常信息。

（6）n1與n3建立相互監(jiān)視關(guān)系。

微電網(wǎng)CPS環(huán)境下的電氣設(shè)備物理端節(jié)點和中間層節(jié)點將充當任務(wù)執(zhí)行者的角色。相對重要的任務(wù)由中間層節(jié)點執(zhí)行，內(nèi)層節(jié)點主要起調(diào)度程序的作用，一般不會直接參與具體的任務(wù)中。電氣設(shè)備物理端節(jié)點擁有相對較弱的計算能力和存儲資源，而且還不能夠保證全部資源都投入到處理其他非本地任務(wù)中，因此分配到電氣設(shè)備物理端節(jié)點的任務(wù)工作量應(yīng)相對較小。采用基于合同網(wǎng)［15］的思想，將每個任務(wù)采用任務(wù)招標的方式，將投標值作為Agent之間任務(wù)分配的控制變量，通過互相協(xié)商和競爭，以實現(xiàn)任務(wù)的動態(tài)分配和調(diào)整。標書對所有外層節(jié)點上的Agent開放，各Agent根據(jù)自身狀態(tài)和當前可用的資源，通過決策模型計算投標值，決定對公布的任務(wù)是否具有能力申請。中間層節(jié)點通過優(yōu)化算法或協(xié)調(diào)算法計算選擇最適合完成合同的Agent節(jié)點，將子任務(wù)交給它。

3 微電網(wǎng)CPS的服務(wù)平臺設(shè)計

雖然CPS中的認證技術(shù)、下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和訪問控制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)尚未成型，但從微電網(wǎng)中物理設(shè)備和CPS技術(shù)特征相結(jié)合的應(yīng)用層面考慮，就可以設(shè)計出符合微電網(wǎng)CPS需求的平臺?？紤]上述的物理端融合模型與微電網(wǎng)CPS的運行需求，在Hadoop的軟件框架下，利用Java語言及其開發(fā)工具Eclipse IDE具體構(gòu)建出電氣設(shè)備物理端節(jié)點的Agent平臺。總體設(shè)計方案如圖4所示。

圖4中的端節(jié)點平臺系統(tǒng)通過新一代單頁Web服務(wù)，使得面向服務(wù)的架構(gòu)和微電網(wǎng)的擴展公共信息模型（CIM）具備異構(gòu)平臺之間互操作的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)能力。Web服務(wù)接口封裝物理端節(jié)點的CAgent，為外部的Web服務(wù)提供智能協(xié)作。如通過Web通信使得各控制設(shè)備能夠自主參與電壓與頻率控制、電能質(zhì)量優(yōu)化和電價競價等業(yè)務(wù)。平臺內(nèi)通過身份認證為微電網(wǎng)CPS內(nèi)的各種智能服務(wù)提供服務(wù)注冊，包括消息數(shù)據(jù)的類型、消息通信機制、服務(wù)操作及定義如何用所選通信技術(shù)處理消息，Web通信服務(wù)代理負責(zé)不同節(jié)點與上層的服務(wù)信息傳遞。

進而可以給出基于微電網(wǎng)CPS物理端節(jié)點融合模型的孤島控制策略，如圖5所示。物理端的信息資源能力使得其也能夠參與系統(tǒng)的運行服務(wù)中，整個運行管理以智能服務(wù)為主。

圖4 電氣設(shè)備端節(jié)點平臺架構(gòu)示意圖Fig.4 Architecture of electrical physical device node platform

圖5 微電網(wǎng)CPS的孤島控制策略Fig.5 Islanding control strategy of microgrid CPS

每一個微電網(wǎng)CPS中的物理設(shè)備都能夠提供或者被提供獨立的智能服務(wù)，每個智能服務(wù)由預(yù)先定義的基本功能服務(wù)組成，負責(zé)各自的任務(wù)，如新電源發(fā)電控制服務(wù)、用戶電價制定服務(wù)、可控發(fā)電經(jīng)濟控制服務(wù)等。微電網(wǎng)CPS的集群服務(wù)器將根據(jù)內(nèi)部的各個計算或資源調(diào)度任務(wù)以消息的形式發(fā)下去，由各個設(shè)備物理端智能服務(wù)執(zhí)行。比如如果某一臺風(fēng)能與太陽能接受量下降，則物理端上CAgent自動接受與最近處的環(huán)境傳感器Agent信息服務(wù)，快速調(diào)整出力策略，無需上層調(diào)度，從而節(jié)省上級資源并形成對上級計算資源的有效支持。

4 結(jié)論

本文在建設(shè)智能微電網(wǎng)方面進行了探索性研究，在前期研究成果的基礎(chǔ)上進一步深化了對CPS技術(shù)在未來微電網(wǎng)智能化過程中可能發(fā)揮作用的認識。

微電網(wǎng)CPS是CPS概念在新能源發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用的具體體現(xiàn)，有望對未來智能微電網(wǎng)的建設(shè)提供有力的支持，其核心內(nèi)涵是如何有效地將控制、通信和計算能力集成體現(xiàn)在微電網(wǎng)的具體設(shè)備運行中。在CPS的環(huán)境下，電網(wǎng)的運行特性必將發(fā)生根本性的變化。本文通過分析微電網(wǎng)CPS體系架構(gòu)中的資源環(huán)境，提出電氣設(shè)備端節(jié)點的抽象模型和運行機制；基于此模型設(shè)計了微電網(wǎng)CPS的運行平臺，該平臺將Agent封裝為服務(wù)主體來實現(xiàn)彼此之間的相互通信與協(xié)作。