[發明專利]一種面向綜合能源系統基于邊緣計算的智能終端及其控制方法

有效

• 申請號: 202110247246.9
• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN113037837B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 楊珺;莊新豪;韓海晨;蘇涵光;劉鑫蕊;王迎春;楊東升;黃博南;周博文
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: H04L67/12
• 分類號: H04L67/12;H04L67/10;H04L69/22;H04L41/12;H04L41/14
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 修睿;李洪福

1.一種面向綜合能源系統基于邊緣計算的智能終端控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：智能終端通過數據采集模塊采集能源設備出力數據，包括產電設備出力數據、產熱設備出力數據、產氣設備出力數據以及熱電聯產設備出力數據；

步驟2：智能終端利用數據處理模塊，對采集的數據進行預處理：首先對采集的能源設備出力數據進行協議解析，獲得初始能源設備出力值，其次利用熱卡填補法對確實的數據進行數據填充，利用基于DataCleaner和Jaccard系數的數據清洗方法對重復數據去重，最后通過歸一化方法進行數據標準化、正則化得到規范化后的初始能源設備出力值；

步驟3：智能終端通過多終端協同模塊向鄰居智能終端發送組網信息，構建協同通信網絡，并生成通信拓撲矩陣A；

步驟4：智能終端通過系統優化目標和能源設備成本參數，建立優化模型；

步驟5：智能終端通過本地計算模塊，計算規范化后的初始能源設備出力值對應的初始能源增量因子λ_i(0)，并將初始鄰居觸發能源增量因子設置為0；

步驟6：智能終端通過本地計算模塊，計算動態事件觸發函數f_i(t)，若f_i(t)＞0，則智能終端將能源增量因子發送至鄰居智能終端然后執行步驟7，若f_i(t)＜0則直接執行步驟7；

步驟7：智能終端通過多終端協同模塊接收鄰居智能終端發送的能源增量因子更新鄰居觸發能源增量因子，即其中，為動態事件觸發時刻，k＝0,1,2…為f_i(t)＞0對應的時刻；

步驟8：智能終端通過本地計算模塊執行考慮時延與動態事件觸發分組一致性協議，利用鄰居觸發能源增量因子計算優化的本地能源增量因子λ_i(t)，并計算對應能源設備出力值；

步驟9：判斷本地能源增量因子λ_i(t)與鄰居觸發能源增量因子誤差是否超過閾值ξ，若超過則返回步驟6，否則執行步驟10；

步驟10：智能終端利用全雙工信息傳輸模塊將優化計算后的能源設備出力值上傳至云計算平臺，并將對應控制策略發送至能源設備進行出力調整；

步驟11：智能終端通過顯示模塊實時顯示當前協同通信網絡通信拓撲、能源設備出力值和能源增量因子值；

步驟3中通信拓撲矩陣為：

根據步驟3的協同通信網絡，生成通信拓撲矩陣A＝[a_ij]，描述為：

式中表示綜合能源系統中所有能夠產電的能源設備通信拓撲矩陣，表示所有能夠產熱的能源設備通信拓撲矩陣，表示產氣能源設備通信拓撲矩陣，表示產電設備通信拓撲矩陣，與表示產電設備與熱電聯產設備通信拓撲矩陣，與表示熱電聯產設備通信拓撲矩陣，與表示熱電聯產設備與產熱設備通信拓撲矩陣，表示產熱設備通信拓撲矩陣；對應具體元素定義如下：

式中N_i表示第i個智能終端的鄰居智能終端集合，a_ij＝1表示第i個智能終端與第j個智能終端之間有通信連接；

步驟4中優化模型包括：

1)能源設備成本模型：

式中F_P、F_H、F_G、F_C分別表示能源設備中產電設備、產熱設備、產氣設備、熱電聯產設備的成本；Λ_P、Λ_H、Λ_G、Λ_C分別表示產電設備、產熱設備、產氣設備、熱電聯產設備的集合；分別表示第i個產電設備、產熱設備、產氣設備、熱電聯產設備的成本函數；分別表示第i個產電設備、產熱設備、產氣設備在t時刻的出力值，與表示第i個熱電聯產設備在t時刻的電、熱出力值；表示第i個產電設備的成本系數，表示第i個產熱設備的成本系數，表示第i個產氣設備的成本系數，表示第i個熱電聯產設備的成本系數；

2)能源設備的供需平衡約束和出力約束：

式中P_D、H_D、G_D表示全雙工信息傳輸模塊接收云平臺發送的電、熱、氣負荷預測數據；

式中和分別為第i個產電設備的出力值上下限；和分別為第i個產熱設備的出力值上下限；和分別為第i個產氣設備的出力值上下限；為第i個熱電聯產設備可行域線性約束；

3)優化目標：

min F＝F_P+F_H+F_G+F_C

其中F表示綜合能源系統運行總成本；

步驟5中初始能源增量因子具體為：

式中分別表示產電設備、產熱設備、產氣設備初始出力值；

能源設備為熱電聯產設備時，初始能源增量因子為

式中表示熱電聯產設備初始出力值；

步驟6中動態事件觸發函數為：

端與第j個智能終端之間在t時刻的通信時延；z_i(t)為輔助變量；d₁、d₂、d₃、d₄、d₅、d₆、d₇為觸發系數；

步驟8中執行考慮時延與動態事件觸發分組一致性協議包括：

步驟8.1：智能終端利用接收的鄰居觸發能源增量因子，通過執行考慮時延與事件觸發分組一致性協議計算優化的本地能源增量因子，協議具體為：

式中S_i(t)表示第i個能源設備出力估計值；κ為增益系數；X_i(t)表示第i個能源設備出力值，具體為

步驟8.2：根據本地能源增量因子，計算能源設備出力值，具體為：

步驟8.3：判斷計算的能源設備出力值是否超出出力約束，若在約束范圍內，則計算值作為出力值，若超出則限值作為出力值，進入步驟9。

2.一種基于權利要求1所述的一種面向綜合能源系統基于邊緣計算的智能終端控制方法的智能終端，其特征在于，包括：

數據采集模塊，用于采集綜合能源系統中電、熱、氣不同能源設備的實時數據，獲取能源設備出力值數據；

數據處理模塊，用于對獲取的不同協議的數據進行協議解析，對于缺失的數據進行填補，重復的數據進行數據清洗和數據過濾；

存儲模塊，用于存儲各能源設備出力限值、能源設備成本參數、運行約束條件和系統優化目標；

多終端協同模塊，用于與鄰居智能終端建立數據傳輸鏈路，形成協同通信網絡，進行數據發送和接收；

本地計算模塊，用于根據本地智能終端采集的數據與接收的其他鄰居智能終端的數據進行迭代計算，計算全局最優的能源設備出力值與能源增量因子；

全雙工信息傳輸模塊，用于接收云平臺發送的負荷預測數據，并將計算的最優能源設備出力值上傳云平臺，同時將對應最優的控制策略下發至能源設備；

顯示模塊，用于實時顯示協同通信網絡通信拓撲、能源設備出力值和能源增量因子值。