一种5G城市综合能源互联网数字孪生系统建模与实现方法技术方案

本发明专利技术属于能源管理系统技术领域，公开了一种5G城市综合能源互联网数字孪生系统建模与实现方法，将多种能源计入城市能源管理平台实现城市范围的能源连续动态管理，具体步骤如下：1)对城市多种能源数据进行采集；2)将多种能源数据通过5G能源物理网络进行数据传输；3)建立能源存储计算中心；4)通过能源存储计算中心对能源数据进行特征值提取；5)针对不同能源类型各自建立能源机器学习系统模型，利用能源数据特征值对系统模型不断训练和仿真；6)利用训练好的能源机器学习系统模型仿真模拟数据；7)根据行政级别建立各级能源云管理模块。本发明专利技术解决多种类型城市能源的统一入网、高效互联及多能协同问题提供了可行的技术方案。及多能协同问题提供了可行的技术方案。及多能协同问题提供了可行的技术方案。

【技术实现步骤摘要】
一种5G城市综合能源互联网数字孪生系统建模与实现方法


[0001]本专利技术属于能源管理系统
，具体涉及一种5G城市综合能源互联网数字孪生系统建模与实现方法。

技术介绍

[0002]能源是现代社会赖以生存和发展的基础。为了应对能源危机，各国积极研究新能源技术，特别是太阳能，风能，生物能等可再生能源。可再生能源具有取之不竭，清洁环保等特点，受到世界各国的高度重视。当前的城市能源系统无法实现各种能源子系统互联互通下的大规模实时智能计算，从而制约了能源的综合调度与利用，也无法实现城市系统级的节能控制与管理，导致城市综合能效不高。可再生能源存在地理上分散、生产不连续、随机性、波动性和不可控等特点，传统电力网络的集中统一的管理方式，难于适应可再生能源大规模利用的要求。
[0003]5G综合能源互联网是绿色智慧城市及城市泛在网络基础设施的核心技术，是驱动现代城市经济发展的新动能，也是优化现代城市生产关系的重要工具。5G综合能源互联网为城市能源的高效传输、存储、控制、管理提供了有效技术手段。而自2015年提出5G概念以来，世界各国竞相研发5G相关技术并同时布局5G相关产业。我国5G在标准和技术研发上逐渐成为全球领跑者，在2020年实现正式商用。5G融合毫米波、大规模天线阵列、超密集组网等关键技术，低时延、高可靠性、高速率、频谱和能源高效利用等是5G技术的最大特点。5G网络的峰值理论传输速度可达每秒数十Gbit/s，比4G网络的传输速度快数百倍。5G的峰值速率要求达到20Gbps，是4G峰值速率1Gbps的20倍，5G每平方公里的连接能力100万终端，是4G的10倍，延时从10ms降低至1ms。在通信传输标准中，毫米波mmWave是主要的传输手段，它的波长在1～10mm，其频率较宽，5G通信主要采用28GHz频段和60GHz频段，尽管毫米波频段具有大量的连续频谱，其可支持的接入速率也可超过10GPbs，但是毫米波的绕射和衍射能力不足，其覆盖面积较小，且信号在穿透过程中能量损耗较大。因此，5G标准广泛采用大规模MIMO和波束赋形技术来提高天线增益，扩大覆盖面积。与4G侧重人与人之间的通信不同，5G侧重物联网通信，将人和人、人和物、物和物连成一体，构成全新的信息化基础设施。网络切片技术是提升5G网络架构灵活性以支持多样场景需求的关键技术之一。针对不同类型的业务需求，其可以将定制的网络功能灵活地组合成不同的端到端相互隔离的独立网络。
[0004]现有技术中的分布式发电并网并不能从根本上改变分布式发电在高渗透率情况下对上一级电网电能质量，故障检测，故障隔离的影响，也难于实现可再生能源的最大化利用，只有实现可再生能源发电信息的共享，以信息流控制能量流，实现可再生能源所发电能的高效传输与共享，才能克服可再生能源不稳定的问题，实现可再生能源的真正有效利用。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供一种5G城市综合能源互联网数字孪生系统建模与实现方法，主要解决城市综合能源高效管理与实时控制问题，以及太阳能、水
能、风能、生物能等可再生能源接入城市能源管理平台(也可适用于建筑能源管理平台)问题，实现城市范围多种类型能源的连续、平衡、柔性、动态、绿色控制与管理。
[0006]本专利技术所采用的技术方案为：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种5G城市综合能源互联网数字孪生系统建模与实现方法，将多种能源计入城市能源管理平台实现城市范围的能源连续动态管理，具体步骤如下：
[0008]G1.对城市接入的多种能源数据进行采集；
[0009]G2.将采集后的多种能源数据通过5G能源物理网络进行数据传输；
[0010]G3.建立能源存储计算中心，用于处理和存储传输过来的多种能源数据；
[0011]G4.通过能源存储计算中心对能源数据进行特征值提取；
