CN113078675A - 配电台区分布式可调资源群集自组织通信方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种配电台区分布式可调资源群集自组织通信方法，包括以下步骤：通过设置在分布式可调资源的传感器采集分布式可调资源的信息；将采集的分布式可调资源信息传输给台区融合终端；台区融合终端对分布式可调资源信息进行分类，并将分类结果返回各节点；分布式可调资源的相同类型的节点自组织形成网络；网络中相邻的节点之间进行数据传输，各节点通过群控算法调节出力。本发明还提出一种配电台区分布式可调资源群集自组织通信装置。本发明使用边缘计算技术实现实时的节点分类，使用群集自组织控制方式实现配电台区范围内各分布式可调资源的出力调节，减少了网络传输的压力；利用群体智能提高环境适应力。

Description

配电台区分布式可调资源群集自组织通信方法及装置

技术领域

本发明涉及电力能源技术领域，具体涉及一种配电台区分布式可调资源群集自组织通信方法及装置。

背景技术

电力能源产业是国民经济的基础，也是实现经济可持续发展的重要保障。虽然我国的电力能源产业发展水平已经位居世界前列，但仍存在能源结构不合理、能源利用效率低、可再生能源开发利用率低等一系列问题。“能源物联网”的应用可以为电力系统和用户所带来的价值和效益，协调电力系统与分布式可再生能源间的矛盾，应对电力能源产业发展过程中遇到的一系列问题。但是当大量物联网设备在源网荷储的应用时，在数据传输过程会有PB数量级的数据流量，因此物联网终端与云端(调度端)服务器之间频繁通信时，将导致物联网终端所在网络拥塞，产生响应延迟、数据丢包等问题，也会影响源网荷储调度控制的实时性。作为一种适用于大规模物联网设备应用的计算模式，边缘计算(EdgeComputing，EC)已经在城市建设、医疗卫生、家居出行、工业制造等领域得到了初步应用。其基本思想是：将应用、服务和数据部署在分布式的物联网边缘节点中，大量计算的任务下放到边缘节点的服务器，以满足业务对高实时性的需求，同时避免大数量、多频次的与调度端服务器进行数据交互而导致的通信传输堵塞，从而能释放调度端服务器的计算性能。配电台区内的分布式可调资源包括风力发电，光伏发电，EV，储能电池，它们的出力特性和可调节能力受外界的干扰较大，针对这种特性可以选择群集自组织控制策略，该控制策略具有个体关系平等且独立，任意个体添加或删除等特点，其良好的自适应性、冗余性、容错性、且无由数据集中处理带来的通信和计算瓶颈等优点，显示出了适用于大规模群集运动控制的优势。分布式可调资源集群是由众多变化的个体构成的集群，如果将各个个体看作通信节点，那这些个体就构成了一个通信网络，其通信节点具有空间分布性。网络中新节点的加入或原节点的退出以及外界环境的干扰，会导致传感器网络拓扑结构动态变化，这些都使得网络具有很强的动态性。由于个体节点数量众多，无法预先定义通信网络结构。因此该网络必须具有自组织能力。

现有的解决技术主要有：1)多源电力信息融合的电力数据集中控制系统提出多源电力信息融合的电力数据集中控制系统，包括现场变电主站、分布于所述现场变电主站的N个远程终端单元、与N个远程终端单元动态分组对应的M个边缘计算终端以及多源信息融合模块；N个远程终端单元均包括多种不同类型的数据传感器；N个远程终端单元被分为M组，M个边缘计算终端与所述M组远程终端单元动态的通信连接；边缘计算终端配置本地数据类型识别引擎用于识别所述传感数据的类型；多源信息数据融合模块包括多种信息数据输入端口，每种所述信息数据输入端口包括数据相似度计算模块，基于所述数据相似度计算模块的相似度输出结果，多源信息数据融合模块完成所述多种信息数据输入端口输入的信息数据的融合；2)一种智能台区系统和管理方法，包括：配电自动化主站和智能配变终端；智能配变终端包括一个终端应用，智能配变终端采集低压配网设备的数据，基于终端应用对采集的数据进行边缘计算，并将计算结果发送给配电自动化主站；配电自动化主站用于：对智能配变终端处理的数据进行运行管控。系统和管理方法能够直接采集低压配网设备的数据，克服了当前台区侧配变终端仅能实现对配变监测的缺陷；基于边缘计算实现数据就地分析、存储，本地决断，快速响应；3)基于通信拓扑完备矩阵的主动配电网分布式协同交互方法包括以下步骤：确定通信拓扑完备矩阵，并对通信拓扑完备矩阵中的控制节点进行排序；对通信拓扑完备矩阵的完备性进行校验；对通信拓扑完备矩阵进行冗余拓展。通过设计满足顺序完整性条件和N-n 规则的主动配电网分布式多级通信拓扑完备矩阵，实现主动配电网中多个控制节点的协同交互，实现适应多级分布式电源接入的主动配电网分层分布式控制要求和未来应用前景。

