一种可再生能源系统云实验室架构设计方法和设备

所属的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

背景技术：

1、全球有超过30％的电力来自可再生能源，太阳能、风能等可再生能源技术不断成熟，装机量逐年提升，预计2024年全球可再生能源发电装机容量将达到4500吉瓦。与此同时，市场对光伏、风电等发电技术的研究与测试需求也大幅增加。降低可再生能源相关的实验与测试成本具有重要意义。

2、传统的本地实验室建设成本高，可及性低，相同功能的实验设施建设重复率高。近年来，高速互联网的普及和网络带宽的提升为实时数据传输和远程操作提供了基础，进而为云实验室的发展提供了机遇。云实验室是一种基于互联网技术的虚拟实验环境，旨在提供在线和远程访问的实验资源、设备和环境。这种实验室可以用于学术研究、教育培训、技术测试等各种用途，相比传统的实验室，云实验室在一次本地建设后即可允许任何互联网上的用户使用，因而具有更高的灵活性、可访问性和可扩展性。云实验室的特点是设备种类繁多且分散，不仅需要对主要设备进行本地/远程的管理与控制，还要实现设备实验、测试数据入库，基本设备信息入库，设备数据与实验测试数据具备本地网络与外网远程网络访问，局部核心数据实现数据共享服务。为了实现上述复杂的功能服务，在建设云实验室之前，全面的架构设计非常必要。

3、目前，国内外学者已经开展相关研究，然而，目前的研究多聚焦于教学性质的平台系统，而非高度专业化的实验需求，特别是在光伏、风电和电力电子设备的实验平台设计方面，现有的云实验架构往往无法满足这些领域对实时数据处理、高度定制化实验配置和复杂设备管理的具体要求。为此，需要研究综合考虑光伏、风电、电力电子设备技术特征与实验需求的云实验室架构设计方法，不仅解决传统模式下的应用限制，还为实验设计提了更为灵活和高效的实施方案，为行业提供可靠的方法和工具。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的上述问题，即现有的云实验室架构多聚焦于教学性质的平台系统，难以直接应用在实验室设计中的参考方案的问题，本发明提供了一种可再生能源系统云实验室架构设计方法，所述方法包括：

2、针对可再生能源系统的不同实验类型，预存不同的数据交互方案；

3、基于所述不同的数据交互方案，分别设置三层三区通讯架构；所述三层三区通讯架构为包括设备层、集成应用层及云层的三层结构和包括实物实验区、半实物试验区和实物+半实物试验区的三区结构的通讯架构；

4、设置软件架构为表示层、服务端应用层、数据访问层和设备接口层，共同用于采集实验数据、处理实验数据和调整用户界面。

5、进一步的，所述不同实验类型，包括光伏测试实验、风电仿真实验和电力系统模拟实验。

6、进一步的，所述三层结构，具体为：

7、所述设备层包括多种实验类型的实验设备、各实验室的本地数据库服务器、接入层交换机和汇集交换机；其中对于每种实验类型，分别设置一个分布式的本地数据库服务器，并与所述云层通讯连接；

8、所述接入层交换机，使用各种接口、端口、交换机及相关系统，把终端实验设备连接到应用层中；所述应用层用于向本地网段提供数据接入；

9、所述汇聚层交换机，用于控制汇聚层；所述汇聚层用于实施策略、安全防护、工作组接入、vlan之间的路由和源地址或目的地址过滤；

10、所述集成应用层包括仿真软件、数字实时仿真平台和基于多类型应用系统/数据接口/业务流程的软件平台集成技术开发的通信服务应用；

11、所述云层用于通过自动控制技术，基于高级api定制实验协议，实现全流程控制的高度自动化研究实验室，提供实验的远程接入和执行服务，通过核心层中央控制器进行双机冗余热备份和负载均衡。

