电力物联网5G云–边–端协同框架与资源调度方法

分布式能源、可调负荷及储能装置大规模接入配电网运行带动“源-网-荷-储”调控模式的转变,配电网与分布式资源之间频繁双向互动对通信网全面感知与广域传输能力提出更高要求。电力物联网与5G的融合通过云-边-端多层级资源的深度协同提供有效的解决方案。针对现有云-边-端协同技术在电力物联网与5G融合应用面临的与电力业务需求适配性不足、异构资源调度协同性差、数据隐私安全难以保障等挑战,文章提出电力物联网5G云-边-端多级协同框架,支撑分布式资源与配电网的协同互动;在此基础上,基于联邦深度Q学习,提出基于半分布式人工智能的云-边-端协同资源调度方法,在高可靠低时延约束下实现端侧任务卸载、功率控制与云侧/边侧计算资源分配的协同优化;最后,通过算例分析验证该技术在能耗、时延、吞吐量等方面的性能优势,同基于层次分析法和深度Q学习的边缘网络任务卸载算法(distributionoffloadingalgorithmbasedon analytic hierarchy process and deep Q network,AHP-DQN)和能量感知边缘计算移动管理算法(energy-awaremobility...     

面向电力信息物理系统的端边云雾协同模型

随着电力物联网的推进,海量终端设备的接入对传统集中式控制方式下电力信息物理系统CPPS(cyber power physical system)提出了极大的挑战.在边缘计算与雾计算的发展背景下,基于"云、网、边、端"电力物联网体系架构,提出了端边云雾协同控制下的CPPS模型,并考虑了分布式信息能源系统海量时空异构特征数据处理,结合矩阵分析单雾层级区域计算单元CPPS建模,建立了多层级分布式全网CPPS关联模型.通过算例分析量化计算了区域自治与端边云雾协同控制下的电网运行状态和通信网络时延特性,算例分析结果表明了所提架构的有效性与建立模型的合理性.     

电力物联网中5G边缘计算技术的研究

为解决电力物联网中海量设备接入诉求,云服务器集中处理架构逐渐向边缘计算模式演进,电力物联网演进为云、网、边、端四层模型。本文根据现有电力业务类型和传输需求,分析了电力物联网中边缘计算面临的技术难点,提出采用基于时隙的灵活调度,并结合自时隙结构和灵活时隙配置等方案改进边缘计算网络中的端到端时延;采用基于5QI配置及ARP优先级方案提升电力物联网中业务保障效果,采用业务安全隔离是保障电力业务安全运行。文章最后给出了基于5G技术的边缘计算网关体系架设和技术特点,指出可以充分利用基于5G的创新技术,提升电力物联网中边缘计算有效性和安全性,满足电力物联网蓬勃应用的需要。     

基于并行深度信念网络的电力负荷预测

针对传统电力负荷预测算法的训练速度慢、预测准确度不高等问题,提出了一种并行的基于深度信念网络的电力负荷预测方法。该方法基于并行计算框架和深度信念网络,对历史电力负荷和天气信息数据进行并行训练并预测负荷值。实验结果表明,该方法预测的电力负荷值与实际值之间的平均误差较低,预测精度高于传统方法,有效减少了算法训练和预测的耗时,可适应大规模电力数据场景下的预测需求。     

基于云-边-端协同的电力物联网用户侧数据应用框架

物联网技术渗透到电力系统所形成的电力物联网承载着海量数据流,通过电力业务数据化和电力网络信息化,促进电力数据业务化目标的实现。目前电网基于云计算的集中式数据存储与处理,使得海量细粒度的用户侧数据无法得到有效应用。基于此,文章提出了基于云-边-端协同的用户侧数据应用框架,以打破由于计算资源有限而导致用户侧与电力系统的交互壁垒。利用边缘计算与云计算的互补性,以预测预警、分类聚类和需求响应3类用户侧基础数据应用为例,设计了用户侧数据应用框架,以期实现自下而上和自上而下的双向数据流、业务流的协同循环,从而达到对用户侧数据进行广而深的价值挖掘的目标。最后,从物理层、平台层和业务层3个维度对实现该框架的关键技术进行了分析与总结。     

电动汽车充电设备特性的研究

通过采集交流充电桩和非车载充电机在充电过程中的实际运行数据,从充电设备的负荷性质(感性、容性)、充电特性(充电电压、充电电流和充电功率)及谐波特征三方面对电动汽车的充电特性进行阐述。     

基于永磁切换开关的有序平衡充电系统

充电桩建设是国家基础设施“新基建”项目之一。由于电力负荷的不确定性和汽车充电的随机性,大规模充电桩负荷造成的线路过载、三相负荷不平衡、电压下降等问题更加突出。以住宅小区的慢速充电、常规充电模式为对象,研究了基于永磁切换开关的电动汽车的负荷平衡、有序充电控制系统,可有效解决电动汽车大规模接入导致的上述问题。     

