基于频谱感知控制的智能电网需求响应管理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于频谱感知控制的智能电网需求响应管理系统，在每一个电力消费单元配置一台智能电表，在电力消费单元的上级供电单元配置有需求响应管理模块，智能电表与需求响应管理模块之间通过非授权信道和授权信道进行数据传输；其特征在于：在智能电表中引入频谱感知算法对授权信道占用情况监测，需求响应管理模块根据智能电表中频谱感知情况确定每个电力消费单元的平均中断率，然后根据上级供电单元的供应量、每个电力消费单元的平均中断率以及每个电力消费单元的用电量调整用电价格。其效果是：系统通信性能得到明显改善，保证了更低的中断概率和频谱损失率，基于电力供应量和需求量对电价进行调整，有效确保了系统最大的社会效益。

Smart Grid Demand Response Management System Based on Spectrum Sensing Control

【技术实现步骤摘要】
基于频谱感知控制的智能电网需求响应管理系统
本专利技术涉及智能电网技术，更具体地说，是一种基于频谱感知控制的智能电网需求响应管理系统。
技术介绍
随着各种电气设备的专利技术，电力在人们的生活中占据越来越重要的地位，成为人类社会中不可缺少的必需品。然而，日益复杂的电网和增长迅速的负荷使得安全稳定运行问题日益突出。此外，与大规模可再生能源和大范围的分布式电源结合也成为传统电网的一大难题。随着物联网技术的产生和发展，智能电网被认为是提高电力供应可靠性、电网安全性的下一代电力网络。智能电网简单来说就是电网的智能化，它以集成的、高速双向通信网络为基础。实际上，它是先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。智能电网的快速发展以及智能电表的大量应用，需要更多的带宽实现电力数据的传输。智能电网中的需求响应管理技术，可实现对电能管理的优化和电力系统互动性的提高，因此备受全世界关注。需求响应管理，是指在供电市场的价格昂贵以及电力系统的信赖性低下时，根据消费者不同的需求响应方式,对需求侧的电力使用进行控制。在智能电网下可划分为基于价格的和基于激励机制的需求侧响应。分时电价、实时电价和尖峰电价是基于价格的需求侧响应的主要模式，而基于激励的需求侧响应模式主要包括直接负载控制和可中断负载控制。实时电价被认为是实现电力瞬时供需平衡、提高电能利用率的重要手段之一。然而现有技术的缺陷是：电价的调控大多基于市场调研情况由主管部门主动设定，并未根据实时用电情况给出科学合理的调控机制，难以满足社会效益的最大化。
技术实现思路
针对目前研究存在的问题，本专利技术提供一种基于频谱感知控制的智能电网需求响应管理系统，该系统充分考虑通信性能对电力系统的影响，通过评估通信中断来调整电价，并实现社会效益的最大化。为实现上述目的，本专利技术所采用的具体技术方案如下：一种基于频谱感知控制的智能电网需求响应管理系统，在每一个电力消费单元配置一台智能电表，在所述电力消费单元的上级供电单元配置有需求响应管理模块，所述智能电表与所述需求响应管理模块之间通过非授权信道和授权信道进行数据传输；其关键在于：在所述智能电表中引入频谱感知算法实现对授权信道占用情况的监测，所述需求响应管理模块根据各个智能电表中频谱感知情况确定每个电力消费单元的平均中断率，然后根据上级供电单元的供应量、每个电力消费单元的平均中断率以及每个电力消费单元的用电量调整用电价格。可选地，所述上级供电单元根据用电价格，以自身利润最大化为目的更新电力供电量，同时每个电力消费单元以自身利润最大化为目的更新各自的电力需求，直至用电价格趋于平衡。可选地，所述频谱感知算法为基于广义随机共振的能量检测算法，智能电表通过随机共振模块的输出随机共振直流噪声信号，将检测统计量与判决门限进行比较以判断授权信道是否被占用。可选地，每个电力消费单元的平均中断率按照以下方式计算：其中ζ1表示非授权信道的平均中断概率，ζ2表示授权信道的平均中断概率，表示第k个电力消费单元从非授权信道向授权信道切换的概率。可选地，所述第k个电力消费单元从非授权信道向授权信道切换的概率按照以下方式计算：其中，P0为授权信道的空闲概率，P1为授权信道的忙碌概率，且P0+P1＝1；为频谱感知算法针对第k个电力消费单元进行检测时的虚警概率，为频谱感知算法针对第k个电力消费单元进行检测时的检测概率。可选地，所述虚警概率计算方式为：所述检测概率计算方式为：其中：加性高斯白噪声的方差，μ和分别是主用户传输信号的均值和方差，d是随机共振直流噪声信号的强度，W为频谱感知模块接收信号的带宽，τ为检测时间，λ为预设的判决门限。可选地，系统预设一个最低检测概率所述判决门限λ按照：计算。可选地，用电价格的调整方式为其中：函数θ为修正系数，且θ＞0，s为上级供电单元的供应量，dk为第k个电力消费单元的用电量，K表示所有电力消费单元的个数，pm为第m次迭代时的初始用电价格，pm+1为第m次迭代后的用电价格。可选地，系统按照最优化模型：优化上级供电单元的供应量、每个电力消费单元的用电量以及最终的用电价格，其中Gk(dk)表示第k个电力消费单元的效用函数，C(s)表示上级供电单元的成本函数，ρC(s)为电力市场中的电价成本函数。可选地，上级供电单元的成本函数C(s)＝as2+bs+c，第k个电力消费单元的效用函数a,b,c均为常量，w表征用户行为，α是系统预设的参数，α值越大表明到达饱和点所需的电力需求量越小。本专利技术的显著效果是：本专利技术将认知无线电技术中的频谱感知技术引入智能电网的需求响应管理系统中，通过频谱感知信道占用情况来确定各个用电单元的中断率，在不显著增加复杂度的同时，系统通信性能得到明显改善，保证了更低的中断概率和频谱损失率，同时基于电力供应量和需求量对电价进行调整，有效确保了系统最大的社会效益。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为本专利技术系统原理框图；图2为中断概率随感知时间的变化曲线图；图3为频谱损失率随感知时间的变化曲线图；图4为不同中断率下的需求响应管理控制性能曲线图；图5为需求响应管理控制性能随时间变化曲线图。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，本实施例提供的一种基于频谱感知控制的智能电网需求响应管理系统，在每一个电力消费单元配置一台智能电表，在所述电力消费单元的上级供电单元配置有需求响应管理模块，所述智能电表与所述需求响应管理模块之间通过非授权信道(记为Ch1)和授权信道(记为Ch2)进行数据传输；在所述智能电表中引入频谱感知算法实现对授权信道占用情况的监测，所述需求响应管理模块根据各个智能电表中频谱感知情况确定每个电力消费单元的平均中断率，然后根据上级供电单元的供应量、每个电力消费单元的平均中断率以及每个电力消费单元的用电量调整用电价格。在本实施例中，所述频谱感知算法为基于广义随机共振的能量检测算法，智能电表通过随机共振模块的输出随机共振直流噪声信号，将检测统计量与判决门限进行比较以判断授权信道是否被占用。系统首先预设一个最低检测概率然后按照：计算判决门限λ。其中Q-1(x)表示Q(x)的逆函数，设置加性高斯白噪声的方差频谱感知模块接收信号的带宽W＝1MHz，接收信号信噪比为-18dB，主用户传输信号的均值为0.05，方差为检测时间为τ。智能电表将检测统计量与判决门限λ进行比较以判断授权信道是否被占用，从而可以确定上诉判别机制的虚警概率和检测概率具体为：在系统设定授权信道的空闲概率P0＝0.4，授权信道的忙碌概率P1＝0.6的情况下，即可根据：确定第k个电力消费单元从非授权信道向授权信道切换的概率然后在系统设定非授权信道的平均中断概率ζ1＝0.5，授权信道的平均中断概率ζ2＝0.2的情况下，即可根据计算每个电力消费单元的平均中断率。针对一个上级供电单元对应K个电力消费单元而言，每个电力消费单元将电力需求量dk,k＝1,2,...,K传输到需求响应管理模块并从需求响应管理模块接收相关电价信息。设定所有电力消费单元支付给同一电力供应单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于频谱感知控制的智能电网需求响应管理系统，在每一个电力消费单元配置一台智能电表，在所述电力消费单元的上级供电单元配置有需求响应管理模块，所述智能电表与所述需求响应管理模块之间通过非授权信道和授权信道进行数据传输；其特征在于：在所述智能电表中引入频谱感知算法实现对授权信道占用情况的监测，所述需求响应管理模块根据各个智能电表中频谱感知情况确定每个电力消费单元的平均中断率，然后根据上级供电单元的供应量、每个电力消费单元的平均中断率以及每个电力消费单元的用电量调整用电价格。

