面向配电网络分布式协同控制的信息物理耦合建模方法技术

一种面向配电网络分布式协同控制的信息物理耦合建模方法，涉及配电网络分布式协同控制技术领域，解决如何通过信息物理系统架构实现配电网络中的分布式通信控制，以改善非理想通信工况下分布式协同控制效果的问题；采用多元组和邻接矩阵的形式，构建信息物理系统架构下的配电网络的物理层、代理网络的信息层及耦合网络的耦合层模型；选取电力数据和信息指令作为耦合层模型的数据通信，采用混成计算法提取耦合层模型中的通信时延分量；基于构建的配电网络的物理层、代理网络的信息层及耦合网络的耦合层模型和数据通信，建立成本增量模型；采用分布式控制进行主次代理节点的控制变量处理，实现配电网络间的协调和配电网络内的趋同功能。同功能。同功能。

【技术实现步骤摘要】
面向配电网络分布式协同控制的信息物理耦合建模方法


[0001]本专利技术属于配电网络分布式协同控制
，涉及一种面向配电网络分布式协同控制的信息物理耦合建模方法。

技术介绍

[0002]随着智能电网与能源互联网的建设与发展，电网中量测设备、路由传递和控制决策单元的数量以及分布式电源的规模都快速增加和扩大，现代配电网已经演变成为一个由电力网络与通信网络相互耦合而成的复杂、多维、异构的信息物理系统(CPS，Cyber
‑
Physical System)。传统集中式控制方式采用中央控制器进行统一的信息处理和指令调控，一旦发生单点故障，就会发生数据无法流通的通信事故，只能等待维修，无法适应分布式电源(DG，Distributed Generation)大量接入的场景。为了克服集中式控制方式的局限，分布式协同控制方法(DCC，Distributed Cooperative Control)被用于配电网通信的研究中。
[0003]现有技术中，大多数学者围绕一致性算法的分布式协同控制策略，挖掘受扰动后配电网的状态恢复潜力，基于理想通信条件实时调节各智能体间的协同配合效果来保证电力信息的有效传输。例如文献《分布式协同控制模式下配电网信息物理系统脆弱性评估》(李培恺，浙江大学，2018年)提出一种基于动态攻防博弈的分布式协同控制模式下配电网CPS脆弱性评估方法，通过等输出比的电源协同控制策略，分析配电网CPS的风险评估模型应对网络攻击的能力。但是上述文献存在以下缺点：1)受网络攻击下风险评估模型仅考虑分布式控制中功率缺额信息，却未考虑系统实际非理想通信运行情况因时延对调节控制效果的滞后；2)该协同控制策略仅实现了配电网内部各DG的等比功率调节，不具备对多配电网协同分配能力，无法对供需偏差进行合理调度，实时优化。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于如何通过信息物理系统架构实现配电网络中的分布式通信控制，以改善非理想通信工况下分布式协同控制效果的问题。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
[0006]面向配电网络分布式协同控制的信息物理耦合建模方法，包括以下步骤：
[0007]S1、采用多元组和邻接矩阵的形式，构建信息物理系统架构下的配电网络的物理层模型、代理网络的信息层模型及耦合网络的耦合层模型；
[0008]S2、选取电力数据和信息指令作为耦合层模型的数据通信，采用混成计算法提取耦合层模型中的通信时延分量；
[0009]S3、基于构建的配电网络的物理层模型、代理网络的信息层模型及耦合网络的耦合层模型和数据通信，建立代理节点控制变量的成本增量模型；采用分布式控制策略进行主次代理节点的控制变量处理，同时实现配电网络间的协调和配电网络内的趋同功能。
[0010]本专利技术的技术方案基于构建信息物理系统架构和分布式协同控制策略，构建了面
向配电网络分布式协同控制的信息物理耦合建模方法；采用多元组和邻接矩阵的形式，构建配电网络包含物理信息的配电网络模型、耦合接口模型和代理网络模型，并通过远程终端单元采集运行中的原始功率数据和传递功率调整指令；耦合模型融合分布式协同控制算法，对配电网络间和内部功率信息进行实时的交互和更新，并在多场景多状态下生成调整指令，通过通信网络和耦合接口反馈到物理系统中，对分布式电源出力进行动态优化调整，并在考虑通信时延的条件下实现对配电网络功率成本的趋优控制，保障电网的安全稳定运行。
[0011]进一步地，步骤S1中所述的配电网络的物理层模型的构建方法如下：
[0012]所述的配电网络包括：电力节点和电力传输线；所述的电力节点包括：分布式电源、变压器和用电负荷；
[0013]构建电力节点的多元组模型G
i
如下：
[0014]G
i
＝[N,K]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0015]其中，N代表周围相邻电力节点的个数，K的取值为0，1，2，分别代表分布式电源、变压器和用电负荷；
[0016]构建配电网络的邻接矩阵模型G如下：
[0017][0018]其中，矩阵G的主对角线元素为电力节点、其余元素为电力节点间的连接关系，元素L
ij
的值取0或1，分别表示电力节点i与j之间无或有电力传输线相连。
[0019]进一步地，步骤S1中所述的代理网络的信息层模型的构建方法如下：
[0020]所述的代理网络包括：代理节点、通信线路；所述的代理节点包括主代理节点和次代理节点，主代理节点采用交换机，次代理节点采用路由器；采用通信时延和缓存状态特性相结合的形式对代理节点进行建模，并从光纤和载波通信角度对通信线路中的信息流传递过程进行统一化；