上述现有技术存在以下问题：1)现有技术没有对分布式可调资源节点的通信范围做一个规定，空间太大的话，节点数量太多，势必导致分组数据的丢失和路由的重新选择，这会增加集群自组网的开销，造成数据网络传输的堵塞紊乱，降低信道利用率；2)传统的集中式控制是对各类分布式单元的一种广域的逻辑聚合，使得其聚合后的电能数量和质量能够达到与大电网进行能量交换的标准，但是它的控制结构以集中式和“全通信”分布式为主，数据传输量大，对通信和计算能力的要求都很高，聚合资源的种类较少，提出的构建与优化目标也较为单一，内部各单元之间的协调配合程度相对较弱；3)分布式可调资源空间位置分散，节点数量多，节点状态是动态变化的，网络拓扑复杂，无法预先定义通信网络结构；4)现有技术对分布式可调资源的调节一般是由控制中心统一下达指令给各个节点，缺乏自适应性，冗余性，容错性，同时会有数据集中处理带来的通信和计算瓶颈。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明提供一种配电台区分布式可调资源群集自组织通信方法及装置。通过边缘计算实现对分布式可调资源的实时分类。相同类型的节点之间形成通信网络，每个节点只需要从相邻节点获取数据，节点间采用群控算法，发挥群体智慧，只利用相邻节点的数据信息调节自身的工作状态。

本发明提供的方案如下：

一种配电台区分布式可调资源群集自组织通信方法，包括以下步骤：

通过设置在分布式可调资源的传感器采集分布式可调资源的信息；

将采集的分布式可调资源信息传输给台区融合终端；

台区融合终端对分布式可调资源信息进行分类，并将分类结果返回各节点；

分布式可调资源的相同类型的节点自组织形成网络；

网络中相邻的节点之间进行数据传输，各节点通过群控算法调节出力。

作为本发明的进一步技术方案为，所述分布式可调资源包括：光伏发电设备、风力发电设备、燃料电池、电动汽车。

作为本发明的进一步技术方案为，所述传感器包括：安装于光伏发电设备的光辐射传感器，温湿度传感器；安装于风力发电设备的风速传感器，风向传感器；安装于储能电池的电量传感器；安装于电动汽车装电量电量，电流传感器。

作为本发明的进一步技术方案为，所述台区融合终端设备对配电台区内的所有节点进行分类，并将分类结果返回各节点；包括：数据类型标准化接口，边缘计算框架，本地缓冲存储模块，所述边缘计算框架与本地缓冲存储模块连接，所述边缘计算框架和本地缓冲存储模块与数据类型标准化接口连接，所述数据类型标准化接口通过通讯模块与分布式可调资源通信，包括以下步骤：

分布式可调资源的数据先通过数据类型转换接口进行格式处理，处理后的数据进行边缘计算；

根据边缘计算框架中的初步节点分类APP进行分布式可调资源的实时分类，相应节点的分类信息存储到本地缓冲存储队列中；

本地缓冲存储队列中的分类集群信息反馈给台区内的每个节点，由分组控制单元将组内的成员信息修改；

将修改后的组织信息送给配电台区的每个分布式可调资源，分布式可调资源分类完成。

作为本发明的进一步技术方案为，所述边缘计算框架包括：

安全服务模块，通过安全服务实现“边”、“端”之间的安全交互；

基础服务模块，为边缘计算框架提供数据共享库、模型管理、消息总线、端设备管理；

对外交互模块，用于提供边缘计算框架与物联管理平台、APP双向交互；

初步节点分类APP，将台区内的节点按照分类标准进行分类。

作为本发明的进一步技术方案为，所述将采集的分布式可调资源信息传输给台区融合终端，具体为，将采集的分布式可调资源信息通过HPLC/Lora传输到台区融合终端。

作为本发明的进一步技术方案为，所述将台区内的节点按照分类标准进行分类，具体为，所述节点包括六类，为出力可调发电机节点，有规律的随机出力发电机节点，“电能产消者”节点，电动汽车等可控负荷节点，不可调负荷节点，储能节点。

