一种基于混合随机H 2 /H ∞ 方法的能源互联网边缘计算系统控制策略
发布时间：2021-07-24 22:42
作为一种新兴的计算范式,边缘计算可以将数据计算和处理任务下放到靠近用户的网络边缘侧执行,从而避免远距离数据传输所引发的高时延。随着边缘计算任务的增加,边缘计算中心的供能问题成为一个巨大的挑战。利用能源互联网对边缘数据中心进行供能是一个可行的方向,但可再生能源产能和边缘数据中心的耗能具有很强的不确定性和随机性。面对这一挑战,提出一种基于纳什均衡的随机最优鲁棒控制策略。该控制器通过最优控制最大化地使用可再生能源为边缘数据中心进行供能,同时也保证了边缘数据中心尽量以最大的工作功率进行数据运算。此外,该控制器还可以在有随机扰动的环境下保证母线频率偏差稳定。考虑到最优控制和鲁棒控制两个目标可能会相互冲突,该文通过纳什均衡使得二者达到一种平衡状态。最后,通过数值仿真验证了提出方法的可行性。
【文章来源】：中国电机工程学报. 2020,40(21)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
微网2中的光伏和负载功率t/s012301PV
生偏移后的控制效果。可以看出，橙线波动变大，绿线严重偏离横轴。这一结果符合纳什均衡J1(u*,v*)J1(u*,v)以及J2(u*,v*)J2(u,v*)的特点，同时也证明本文通过纳什均衡得到的控制策略u*为最优。f3/kW0.4t/s01230.40.00.8偏离最优的u偏离最优的v纳什均衡点图7母线频率偏差(纳什均衡对比非纳什均衡)Fig.7Busfrequencydeviation(Nashequilibriumvs.non-Nashequilibrium)图8展示了微网3中纳什均衡点偏移到非纳什均衡点后对于微型燃气轮机的影响。其中蓝线表示本文所提控制策略的控制效果，黄线表示u*发生偏移后的控制效果。根据纳什均衡的特点，当控制信号u试图偏离纳什均衡点u*时会反而使其的控制效果变差，即J2(u*,v*)J2(u,v*)。由图8可以看出，控制信号偏移前对于微型燃气轮机输出功率的抑制效果更好。图9展示了微网3中纳什均衡点偏移到非纳什均衡点后对于边缘计算数据中心的影响。其中蓝线功率/kW0.8t/s01230.6偏离最优的u纳什均衡点0.50.70.9图8微型燃气轮机发电功率(纳什均衡对比非纳什均衡)Fig.8Microturbinepowergeneration(Nashequilibriumvs.non-Nashequilibrium)
第21期华昊辰等：一种基于混合随机H2/H方法的能源互联网边缘计算系统控制策略6881随机项dw(t)导致的。3.1与无控制相比较图5是本文所提的控制策略与无控制输入对于母线频率偏差的控制效果对比图。可以看出，本文所提的随机混合H2/H控制策略可以将母线频率偏差稳定到0。然而无控制输入的情况下，母线频率偏差不断偏离0值。这一结果验证了本文所提出的控制策略符合目标函数J2中减小Δf的目标，实现了存在外界扰动如光伏随机变化时，保证母线频率偏差的稳定。每个能量路由器的能量传输功率如图6所示，图中曲线代表在所提控制策略控制下的能量传输功率。结果显示，本文所提出的控制策略实现了能源互联网系统中各个微网之间能量传输的稳定。其中能量路由器1的功率为正值，根据图3中描绘的f/Hz0.50.01.01.5t/s(a)有控制01230.5f1f5f3f2f4f/Hz0.20.00.4t/s(b)无控制01230.2f1f5f3f2f40.6图5母线频率偏差(本文控制策略对比无控制)Fig.5Busfrequencydeviation(strategyofthispapervs.nocontrol)功率/kW0.000.10t/s01230.100.050.050.15ER2ER1ER5ER3ER4图6能量路由器的能量传输功率Fig.6Transmissionpowerofenergyrouter系统结构图可知，微网1在向微网2传输能量。3.2与非纳什均衡策略相比较图7展示了微网3中纳什均衡点偏移到非纳什均衡点后对于母线频率偏差的控制效果。其中，蓝线表示处在纳什均衡点的控制效果，橙线表示v*发生偏移后的控制效果，绿线表
【参考文献】：
期刊论文
[1]差分进化改进微电网负荷频率混合H2/H∞鲁棒控制[J]. 李洪跃,王锡淮,肖健梅. 电机与控制学报. 2019(11)
[2]基于Lyapunov优化方法的含能量路由器的能源集线器能量管理策略研究[J]. 盛万兴,李鹏华,段青,李振,朱存浩. 中国电机工程学报. 2019(21)
[3]基于边缘计算的分布式配电故障处理系统[J]. 张卫红,陈小龙,万顺,朱亚飞,许强,蒋晔. 供用电. 2019(09)
[4]考虑地理分散的数据中心服务器频率调节的电网降损模型[J]. 高赐威,吴刚,陈宋宋. 中国电机工程学报. 2019(06)
[5]移动边缘计算卸载技术综述[J]. 谢人超,廉晓飞,贾庆民,黄韬,刘韵洁. 通信学报. 2018(11)