[0012]G5.针对不同能源类型各自建立能源机器学习系统模型，利用提取的能源数据特征值输入对应能源机器学习系统模型不断训练和仿真；
[0013]G6.利用训练好的能源机器学习系统模型仿真模拟数据，并根据实际需求制定能源控制政策，从而建立复杂综合能源数字孪生体辅助控制；
[0014]G7.根据行政级别建立各级能源云管理模块，各级行政管理部门依托各级能源云管理模块对行政辖区进行能源云端统一管理。
[0015]结合第一方面，本专利技术提供第一方面的第一种实施方式，步骤G2中，通过5G能源网络切片技术将单个5G能源物理网络切割形成若干端对端的虚拟网络；
[0016]单个所述虚拟网络包括具有逻辑独立特征的网络内的设备、接入、传输和核心网。
[0017]结合第一方面，本专利技术提供第一方面的第二种实施方式，所述能源存储计算中心包括能源边缘存储计算中心和能源云存储计算中心。
[0018]结合第一方面，本专利技术提供第一方面的第三种实施方式，步骤G4中，针对能源数据中的数值、图像、文本、语音的多源异构的数据类型采用多种对应的特征提取算法实现特征提取，在此基础上实现特征空间构建和特征空间约简。
[0019]结合第一方面，本专利技术提供第一方面的第四种实施方式，步骤G5中，数据训练和仿真的具体步骤如下：
[0020]分别进行能源产生过程模拟、储能模拟、能耗模拟、能源安全模拟、能源转换模拟以及能源调度模拟；使用matlab软件建立各种仿真模型；
[0021]将仿真模型得到的模拟结果输出至偏差计算模块，由偏差计算模块将对应设定的目标值与模拟结果进行比较，计算出偏差；
[0022]然后判断模拟结果是否与预期一致，若一致，则进行步骤G6，若不一致，则返回模型进行修正和模拟优化。
[0023]结合第一方面，本专利技术提供第一方面的第五种实施方式，能源数据包括电能采集数据、水能采集数据、气能采集数据、热能采集数据、光能采集数据、风能采集数据、化石能采集数据、生物能采集数据中的一种或多种。
[0024]结合第一方面，本专利技术提供第一方面的第六种实施方式，建立的复杂综合能源数字孪生体的硬件结构包括：
[0025]采集终端，包括电表、水表、气表、热表、光伏计量表、风能计量表、核能计量表、可再生能源计量表以及其他能源计量表；
[0026]边缘控制器，包括电能控制器、水源控制器、气源控制器、热能控制器、光伏控制
器、风能控制器、核能控制器、可再生能源控制器以及其他能源控制器；
[0027]综合能源枢纽器，用于存储、置换和调度；
[0028]云端，包括各级行政管理单位建立的能源数据中心；
[0029]其中，采集终端、边缘控制器与综合能源枢纽器通过无线或有线的方式相互连接进行数据传输，而综合能源枢纽器通过TCP/IP协议与云端连接。
[0030]本专利技术的有益效果为：
[0031]本专利技术为解决多种类型城市能源的统一入网、高效互联及多能协同问题提供了可行的技术方案；同时也为可再生能源的有效利用问题提供了可行的技术方案。
[0032]对于城本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种5G城市综合能源互联网数字孪生系统建模与实现方法，将多种能源计入城市能源管理平台实现城市范围的能源连续动态管理，其特征在于：具体步骤如下：G1.对城市接入的多种能源数据进行采集；G2.将采集后的多种能源数据通过5G能源物理网络进行数据传输；G3.建立能源存储计算中心，用于处理和存储传输过来的多种能源数据；G4.通过能源存储计算中心对能源数据进行特征值提取；G5.针对不同能源类型各自建立能源机器学习系统模型，利用提取的能源数据特征值输入对应能源机器学习系统模型不断训练和仿真；G6.利用训练好的能源机器学习系统模型仿真模拟数据，并根据实际需求制定能源控制政策，从而建立复杂综合能源数字孪生体辅助控制；G7.根据行政级别建立各级能源云管理模块，各级行政管理部门依托各级能源云管理模块对行政辖区进行能源云端统一管理。2.根据权利要求1所述的一种5G城市综合能源互联网数字孪生系统建模与实现方法，其特征在于：步骤G2中，通过5G能源网络切片技术将单个5G能源物理网络切割形成若干端对端的虚拟网络；单个所述虚拟网络包括具有逻辑独立特征的网络内的设备、接入、传输和核心网。3.根据权利要求1所述的一种5G城市综合能源互联网数字孪生系统建模与实现方法，其特征在于：所述能源存储计算中心包括能源边缘存储计算中心和能源云存储计算中心。4.根据权利要求1所述的一种5G城市综合能源互联网数字孪生系统建模与实现方法，其特征在于：步骤G4中，针对能源数据中的数值、图像、文本、语音的多源异构的数据类型采用多种对应的特征提取算法实现特征提取，在此基础上实现特...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜明芳，
申请(专利权)人：杜明芳，
类型：发明
国别省市：