[0021]构建代理节点的多元组模型如下：
[0022]D
i
＝[A
i
(m
in
),T
i
(h(t),q(t)),Cst
i
]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0023]其中，A
i
(m
in
)代表对于采集信息m
in
的处理，T
i
代表时延，由处理时延h(t)和排队时延q(t)构成，Cst
i
代表缓存区状态，其值0或1代表未满或已满；
[0024]构建通信线路的多元组模型C中如下：
[0025]C＝[T
C
,P
B
,P
M
]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0026]其中，T
c
代表通信线路的时延，P
B
代表通信线路中断的概率，P
M
代表通信线路的误码率；
[0027]基于构建的代理节点的多元组模型以及通信线路的多元组模型，对于由n个代理节点及其通信线路构成的代理网络，其邻接矩阵模型D如下：
[0028][0029]其中，矩阵D的主对角线元素为代理节点，矩阵D的主对角线左下三角部分的元素C
o,ij
描述光纤通信，矩阵D的主对角线右上三角部分的元素C
c,ij
描述载波通信。
[0030]进一步地，步骤S1中所述的耦合网络的耦合层模型的构建方法如下：
[0031]所述的耦合网络采用远程终端单元实现配电网络与代理网络的耦合；
[0032]构建远程终端单元的多元组模型r如下：
[0033]r＝[TP
G
‑
D
,T,P
B
]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0034]其中，TP
G
‑
D
代表电力节点与代理节点的关联关系，为单位矩阵e，即一个电力节点对应一个代理节点；T代表传输时延，P
B
代表传输中断概率；
[0035]构建耦合网本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.面向配电网络分布式协同控制的信息物理耦合建模方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、采用多元组和邻接矩阵的形式，构建信息物理系统架构下的配电网络的物理层模型、代理网络的信息层模型及耦合网络的耦合层模型；S2、选取电力数据和信息指令作为耦合层模型的数据通信，采用混成计算法提取耦合层模型中的通信时延分量；S3、基于构建的配电网络的物理层模型、代理网络的信息层模型及耦合网络的耦合层模型和数据通信，建立代理节点控制变量的成本增量模型；采用分布式控制策略进行主次代理节点的控制变量处理，同时实现配电网络间的协调和配电网络内的趋同功能。2.根据权利要求1所述的面向配电网络分布式协同控制的信息物理耦合建模方法，其特征在于，步骤S1中所述的配电网络的物理层模型的构建方法如下：所述的配电网络包括：电力节点和电力传输线；所述的电力节点包括：分布式电源、变压器和用电负荷；构建电力节点的多元组模型G
i
如下：G
i
＝[N,K]
ꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，N代表周围相邻电力节点的个数，K的取值为0，1，2，分别代表分布式电源、变压器和用电负荷；构建配电网络的邻接矩阵模型G如下：其中，矩阵G的主对角线元素为电力节点、其余元素为电力节点间的连接关系，元素L
ij
的值取0或1，分别表示电力节点i与j之间无或有电力传输线相连。3.根据权利要求2所述的面向配电网络分布式协同控制的信息物理耦合建模方法，其特征在于，步骤S1中所述的代理网络的信息层模型的构建方法如下：所述的代理网络包括：代理节点、通信线路；所述的代理节点包括主代理节点和次代理节点，主代理节点采用交换机，次代理节点采用路由器；采用通信时延和缓存状态特性相结合的形式对代理节点进行建模，并从光纤和载波通信角度对通信线路中的信息流传递过程进行统一化；构建代理节点的多元组模型如下：D
i
＝[A
i
(m
in
),T
i
(h(t),q(t)),Cst
i
]
ꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，A
i
(m
in
)代表对于采集信息m
in
的处理，T
i
代表时延，由处理时延h(t)和排队时延q(t)构成，Cst
i
代表缓存区状态，其值0或1代表未满或已满；构建通信线路的多元组模型C中如下：C＝[T
C
,P
B
,P
M
]
ꢀꢀꢀꢀ
(4)其中，T
c
代表通信线路的时延，P
B
代表通信线路中断的概率，P
M
代表通信线路的误码率；
基于构建的代理节点的多元组模型以及通信线路的多元组模型，对于由n个代理节点及其通信线路构成的代理网络，其邻接矩阵模型D如下：其中，矩阵D的主对角线元素为代理节点，矩阵D的主对角线左下三角部分的元素C
o,ij
描述光纤通信，矩阵D的主对角线右上三角部分的元素C
c,ij
描述载波通信。4.根据权利要求3所述的面向配电网络分布式协同控制的信息物理耦合建模方法，其特征在于，步骤S1中所述的耦合网络的耦合层模型的构建方法如下：所述的耦合网络采用远程终端单元实现配电网络与代理网络的耦合；构建远程终端单元的多元组模型r如下：r＝[TP
G

【专利技术属性】
技术研发人员：柳伟，钱志浩，顾伟，邹德虎，
申请(专利权)人：东南大学江苏鲲游能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：