12、进一步的，所述设置软件架构具体为：

13、所述表示层用于实现系统的人机交互界面，根据用户具有的权限进行可视化展示、接收用户的控制指令和传递用户的控制指令；

14、所述服务端应用层用于基于用户的控制指令进行采集实验数据和处理实验数据；

15、所述数据访问层用于进行实验数据的存储、访问和安全管理；

16、所述设备接口层用于与云实验室的设备协调控制器之间站内通讯，采用设备管理与控制系统(dmes)站内通讯规约。

17、进一步的，所述数据访问层具体包括底层软件和数据库运行管理；

18、所述底层软件，用于实现服务端应用层数据访问的接口功能；

19、所述数据库运行管理，用于数据存储和安全管理；

20、数据库包括实时数据库和关系型数据库，关系型数据库采用mysql数据库；实时数据库采用key-value方式保存实时数据；

21、关系型数据库用于数据的永久存储；实时数据库中的实时数据保存在内存中，用于海量数据的快速访问。

22、进一步的，所述架构还包括实验分析优化策略：

23、通过遍历树模式和区间划分的分层分区；

24、基于前沿边界计算方法，选取和分配所述分区，实现k个实验分析流程的并行运行。

25、进一步的，所述实验分析优化策略具体为：

26、根据用户的参数设定及指令评估实验数据分析的计算量确定实验计算区间；

27、基于所述实验计算区间通过遍历树模式，在每个遍历树深度识别一个符合分割条件的区间；

28、对每个符合分割条件的区间进行子空间创建，并应用计算速度函数进行性能评估，以识别并获得每个子空间对应的数据处理或实验结果的前沿边界；

29、从所述前沿边界中选取表现完成速度最快或资源消耗最小化的实验方案，加入到实验队列中，以优化实验流程和输出；

30、重复在剩余的符合分割条件的区间中通过计算速度函数评估，并选出前沿边界表现完成速度最快或资源消耗最小化实验添加到实验队列直至达到最大化并行水平。

31、进一步的，所述选取表现完成速度最快或资源消耗最小化实验方案，加入到实验队列中，还包括：

32、评估所有前沿边界中的实验方案的完成速度和资源消耗，并通过加权求和的方式评估实验方案的优先级；

33、评估所有实验方案加入到实验队列中的预估可容纳空间；

34、如果预估可容纳空间超过实验队列可容纳的空间，则依据所述优先级将的实验方案添加到实验队列。

35、本发明的第二方面，提出了一种电子设备，包括：

36、至少一个处理器；以及

37、与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，

38、所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现上述的一种可再生能源系统云实验室架构设计方法。

39、本发明的第三方面，提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现上述的一种可再生能源系统云实验室架构设计方法。

40、本发明的有益效果：

41、(1)本发明提供了一种研究综合考虑光伏、风电、直交流电力转换设备技术特征与实验需求的可再生能源系统云实验室架构设计方法，该架构可实现多类型实验测试设备的自动化控制与数据采集、分析和展示功能，支撑为公众提供数字化、自动化、智能化的实验服务的目的。

42、(2)在实验架构方面，本发明通过设计三层三区通讯架构(设备层、应用层及云层和实物实验区、半实物试验区和实物+半实物试验区)，解决了多种实验设备在同一平台上协同工作时数据交换和控制指令传递的复杂性问题。三层三区的架构允许不同类型的实验设备(光伏、风电、直交流电力转换设备)在物理和虚拟实验环境中无缝集成，确保了数据的高效采集与处理，同时提高了实验设置的灵活性和可扩展性。这使得实验平台能够根据实验的具体需求动态调整资源分配，优化实验的运行效率。

43、(3)在实现多实验分析流程的并行运行方面，本发明的实验分析优化策略通过遍历树模式和区间划分的分层分区方法，有效管理并优化了实验的数据处理过程。这种方法使系统在保持高计算效率的同时，准确地分配和利用计算资源，尤其是在处理大量或复杂数据集时。此外，基于前沿边界计算方法选择和分配实验区间的策略，极大地提高了实验的数据精度和处理速度，实现了实验分析流程的最大化并行化，从而缩短了实验周期，提高了研究效率。

44、(4)本发明不仅提升了实验平台的自动化、智能化水平，而且通过独特的通讯架构和优化策略，显著提高了数据处理的效率和准确性。这一设计方法允许复杂实验的高效执行，同时降低操作难度和维护成本。因此，本发明能够为可再生能源发电系统的研究和开发提供一个强大的工具，推动该领域的技术进步和创新。

45、(5)本发明提供远程实验服务，允许用户通过互联网远程访问和操作实验室设备，极大地提高实验的灵活性，允许学生、研究人员或工程师在任何地方进行实验。同时，允许用户根据实际需求定制实验环境，兼容创建各种实验场景，为不同领域的研究者提供了更大的灵活性和适应性。具体而言，虽然许多现有的远程实验平台允许基本的远程操作，但本发明通过其独特的软件和硬件架构，使用户能够进行个性化的实验设置。这包括能够调整实验参数、选择特定的传感器和设备配置、以及实时修改实验流程。此外，本发明的平台设计兼顾了广泛的实验类型和科研需求，包括光伏、风电、电力电子等多个领域。系统能够根据不同学科的特定需求调整其硬件接口和数据处理算法，提供灵活的服务。

46、(3)本发明的软件架构允许多个用户可以共享同一套实验设备并对任务进行并行处理，降低单次实验成本，从而最大限度地利用资源；本发明的实验优化策略也进一步提高了设备的利用率具体而言，实验平台能够根据实验需求自动安排设备使用时间，确保各类设备都能在适当的时间被充分利用，大幅缩短设备的限制时间并提高其性能的利用率。通过本发明可以促进协作和知识共享，具有重要的现实意义和良好的应用前景。