智能电网中的通信网络资源管理关键技术研究

发布时间：2016-09-05 13:15

  本文关键词：智能电网中的通信网络资源管理关键技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

《北京邮电大学》 2015年

智能电网中的通信网络资源管理关键技术研究

李乾  

【摘要】：目前电力需求激增,而电能供应增长受限,电能供需存在巨大矛盾。但是在电网的需求侧(包括用电网和配电网)却存在着大量的电能浪费。因此在电网需求侧实施资源管理,提升电力资源利用效率势在必行。基于智能电网技术带来的先进通信、计算和测量等技术的支持,以动态需求响应为代表的新型电网需求侧管理能够获得用户的实时用电需求、用电量等信息,并引导用户自主调整用电需求,达到平衡电网电能供需、降低电能浪费、缓解电网供电压力的目的。 本论文的研究目标是从通信网络资源管理及用电负载调度的角度提升智能电网动态需求响应性能。电网需求侧的通信网络主要承载着用户用电信息和实时电价信息、负载控制命令的双向交互,是实现动态需求响应的基础。论文首先研究了通信网络质量对动态需求响应性能的影响,并将认知无线电技术及空时域动态频谱共享引入到智能电网需求侧的通信网络中,增大频谱利用机会、降低通信网络中断概率,提升动态需求响应性能。同时进一步研究了针对多项智能电网业务的、基于业务优先级的动态频谱管理,能够在首先保证高优先级智能电网业务性能的同时,充分满足优先级相对低的业务对于通信质量的要求,并且提升频谱利用效率。在通信网络得到充分保障的基础上,设计有效的用户用电负载调度机制同样非常关键。因此,论文最后研究了基于动态需求响应的电动汽车充放电联合调度管理,用来应对大规模电动汽车接入电网的新型用电场景,缓解电网供电压力。 本文研究的主要创新点包括以下几个方面： 1.通过理论分析及仿真验证得出通信网络的不可靠性会降低智能电网动态需求响应的性能。动态需求响应的性能包括用户满意度最大化及电力公司供电成本最小化两个方面。通信网络的丢包现象以及通信中断会造成智能电网控制中心接收到的用户实时用电需求信息存在波动和不确定性。本论文通过采用边界值模型、高斯分布模型以及未知分布模型对用户用电需求波动进行建模分析,推导出了通信中断概率与用户利润、电力公司利润,及动态需求响应性能的关系(闭式解)；并通过理论分析与仿真验证得出通信中断概率会降低动态需求响应性能,而只有在满足一定条件时通信中断概率才会降低用户利润和电力公司利润。该结论为构建支撑动态需求响应业务的通信网络提供理论基础。 2.针对无线网络应用于智能电网动态需求响应所面临的两个问题,即缺乏频谱资源和通信可靠性无法保障,本论文创新性地提出了基于认知无线电技术的、空域与时域相结合的动态频谱共享策略。该空时结合频谱共享策略充分利用空域和时域的空闲频谱资源,最大化频谱利用机会。同时,与单纯的空域或时域频谱共享相比,通信中断概率也得到了大幅度的下降。通过对三类频谱共享方式下的智能电网动态需求响应性能进行验证,进一步得出空时结合频谱共享策略能够维持非常高的动态需求响应性能。 3.针对智能电网业务种类繁多、QoS要求差异较大、对频谱资源有大量需求的特点,构建了蜂窝网络与广播电视网络异构共存的智能电网邻域网络。一方面该异构网络可以充分利用广播电视网络的空闲频谱资源来满足各类智能电网业务的频谱需求；另一方面通过设计基于业务优先级的动态频谱管理算法,在可用频谱资源有限的情况下,优先最优化高优先级的业务性能,同时保证低优先级业务的QoS性能得到满足。通过仿真结果可以得出,与传统的静态频谱管理相比,基于优先级的动态频谱管理在频谱利用效率、满足智能电网各类业务QOS性能等方面优势明显。 4.针对大规模电动汽车接入电网进行充电的新型用电场景,提出了基于动态需求响应的电动汽车联合充放电调度算法。在该算法中,动态需求响应充分利用电动汽车在V2G系统中可以利用其车载电池里面的储能对商业建筑进行供电的特点(即电动车电池放电操作),对电动汽车用户设置一定的奖励机制鼓励其对商业建筑供电,从而达到降低用电高峰期的用电量需求、平滑用电需求曲线的目的,同时还能节约办公楼用户以及电动汽车用户的用电成本。 论文最后对全文进行了总结,并指出了今后的研究方向。

【关键词】：
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM76;TM73
【目录】：

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