【技术特征摘要】
1.一种基于频谱感知控制的智能电网需求响应管理系统，在每一个电力消费单元配置一台智能电表，在所述电力消费单元的上级供电单元配置有需求响应管理模块，所述智能电表与所述需求响应管理模块之间通过非授权信道和授权信道进行数据传输；其特征在于：在所述智能电表中引入频谱感知算法实现对授权信道占用情况的监测，所述需求响应管理模块根据各个智能电表中频谱感知情况确定每个电力消费单元的平均中断率，然后根据上级供电单元的供应量、每个电力消费单元的平均中断率以及每个电力消费单元的用电量调整用电价格。2.根据权利要求1所述的基于频谱感知控制的智能电网需求响应管理系统，其特征在于：所述上级供电单元根据用电价格，以自身利润最大化为目的更新电力供电量，同时每个电力消费单元以自身利润最大化为目的更新各自的电力需求，直至用电价格趋于平衡。3.根据权利要求1或2所述的基于频谱感知控制的智能电网需求响应管理系统，其特征在于：所述频谱感知算法为基于广义随机共振的能量检测算法，智能电表通过随机共振模块的输出随机共振直流噪声信号，将检测统计量与判决门限进行比较以判断授权信道是否被占用。4.根据权利要求3所述的基于频谱感知控制的智能电网需求响应管理系统，其特征在于：每个电力消费单元的平均中断率按照以下方式计算：其中ζ1表示非授权信道的平均中断概率，ζ2表示授权信道的平均中断概率，表示第k个电力消费单元从非授权信道向授权信道切换的概率。5.根据权利要求4所述的基于频谱感知控制的智能电网需求响应管理系统，其特征在于：所述第k个电力消费单元从非授权信道向授权信道切换的概率按照以下方式计算：其中，P0为授权信道的空闲概率，P1为授权信道的忙碌概...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄天聪，古勇，杨婷婷，甘海华，李培毅，吴玉成，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50