本发明还提出一种配电台区分布式可调资源群集自组织通信装置，包括：

前端采集模块，通过设置在分布式可调资源的传感器采集分布式可调资源的信息；

通讯模块，用于将采集的分布式可调资源信息传输给台区融合终端；

台区融合终端，用于对分布式可调资源信息进行分类，并将分类结果返回各节点；

自组织网络模块，用于对分布式可调资源相同类型的节点自组织形成网络；

节点控制模块，用于同一网络中相邻的节点之间进行数据传输，各节点通过群控算法调节出力。

本发明的有益效果为：

本发明使用边缘计算技术实现实时的节点分类，使用群集自组织控制方式实现配电台区范围内各分布式可调资源的出力调节；采用群集自组织的方式，相同类型的节点形成一个组织，每个节点只需要与相邻的节点进行数据交互，减少了网络传输的压力；节点个体分散自治，节点整体集中管理；节点聚合的组织间相互协调，节点聚合内部独立自治；将复杂的分布式大电网调控简化；分布式储能系统聚类后可以平衡储能系统个体之间寿命的差异，降低总的运行成本；通过集群个体之间的信息交互，任务协同，充分利用群体智能提高环境适应力。

附图说明

图1为本发明提出的一种配电台区分布式可调资源群集自组织通信方法流程图；

图2为本发明提出的分布式可调资源信息分类流程图；

图3为本发明提出具体实施例中流程图；

图4为本发明提出具体实施例前端采集模块结构图；

图5为本发明提出的的具体实施例的装置分布结构图；

图6为本发明提出的的一种配电台区分布式可调资源群集自组织通信装置结构图。

具体实施方式

以下将结合一种实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

参见图1，为本发明提出的一种配电台区分布式可调资源群集自组织通信方法流程图；

如图1所示，一种配电台区分布式可调资源群集自组织通信方法，包括以下步骤：

步骤101，通过设置在分布式可调资源的传感器采集分布式可调资源的信息；

步骤102，将采集的分布式可调资源信息传输给台区融合终端；

步骤103，台区融合终端对分布式可调资源信息进行分类，并将分类结果返回各节点；

步骤104，分布式可调资源的相同类型的节点自组织形成网络；

步骤105，网络中相邻的节点之间进行数据传输，各节点通过群控算法调节出力。

本发明实施例中，分布式可调资源包括：光伏发电、小型柴油发电机，微型燃气轮机，燃料电池，电动汽车。其中，传感器包括：安装于光伏发电设备的光辐射传感器，温湿度传感器；安装于风力发电设备的风速传感器，风向传感器；安装于储能电池的电量传感器；安装于电动汽车装电量电量，电流传感器。针对DG(Distributed Generation，分布式可调资源)，如光伏发电，风力发电，储能电池，电动汽车等安装相应的传感器。如光伏发电安装光辐射，温湿度传感器；风力发电安装风速，风向传感器；储能电池安装电量传感器；电动汽车装电量，电流传感器等，监测分布式可调资源的运行状态；每个DG有自我抉择的能力，能够决定自身的工作状态，如发电，储能，紧急开 /关机；每个DG有与相邻DG单元进行信息交互的能力；每个DG都安装有群控算法，所有的DG 构成“端”。

参见图2至图5，其中图2为本发明提出的分布式可调资源信息分类流程图；图3为本发明提出具体实施例中流程图；图4为本发明提出具体实施例前端采集模块结构图；图5为本发明提出的的具体实施例的装置分布结构图；

如图2至图5，在步骤103中，台区融合终端设备对配电台区内的所有节点进行分类，并将分类结果返回各节点；包括：数据类型标准化接口，边缘计算框架，本地缓冲存储模块，边缘计算框架与本地缓冲存储模块连接，边缘计算框架和本地缓冲存储模块与数据类型标准化接口连接，数据类型标准化接口通过通讯模块与分布式可调资源通信，包括以下步骤：