基于“车-路-网”协同的电动汽车充电引导策略

针对大量电动汽车集中充电引起的电网电能质量下降、路网道路拥堵和充电站内充电桩未能充分利用的问题,结合路网、充电站和配电网的实时运行状态,提出一种基于第三代前景理论的充电引导策略。分别对路网、充电站和电网建立不同的运行状态描述模型;基于第三代前景理论,根据充电桩和电动汽车时空状态建立动态多参考点,根据“车-路-网”系统的运行状态对用户充电选择进行前景分析,通过前景值建立耦合系统状态模型,并将最大前景值方案作为推荐引导策略方案。仿真结果表明,所提充电引导策略不但能够充分协调分配充电负荷以及合理缓解交通压力,而且能够有效保证配电网电压处于正常的运行范围内。     

变电站区域充电桩运行协调自动控制方法研究

研究一种变电站区域充电桩运行协调自动控制方法,降低网损、负荷波动与峰谷差,解决三相不平衡问题,实现充电桩运行协调自动控制。利用基于能量均衡的无线传感器部署方法,在变电站区域内设计无线传感器部署方案,用于采集充电桩运行信息;依据采集的信息,以最小网损、三相不平衡度、负荷波动与峰谷差为目标函数,以充电桩功率与充电桩储备电量等为约束条件,建立充电桩运行协调自动控制模型;通过粒子群算法求解该模型,获取最小网损、三相不平衡度、负荷波动与峰谷差,对应的充电桩运行协调自动控制方案。实验证明:该方法可有效采集充电桩运行信息,具备较优的能量均衡性;该方法可有效实现充电桩运行协调自动控制,降低网损、三相不平衡度、负荷波动与峰谷差,令充电桩电压始终维持在正常范围之内。     

考虑配电网综合运行风险的充电桩接纳能力评估与优化

为解决配电网的建设速度与EV的普及速度失配问题,进行了配电网充电负荷接纳能力评估方法与优化策略研究.首先,以充电桩接纳能力来衡量配电网的充电负荷接纳能力,从配电网侧、充电桩侧和用户侧分析了配电网充电桩接纳能力影响因素.其次,建立基于充电桩数量的充电负荷评估模型,基于充电桩数和车桩比计算充电负荷,进而利用充电负荷和配电网...     

电动汽车充电站有序充电调度的分散式优化

大量电动汽车无序充电会给电力系统尤其是配电系统的安全与经济运行带来影响甚至挑战。针对集中式优化与控制方法的不足和固定电价策略的缺陷,基于拉格朗日松弛法,将传统的电动汽车充电站有序充电调度集中式优化问题分解为N个子问题(N为需充电电动汽车数量),提出了有序充电调度的分散式优化策略。优化模型以充电站收益最大为目标函数,考虑了用户用电需求、充电时间、变压器容量等约束和充电站分时电价策略。为验证所提方法的有效性,采用蒙特卡洛法模拟电动汽车充电需求,对采用集中式优化和分散式优化策略的有序充电和无序充电情形,以及充电站售电固定电价和分时电价模式下的充电站收益、削峰填谷效果、计算效率等进行仿真计算和分析。结果表明,所提方法相比于无序充电及充电站固定电价策略,可显著提高收益;相比于集中式优化,计算效率更高;充电站采用售电分时电价虽有"填谷"效果,但平抑负荷波动效果并不十分理想。     

采用拉格朗日松弛法的电动汽车分散优化充电策略

电动汽车聚合商作为电动汽车充电服务的提供商,是电网公司和电动汽车用户之间交互的重要协调者。从电动汽车聚合商的角度出发,在考虑电动汽车用户的电量需求、充电时间以及配电变压器的可用容量等约束条件下,以电动汽车聚合商充电收益最大化为目标,构建了基于拉格朗日松弛法的分散优化模型,研究了分散优化充电策略的执行机制和流程。采用蒙特卡洛方法模拟电动汽车的充电情况,通过仿真算例,对比分析了在无序充电、集中优化充电和分散优化充电模式下的负荷曲线、经济效益和计算效率。结果表明：基于拉格朗日松弛法的分散优化充电策略可得到近似于集中优化模式下的充电收益,同时具有更高的计算效率,适合实际应用。     

电动汽车充电桩轻量级密钥管理方案

充电桩通信系统作为“泛在电力物联网”通信网络的重要组成部分,其密钥管理是信息安全防护措施成功实施的关键。为保证管理控制中心、电气控制柜、电动汽车充电桩三层架构的通信安全,兼顾电动汽车充电桩通信效率,提出一种轻量级的充电桩密钥管理方案（charging pile key management scheme,CPKMS）,并给出了详细的密钥管理实现流程;分析了该方案的密钥安全性、前向与后向安全性、抗攻击能力及其运算负荷和密钥存储数量。分析结果表明：该方案具有抗伪造攻击、抗中间人攻击与抗重放攻击的能力,兼顾了安全性与效率,能够满足充电桩密钥管理的安全需求。     