[6]边缘计算环境下应用驱动的网络延迟测量与优化技术[J]. 符永铨,李东升. 计算机研究与发展. 2018(03)
[7]基于边缘计算的家庭能源管理系统:架构、关键技术及实现方式[J]. 祁兵,夏琰,李彬,石坤,薛溟枫. 电力建设. 2018(03)
[8]基于储能运行策略的孤岛型微网可靠性分析[J]. 王玉梅,吴志明. 电源学报. 2018(01)
本文编号：3301575
【文章来源】：中国电机工程学报. 2020,40(21)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
微网2中的光伏和负载功率t/s012301PV
生偏移后的控制效果。可以看出，橙线波动变大，绿线严重偏离横轴。这一结果符合纳什均衡J1(u*,v*)J1(u*,v)以及J2(u*,v*)J2(u,v*)的特点，同时也证明本文通过纳什均衡得到的控制策略u*为最优。f3/kW0.4t/s01230.40.00.8偏离最优的u偏离最优的v纳什均衡点图7母线频率偏差(纳什均衡对比非纳什均衡)Fig.7Busfrequencydeviation(Nashequilibriumvs.non-Nashequilibrium)图8展示了微网3中纳什均衡点偏移到非纳什均衡点后对于微型燃气轮机的影响。其中蓝线表示本文所提控制策略的控制效果，黄线表示u*发生偏移后的控制效果。根据纳什均衡的特点，当控制信号u试图偏离纳什均衡点u*时会反而使其的控制效果变差，即J2(u*,v*)J2(u,v*)。由图8可以看出，控制信号偏移前对于微型燃气轮机输出功率的抑制效果更好。图9展示了微网3中纳什均衡点偏移到非纳什均衡点后对于边缘计算数据中心的影响。其中蓝线功率/kW0.8t/s01230.6偏离最优的u纳什均衡点0.50.70.9图8微型燃气轮机发电功率(纳什均衡对比非纳什均衡)Fig.8Microturbinepowergeneration(Nashequilibriumvs.non-Nashequilibrium)
第21期华昊辰等：一种基于混合随机H2/H方法的能源互联网边缘计算系统控制策略6881随机项dw(t)导致的。3.1与无控制相比较图5是本文所提的控制策略与无控制输入对于母线频率偏差的控制效果对比图。可以看出，本文所提的随机混合H2/H控制策略可以将母线频率偏差稳定到0。然而无控制输入的情况下，母线频率偏差不断偏离0值。这一结果验证了本文所提出的控制策略符合目标函数J2中减小Δf的目标，实现了存在外界扰动如光伏随机变化时，保证母线频率偏差的稳定。每个能量路由器的能量传输功率如图6所示，图中曲线代表在所提控制策略控制下的能量传输功率。结果显示，本文所提出的控制策略实现了能源互联网系统中各个微网之间能量传输的稳定。其中能量路由器1的功率为正值，根据图3中描绘的f/Hz0.50.01.01.5t/s(a)有控制01230.5f1f5f3f2f4f/Hz0.20.00.4t/s(b)无控制01230.2f1f5f3f2f40.6图5母线频率偏差(本文控制策略对比无控制)Fig.5Busfrequencydeviation(strategyofthispapervs.nocontrol)功率/kW0.000.10t/s01230.100.050.050.15ER2ER1ER5ER3ER4图6能量路由器的能量传输功率Fig.6Transmissionpowerofenergyrouter系统结构图可知，微网1在向微网2传输能量。3.2与非纳什均衡策略相比较图7展示了微网3中纳什均衡点偏移到非纳什均衡点后对于母线频率偏差的控制效果。其中，蓝线表示处在纳什均衡点的控制效果，橙线表示v*发生偏移后的控制效果，绿线表
【参考文献】：
期刊论文
[1]差分进化改进微电网负荷频率混合H2/H∞鲁棒控制[J]. 李洪跃,王锡淮,肖健梅. 电机与控制学报. 2019(11)
[2]基于Lyapunov优化方法的含能量路由器的能源集线器能量管理策略研究[J]. 盛万兴,李鹏华,段青,李振,朱存浩. 中国电机工程学报. 2019(21)
[3]基于边缘计算的分布式配电故障处理系统[J]. 张卫红,陈小龙,万顺,朱亚飞,许强,蒋晔. 供用电. 2019(09)
[4]考虑地理分散的数据中心服务器频率调节的电网降损模型[J]. 高赐威,吴刚,陈宋宋. 中国电机工程学报. 2019(06)
[5]移动边缘计算卸载技术综述[J]. 谢人超,廉晓飞,贾庆民,黄韬,刘韵洁. 通信学报. 2018(11)
[6]边缘计算环境下应用驱动的网络延迟测量与优化技术[J]. 符永铨,李东升. 计算机研究与发展. 2018(03)
[7]基于边缘计算的家庭能源管理系统:架构、关键技术及实现方式[J]. 祁兵,夏琰,李彬,石坤,薛溟枫. 电力建设. 2018(03)
[8]基于储能运行策略的孤岛型微网可靠性分析[J]. 王玉梅,吴志明. 电源学报. 2018(01)
本文编号：3301575
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