[發(fā)明專利]一種基于微電網(wǎng)能量控制策略的信息物理系統(tǒng)建模方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910191932.1
• 申請日: 2019-03-14
• 公開（公告）號: CN110224427B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張有兵;王妍彥;徐登輝;楊曉東;魏春
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;G06F30/367
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務(wù)所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

1.一種基于微電網(wǎng)能量控制策略的信息物理系統(tǒng)建模方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

S1，建立微電網(wǎng)的基本架構(gòu)模型，選擇能量管理策略；

S2，研究微電網(wǎng)能量管理策略的控制過程，確定物理元件的輸入輸出數(shù)據(jù)，建立物理模型；

S3，研究信息在傳輸過程中可能出現(xiàn)的問題，并將其分為元件故障、轉(zhuǎn)發(fā)錯誤、傳輸錯誤和傳輸時延四類；

S4，針對各種信息系統(tǒng)問題建立兩狀態(tài)模型、路由模型和傳輸模型三種相互緊密聯(lián)系的信息模型；

S5，將物理模型和信息模型融合，建立基于能量控制策略的信息物理系統(tǒng)；

所述步驟S1中，建立的基本架構(gòu)模型針對采用集中控制模式的微電網(wǎng)，其內(nèi)含能量管理中心EMS、儲能蓄電池BES、電動汽車EV集群、可再生能源RES和常規(guī)負荷五個組成部分；選擇的能量管理策略高度依賴信息系統(tǒng)，需要頻繁借助信息系統(tǒng)進行信息交互，以完成實時控制；

所述步驟S2中，能量管理策略的控制過程分為5個階段：2.1)運行數(shù)據(jù)采集，即EMS借助與物理元件相連接的本地控制器LC采集負荷需求、間歇性RES出力、響應(yīng)主體的荷電狀態(tài)SOC；2.2)運行數(shù)據(jù)傳輸，即信息元件將采集到的本地運行數(shù)據(jù)上傳至EMS；2.3)數(shù)據(jù)處理與計算分析，即EMS基于能量控制策略生成針對響應(yīng)主體的功率調(diào)整或充放電命令；2.4)控制命令傳輸，即信息元件將EMS的控制命令回傳至LC；2.5)控制命令執(zhí)行，響應(yīng)主體執(zhí)行接收到的控制命令；

所述步驟S4中，針對信息系統(tǒng)的元件故障問題建立兩狀態(tài)模型，模擬各信息元件在能量控制策略運行的整個控制周期內(nèi)的運行狀態(tài)變化過程，每個元件的工作時間和故障時間的計算表達式為：

T_up＝-MTTF*ln(x₁)

T_down＝-MTTR*ln(x₂)

其中MTTF和MTTR分別表示元件的平均故障時間和平均修復(fù)時間，x₁和x₂為服從均勻分布的隨機數(shù)；

所述步驟S4中，針對信息系統(tǒng)的元件故障和轉(zhuǎn)發(fā)錯誤問題建立路由模型，分為4個步驟進行：

4.1.1)利用圖論知識，建立用于表述微電網(wǎng)信息元件與物理元件間靜態(tài)耦合關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，其中信息元件包括EMS、LC、路由器和通信線路，物理元件包括RES、BES、EV集群和常規(guī)負荷，將連接元件的通信線路作為線，其余元件作為點；

4.1.2)實時更新兩狀態(tài)模型中的元件運行狀態(tài)，將故障的元件從拓撲圖中刪除，重新添加恢復(fù)工作的元件，并計算鄰接矩陣；

4.1.3)利用Dijkstra最短路由算法，在鄰接矩陣中快速搜索EMS與物理元件之間的數(shù)據(jù)傳輸鏈路，得到實時查找結(jié)果R_Dijkstra，存在鏈路為1，反之為0；

4.1.4)考慮信息系統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)錯誤，按表達式計算最終路由結(jié)果：

其中P_r為路由系數(shù)，用于表示路由轉(zhuǎn)發(fā)錯誤發(fā)生的概率，網(wǎng)絡(luò)越復(fù)雜概率值越大；R_final為考慮元件故障和轉(zhuǎn)發(fā)錯誤后的最終路由結(jié)果；

所述步驟S4中，針對信息系統(tǒng)的傳輸錯誤和傳輸時延問題建立傳輸模型，以研究數(shù)據(jù)在動態(tài)傳輸過程中的變化，分為5個步驟進行：

4.2.1)提取R_final為1的應(yīng)用層數(shù)據(jù)包，根據(jù)TCP/IP五層模型，將其經(jīng)過運輸層、網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層，最終轉(zhuǎn)換為物理層中以0和1為單位的比特序列；

4.2.2)當(dāng)信道質(zhì)量發(fā)生波動時，產(chǎn)生的信道噪聲導(dǎo)致信道中正在傳輸?shù)谋忍匦蛄邪l(fā)生隨機性的位翻轉(zhuǎn)，單個比特從發(fā)送端到接收端的變化滿足：

其中P_e為誤碼系數(shù)，用于表述單個比特在傳輸過程中發(fā)生翻轉(zhuǎn)的概率，信道質(zhì)量越差數(shù)值越大，S_st(i)和S_end(i)分別表示比特序列中第i位比特在傳輸前后的數(shù)值；

4.2.3)將接收到的比特序列打包后進行差錯檢測與控制，對于校驗不通過的數(shù)據(jù)，將請求重傳并丟棄當(dāng)前數(shù)據(jù)包；

4.2.4)計算數(shù)據(jù)從發(fā)送到收到ACK確認(rèn)信息所經(jīng)歷的往返時間RTT，在網(wǎng)絡(luò)性能良好時，僅考慮高斯白噪聲的影響，RTT的取值服從均值為0方差為1的正態(tài)分布，在網(wǎng)絡(luò)擁塞時，RTT的取值隨之出現(xiàn)大幅度波動，表達式為：

其中U為大于RTO的隨機數(shù)；P_t為時延系數(shù)，網(wǎng)絡(luò)擁塞越嚴(yán)重取值越大；

4.2.5)根據(jù)退避機制，每次由于錯誤發(fā)生重傳后的傳輸間隔RTO將根據(jù)RTT更新為：

RTO＝min[B_U,max(B_L,BETA*SRTT)]

SRTT＝ALPHA*SRTT+(1-ALPHA)*RTT

其中ALPHA是平滑因子，取0.8；B_U和B_L分別為RTO的最大和最小值，取120s和1s；BETA是延遲方差因子，取2.0；若接收端在RTO時長內(nèi)未收到來自發(fā)送端的信息，同樣請求重傳，此時RTO的值更新為：

RTO＝2*RTO

若信道質(zhì)量極差，或網(wǎng)絡(luò)擁塞嚴(yán)重，不斷退避后的RTO依然小于RTT，當(dāng)重傳次數(shù)m已累加至最大值K，則放棄重傳并默認(rèn)丟包。