[發明專利]一種基于云邊協同的配電物聯網CPS管控方法及系統

在審

• 申請號: 202110324207.4
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113098711A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 黃曉銘;吳雪瓊;韓震燾;張子信;齊陽;梁毅;孫聰聰;馮榮強;金宇飛;張明理;王春生;王勇;程孟增;王征;楊博
• 申請（專利權）人: 國電南瑞科技股份有限公司;國網電力科學研究院有限公司;國網經濟技術研究院有限公司;國網遼寧省電力有限公司經濟技術研究院;國家電網有限公司
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L29/08;G06F9/50;G06F30/20;G06F113/04
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 張歡歡

本發明公開了一種基于云邊協同的配電物聯網CPS管控方法及系統，方法包括以下過程：對云邊協同的配電物聯網CPS系統進行劃分，獲得對應的集中?分布式聯合控制的網絡架構；基于集中?分布式聯合控制的網絡架構進行建模分析，獲得配電物聯網CPS管控系統的數學模型；基于配電物聯網CPS管控系統的數學模型，以邊緣計算組為基礎單位建立單元級CPS數學模型；對多個協同運行的單元級CPS數學模型進行組合構成CPS統一計算模型。本發明運用云邊協同的集中?分布式聯合控制計算體系對CPS進行合理劃分并建立分層協同自治的網絡架構，能夠有效解決CPS中存在的計算問題，實現電能資源的高效利用及業務的快速迭代。

技術領域

本發明屬于電力信息技術領域，具體涉及一種基于云邊協同的配電物聯網CPS管控方法，還涉及一種基于云邊協同的配電物聯網CPS管控系統，是邊緣計算技術在配電物聯網領域的應用。

背景技術

配電物聯網(D-IoT)通過配電設備間的互聯、互通，實現全網絡傳感、數據融合和智能應用，從而滿足配電網精細化管理的需求。其在應用形式上具有設備廣泛互連、業務快速迭代、終端即插即用、狀態全面感知、資源高效利用等特點。配電物聯網作為典型的信息物理系統(Cyber Physical System,CPS)，其控制過程存在對象多、任務復雜、能量流和信息流融合控制等特點。隨著配電網的發展，網絡邊緣設備產生的數據量和計算量急劇增加，為數據存儲、云端計算和傳輸帶寬帶來壓力。在數據分析、處理與響應的過程中，傳統的云計算模式對信息流的處理無法滿足實時性要求，這對能量流的穩定性與控制的可靠性有直接影響。另一方面，目前傳統配電網的優化問題主要通過集中控制的方式解決，但集中式控制方式對故障比較敏感，其可靠性較低，對信息物理系統的魯棒性有一定影響，而且對于分布式電源投入、退出帶來的變化，無法作出快速、及時的反應，不能保證分布式電源的“即插即用”。與之相比，分布式控制方式能夠緩解通信壓力，降低計算復雜度，有更好的可靠性、靈活性和經濟性。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供了一種基于云邊協同的配電物聯網CPS管控方法及系統，運用云邊協同的集中-分布式聯合控制計算體系對CPS進行合理劃分并建立分層協同自治的網絡架構，有效解決CPS中存在的計算問題。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下。

第一方面，本發明提供了一種基于云邊協同的配電物聯網CPS管控方法，包括以下過程：

對云邊協同的配電物聯網CPS系統進行劃分，獲得對應的集中-分布式聯合控制的網絡架構；

基于集中-分布式聯合控制的網絡架構進行建模分析，獲得配電物聯網CPS管控系統的數學模型；

基于配電物聯網CPS管控系統的數學模型，以邊緣計算組為基礎單位建立單元級CPS數學模型；

對多個協同運行的單元級CPS數學模型進行組合構成CPS統一計算模型。

可選的，所述集中-分布式聯合控制的網絡架構，包括：終端層、饋線層和站控層，其中：終端層是控制本地設備的最低層；饋線層用于本地數據分析的區域自治控制；站控層是基于云層面的全局優化控制；

所述終端層、饋線層和站控層中任兩層之間均可進行數據交換，以及終端層內部之間和饋線層內部之間也可進行數據交換。

可選的，所述基于集中-分布式聯合控制的網絡架構進行建模分析，獲得配電物聯網CPS管控系統的數學模型，包括：

將電力網和信息網中的狀態量抽象為“數據節點”，

將狀態量在系統中傳輸和演變的環節抽象為“數據支路”，

將匯聚并向外提供數據的模塊抽象為“數據池節點”；

電力網中的數據支路包括輸電線路和電力元件，信息網中的數據支路包括信息傳輸支路和信息處理支路。