基于边缘计算的主动配电网信息物理系统研究

发布时间：2020-07-16 17:00

【摘要】：主动配电网支撑着分布式能源、储能设施和主动负荷的广泛接入,实现了能量流和信息流的高度融合控制,也是信息物理高度融合的智能化基础设施。随着主动配电网的发展,网络边缘设备产生的数据量和计算量急剧增加,带来了数据存储、云端计算和传输带宽压力。传统的云计算模式难以保证数据分析、处理与响应的实时性,致使信息流处理的非实时性直接影响到了能量流的稳定性与控制的可靠性。针对以上问题,本论文开展了基于边缘计算的主动配电网信息物理系统研究。首先,分析了主动配电网信息物理系统架构特征模型,结合主动配电网各层次信息交互、互联互通与泛在感知的需求设计了基于IEC61850标准的主动配电网逻辑协议模型;其次,分析了边缘计算技术、主动配电网和CPS的相似之处和融合方式,并参考PTN网络的PE-P-CE结构,提出了基于边缘计算的PTN架构的主动配电网物理模型;再次,针对主动配电网对实时性、数据安全、网络带宽的需求,提出了主动配电网边缘计算与云计算协同模型,并通过用电数据分析和电动汽车充电站的负荷预测两个算例,验证了基于边缘计算的主动配电网能实现边缘节点的存储及处理数据的本地优化,能很好地提高处理效率,保证数据分析与处理的实时性以及负荷预测的准确性;最后,针对主动配电网存在设备厂家多、缺乏统一标准,配网配变监测终端本身拓展难度大的问题,构建了基于边缘计算的分层自治协同的主动配电网信息物理系统管控模型,并围绕边缘计算对业务实时性、应用智能等的关键需求,提出了基于边缘计算CROSS指标管控模型评价体系,并进一步构建了基于边缘计算和SDN的主动配电网数据传输架构。
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM76;TN929.5
【图文】：

体系结构图,配电网,体系结构,节点

系架构及文献［４４］提出的微电网ＣＰＳ体系架构，结合主动配电网特征，将主动配逡逑电网ＣＰＳ抽象为具有深度交互网络的节点，构建了主动配电网ＣＰＳ体系架构，逡逑如图２－１所示。逡逑信息中心逡逑■逦？逦令邋￣￣逡逑Ｉ邋｜全局控制逦Ｉ逦｜网络节点逡逑Ｉ逦中心逦丨逦—￣＾逡逑丨逦Ｉ逦，上、．、逦，逦＾逡逑！丨执行“逦＇邋ＣＰＳｎｅｔ邋＂邋＞—｜逡逑！逦逦！逦｜逦计算系统逦ｉ逡逑网络节点卜＞邋执行器节点逡逑传感器节点ｃｐｓｎｅｔ局域网、ｆ逦ｒ￣逡逑￣￣？￣￣＾逦ｖ￣「 N ＿丨逡逑：逦—；逦局部控制逡逑Ｉ逦传感器节点逦—＊—Ｉ逦中心逡逑—１逦传感器节点逦逦逡逑ｉ逦／逦＼逦？逡逑＿｝逦Ｖ逦逡逑Ｉ逦！邋Ｉ逦邋邋邋邋１逡逑！逦Ｉ逦储能装置逦敏感负荷逦￣￣；￣￣逦｜逡逑／逦１邋衣里１逦—用户从逡逑逦一分布式电源｜逦Ｉ逡逑｜邋夕网！逡逑智能家电／｜逦Ｉ逡逑柔性负荷ＩＩ普通负荷｜｜可再生能源１１智能楼宇Ｉ逡逑物理设备逡逑！逦Ｉ逡逑＜逦？邋？

配电网,核心,控制服务,物理系统

及支持网络与安全策略协同方面的需求，也将有助于实现ＯＩＣＴ向ＤＴ邋（Ｄａｔａ逡逑Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）的转变，并最终为ＡＴ邋（Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ邋Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）的数字化和智能化逡逑控制服务。具体如图２－３所示。逡逑ＡＴ逦互联网＋逦＇－逡逑ｉ．边接}0逦／大数据逡逑ｉ邋２．邋３Ｃ邋技术＼逦／逡逑图２－３邋０丨ＣＴ融合中边缘计算的定位逡逑２．４．２边缘计算、ＣＰＳ与主动配电网三者关系分析逡逑德国“工业４．０”的核心是ＣＰＳ，是在物理系统中嵌入计算与通信模块对物逡逑理世界进行实时感知１」控制Ｉ４９１。而作为在靠近物或数据源头的网络边缘侧，融逡逑合了网络、计算、存储、应用核心能力的边缘计算，显然又是ＣＰＳ的核心１５（）１，逡逑因此边缘计算＂丨被看作是Ｉ：业４．０核心之核心。针对ＣＰＳ对实时的数据分析和智逡逑能化处理的需求｜５＼邋４通过ＣＰＳ的边缘计算，使数据在Ｍ络边缘侧就能解决。逡逑对实时、短周期数据的分析是边缘计算的重要研究方向，边缘计算具有安全、快逡逑Ｈ逡逑

模型更新,信息采集,结合数,负荷预测

结合数据中心云计算与边缘计算两项技术，通过对模型的分析，说明云逡逑计算和边缘计算是如何协同提供优化服务的。本文提出的边缘计算与云计算协同逡逑应用模型如图３－２所示。逡逑逦卿藤}沐邋五义夏Ｐ透洛危苠澹苠义希桑慑文Ｐ透洛义希栊瘫澹志橄路ⅲ堋㈠义弦槐摺灰弧狽、逡逑、、＞逦逦邋一’邋？逦一邋一邋’逡逑用电信息采集逦负荷预测逡逑图３－２边缘计算与云计算协Ｍ应州模型逡逑１７逡逑

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