住宅区电动汽车充电负荷随机接入控制策略

提出一种电动汽车充电起始时间随机选取方法。由控制决策生成器获取当前控制区域电价与负载信息,并根据负载曲线,对负荷曲线中谷时段进行分段处理,计算电网在各时段的负荷容纳能力。各充电桩根据负荷容纳能力计算不同充电时长的用户对应的充电起始时刻概率分布,并依据概率分布随机决定接入用户充电起始时间。该方法将谷时段电网负荷容纳能力量化为充电概率分布,按各时段负荷容纳能力随机生成充电任务,达到均衡利用谷时段电力资源的目的。概率分布计算完成后,由充电桩独立决策充电任务,无需复杂的集中式通信控制。蒙特卡洛方法对策略实例进行的仿真结果表明,所提方法削峰填谷、平抑负荷波动的效果显著,同时能有效降低系统和用户成本。     

电动汽车接入充电对配电网电压波动的影响

针对电动汽车接入充电增加了发电、输电和配电等方面的压力问题,提出电动汽车接入充电对配电网电压波动的影响。从交流充电桩、充电站、电池充换站几方面分析当前常见电动汽车接入充电设施,并指出电动汽车接入充电设施运行原理。以三相平衡负荷、单相负荷2种充电方式为主,分析汽车接入充电对电压波动产生的影响。采用增强配电网的供电能力、静止无功补偿器和有源滤波器改善电压波动。实验结果表明:不可控整流状态下,电动汽车接入充电对配电网电压产生的影响较大,不可直接接入电网,但在PWM整流状态下,接入充电对配电网电压产生的影响较小,电压波动在标准范围内。     

电动汽车充电对配电网电压质量的影响研究

大规模电动汽车接入居民小区配电网可能会引起电压质量问题,有必要建立有效的充电负荷模型,研究电动汽车充电对配电网电压质量的影响,为配电网的升级改造、充电桩的合理建设提供理论依据。本文提出了一种计及周末充电高峰效应的私家车充电负荷计算方法,该方法能够反映电动汽车用户的充电习惯,体现不同日期间充电负荷的差别。然后,利用MATLAB软件搭建了配电网模型,仿真分析了不同规模电动汽车接入配电网后对节点电压偏移、电压不平衡的影响,仿真设计了不同的场景,综合考虑了快速充电与慢速充电、纯电式与插入式电动汽车充电对配电网的不同影响,同时考虑了慢速充电在三相均衡充电与不均衡充电模式下对三相电压不平衡的影响。     

规模化电动汽车有序充电对居民区配电网的影响

大量电动汽车接入配电网,必然会对配电网产生极大的影响。基于蒙特卡罗模拟方法计算了充电负荷,并根据北京市某地区的实际配电网搭建典型配电网结构。首先分析了不同渗透率下电动汽车无序充电对电网的影响,然后给出了基于电网侧与用户侧双向充电目标的有序充电方法,并与无序充电时的情况进行对比。结果显示有序充电能起到很好的削峰填谷作用。     

基于双网络结构的电动汽车充换电网络二次分区规划方法

依据实际电网运行和交通运行情况,提出了基于双网络结构的电动汽车充换电网络的二次分区规划方法。鉴于电池集中充电站同时具备电网负荷和充换电网络上级供应源的2种性质,以其为核心构建了电力网络和充换电网络相连接的双网络结构。在此基础上,以电源辐射面积进行一次分区,并通过交通负荷网格化预测一次分区负荷;其次,根据电压偏移情况对一次分区内电池集中充电站选址;然后,基于一次分区结果根据交通情况进行二次分区,并利用改进粒子群算法在二次分区内对电动汽车换电站选址;最后,通过某城市充换电网络规划实例验证了这种方法的合理性。     

考虑光热发电的集中充电站有序充电决策

光热发电（concentrating solar power, CSP）作为一种重要的可再生能源发电技术, 通过聚光集热器、储热设备和汽轮机组等设备发电。相比光伏发电, CSP利用储热设备（thermal storage system, TSS）实现了类似传统燃汽轮机的调节性能好、爬坡能力强等出力特性, 并可在夜间或无光照时段持续放热发电。因此, 考虑CSP可为集中充电站提供可控、持续、稳定出力和良好的辅助服务, 利用其与集中充电站联合运行, 提出了考虑CSP的集中充电站有序充电策略, 构建了以集中充电站日购电成本和向电网缴纳的系统负荷波动惩罚费用综合最优为目标的有序充电模型。算例表明, 考虑CSP的集中充电站有序充电策略可有效降低购电成本和平抑系统负荷波动。此外, 对比分析了光伏发电和CSP对运行结果的影响, 对不同储热设备容量配置下的运行结果作了比较分析。