步骤1031，分布式可调资源的数据先通过数据类型转换接口进行格式处理，处理后的数据进行边缘计算；

步骤1032，根据边缘计算框架中的初步节点分类APP进行分布式可调资源的实时分类，相应节点的分类信息存储到本地缓冲存储队列中；

步骤1033，本地缓冲存储队列中的分类集群信息反馈给台区内的每个节点，由分组控制单元将组内的成员信息修改；

步骤1034，将修改后的组织信息送给配电台区的每个DG，DG分类完成。

相同类型的DG之间形成自组织网络，传输自己的工作状态，工作效率，储能容量等信息，并根据群控算法进行工作状态的调整。

在配电台区范围内，所有的分布式可调资源(DGs)均配置末端传感器和无线通信设备。分布式可调资源包括光伏发电设备，风力发电设备，燃料电池，电动汽车等。其通过HPLC/微功率传输的通信方式与台区融合终端通信。台区融合终端设备包含数据类型标准化接口，边缘计算框架，本地缓冲存储三部分。分布式可调资源单元的数据先通过数据类型转换接口进行格式处理，处理后的数据进行边缘计算，根据边缘计算框架中的初步节点分类APP进行分布式可调单元的实时分类，类型包括出力可调发电机节点，有规律的随机出力发电机节点，“电能产消者”节点，电动汽车等可控负荷节点，不可调负荷节点，储能节点。相应节点的分类信息存储到本地缓冲存储队列中，当所有分布式可调单元的数据均处理完毕之后，本地缓冲存储队列中的分类集群信息反馈给台区内的每个节点，由分组控制单元将组内的成员信息修改,最后将修改后的组织Org信息送给配电台区的每个DG,这样DG分类完成，之后组内的DG之间形成自组织网络，传输自己的工作状态，工作效率，储能容量等信息，并根据群控算法进行工作状态的调整。

其中，边缘计算框架包括：

安全服务模块，通过安全服务实现“边”、“端”之间的安全交互；

基础服务模块，为边缘计算框架提供数据共享库、模型管理、消息总线、端设备管理；

对外交互模块，用于提供边缘计算框架与物联管理平台、APP双向交互功能；

初步节点分类APP，将台区内的节点按照分类标准进行分类。

台区融合终端为“边”，通过边缘计算分析模块，实现对分布式可调资源运行状态的感知，节点评价机制，初步节点分类，节点发电走势基本研判，用户信息管理并上传物联网后台。具体包括安全服务模块：涵盖身份认证、数据加密、可信计算等功能模块，实现“边”、“端”之间的安全交互，可以实现新增用户的信息注册，存储，删除，实现DG的即插即用；基础服务模块：为边缘计算框架提供数据共享库、模型管理、消息总线、端设备管理等基础功能；对外交互模块：提供边缘计算框架与物联管理平台、APP双向交互功能。初步节点分类APP：将台区内的节点按照分类标准分为6大类，包括出力可调发电机节点，有规律的随机出力发电机节点，“电能产消者”节点，电动汽车等可控负荷节点，不可调负荷节点，储能节点。

节点安装有群控算法，各节点通过群控算法对自身出力进行实时调节。边缘计算将配电台区内所有节点都实时分类之后，相同类型的节点自组织形成通信网络，相邻节点之间可以互相通信，每个节点均安装有群控算法，各节点通过群控算法实现对自身出力的实时调节，最终使得配电台区内的各分布式可调资源相互协调，达到最佳运行效率。通讯模块将采集的分布式可调资源信息通过 HPLC/Lora传输到台区融合终端。

参见图6，为本发明提出的一种配电台区分布式可调资源群集自组织通信装置结构图；

如图6所示，一种配电台区分布式可调资源群集自组织通信装置，包括：

前端采集模块201，通过设置在分布式可调资源的传感器采集分布式可调资源的信息；

通讯模块202，用于将采集的分布式可调资源信息传输给台区融合终端；

台区融合终端203，用于对分布式可调资源信息进行分类，并将分类结果返回各节点；

自组织网络模块204，用于对分布式可调资源的相同类型的节点自组织形成网络；

节点控制模块205，用于同一网络中相邻的节点之间进行数据传输，各节点通过群控算法调节出力。

本发明使用边缘计算技术实现实时的节点分类，节点指的是配电台区范围内的分布式可调资源，使用群集自组织控制方式实现配电台区范围内各分布式可调资源的出力调节。采用群集自组织的方式，相同类型的节点形成一个组织，组织内的节点数量必然少于整个台区内所有节点的数量，并且组织内的每个节点只需要与相邻的节点进行数据交互，这种方式就减少了网络传输的压力。节点个体分散自治，节点整体集中管理；节点聚合的组织间相互协调，节点聚合内部独立自治；可以将复杂的分布式大电网调控简化；分布式储能系统聚类后可以平衡储能系统个体之间寿命的差异，降低总的运行成本；可控柔性负荷聚类之后整体调控容量变大且相对集中，时空特性明显，便于调控。通过集群个体之间的信息交互，任务协同，充分利用群体智能提高环境适应力。

以上对本发明进行了详细介绍，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (8)

1.一种配电台区分布式可调资源群集自组织通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过设置在分布式可调资源的传感器采集分布式可调资源的信息；

将采集的分布式可调资源信息传输给台区融合终端；

台区融合终端对分布式可调资源信息进行分类，并将分类结果返回各节点；

分布式可调资源的相同类型的节点自组织形成网络；

网络中相邻的节点之间进行数据传输，各节点通过群控算法调节出力。

2.根据权利要求1所述的一种配电台区分布式可调资源群集自组织通信方法，其特征在于，所述分布式可调资源包括：光伏发电设备、风力发电设备、燃料电池、电动汽车。

3.根据权利要求1所述的一种配电台区分布式可调资源群集自组织通信方法，其特征在于，所述传感器包括：安装于光伏发电设备的光辐射传感器，温湿度传感器；安装于风力发电设备的风速传感器，风向传感器；安装于储能电池的电量传感器；安装于电动汽车装电量电量，电流传感器。

4.根据权利要求1所述的一种配电台区分布式可调资源群集自组织通信方法，其特征在于，所述台区融合终端设备对配电台区内的所有节点进行分类，并将分类结果返回各节点；包括：数据类型标准化接口，边缘计算框架，本地缓冲存储模块，所述边缘计算框架与本地缓冲存储模块连接，所述边缘计算框架和本地缓冲存储模块与数据类型标准化接口连接，所述数据类型标准化接口通过通讯模块与分布式可调资源通信，包括以下步骤：

分布式可调资源的数据先通过数据类型转换接口进行格式处理，处理后的数据进行边缘计算；

根据边缘计算框架中的初步节点分类APP进行分布式可调资源的实时分类，相应节点的分类信息存储到本地缓冲存储队列中；

本地缓冲存储队列中的分类集群信息反馈给台区内的每个节点，由分组控制单元将组内的成员信息修改；

将修改后的组织信息送给配电台区的每个分布式可调资源，分布式可调资源分类完成。

5.根据权利要求4所述的一种配电台区分布式可调资源群集自组织通信方法，其特征在于，所述边缘计算框架包括：

安全服务模块，通过安全服务实现“边”、“端”之间的安全交互；

基础服务模块，为边缘计算框架提供数据共享库、模型管理、消息总线、端设备管理；

对外交互模块，用于提供边缘计算框架与物联管理平台、APP双向交互；

初步节点分类APP，将台区内的节点按照分类标准进行分类。

6.根据权利要求1所述的一种配电台区分布式可调资源群集自组织通信方法，其特征在于，所述将采集的分布式可调资源信息传输给台区融合终端，具体为，将采集的分布式可调资源信息通过HPLC/Lora传输到台区融合终端。

7.根据权利要求5所述的一种配电台区分布式可调资源群集自组织通信方法，其特征在于，所述将台区内的节点按照分类标准进行分类，具体为，所述节点包括六类，为出力可调发电机节点，有规律的随机出力发电机节点，“电能产消者”节点，电动汽车等可控负荷节点，不可调负荷节点，储能节点。

8.根据权利要求1-7中任一所述的一种配电台区分布式可调资源群集自组织通信方法提出一种配电台区分布式可调资源群集自组织通信装置，其特征在于，包括：

前端采集模块，通过设置在分布式可调资源的传感器采集分布式可调资源的信息；

通讯模块，用于将采集的分布式可调资源信息传输给台区融合终端；

台区融合终端，用于对分布式可调资源信息进行分类，并将分类结果返回各节点；

自组织网络模块，用于对分布式可调资源相同类型的节点自组织形成网络；

节点控制模块，用于同一网络中相邻的节点之间进行数据传输，各节点通过群控算法调节出力。

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