软件定义能源互联网的模型与优化控制算法研究

“Internet” has been became a view to provide fundamental service infrastructures. With the problem of depleting fossil energy and greenhouse gas emission, More and more departments and researchers are paying more attention for renewable energy utilization and try to build a solid and green energy infrastructure. For the challenges of information assurance and control for generation, storage, transmission and consumption of renewable energy, this project will compare and analyze existing related results and attempt to propose a resolution of convenient platform, say Energy Internet, that all customers could utilize energy on demand. During the project, we mainly present a software defined energy internet and several corresponding scheduling algorithms. In detail, since the following facts, most of the current energy systems are managed centrally and hierarchically, many information infrastructures are built to feasible administration, and the update period of the related techniques becomes short, we borrow the concept of the software defined networking and discuss the construction of software defined energy internet to satisfy all demands of the future energy systems. The techniques of controller plane combining energy flow, information flow and control flow organically and designing programmable interfaces for customers are studied extensively. Moreover, we also study several related algorithms including demand side respond management, energy scheduling and incentive compatibility mechanisms, which shall provide support of energy internet operation and theoretically analysis results. The results in this project shall pave a way to build an energy internet, and the related algorithms could be applied in the current energy management systems.

互联网为提供基础设施服务的行业提供了一种借鉴模式，面对化石能源短缺、温室气体排放和环境问题等越来越突出地影响经济社会发展的现状，构建能够高效利用分布式可再生能源的能源互联网成为了共识。针对能源接入、存储、传输和消费等面临的信息保障和控制问题，在对比分析已有研究成果的基础上，以提供便捷的能源应用平台为目标，研究可行的能源互联网架构和相关的优化管理方法。面对现有能源系统多采用集中层次式管理模式、运营信息化设施初具规模、且对信息技术要求越来越高的事实，拟探讨软件定义能源互联网模式的新一代能源系统。设计管控平面实现能源流、信息流和控制流的耦合，提供编程接口满足不同用户的个性化需求，实现能源使用全周期的优化协调。研究用户需求侧管理、能源使用优化调度和能源主体合作激励等相关机制，为能源互联网运营提供优化算法和理论分析。研究成果将为能源互联网的建设提供理论基础，相关算法可直接用于当前能源系统优化

能源互联网旨在构造一种新形式的能源基础设施，任何主体可以按照相应规范接入、并根据自身需求实现能源的供给或消费。软件定义能源互联网是为实现能源互联网更好运行而提出的一种控制架构，通过把能源控制平面和传输平面分离，简化传输平面的接入规范进而实现参与主体的灵活接入，保障网络的高可扩展性；控制平面采用软件定义模式，由控制器在收集网络、参与主体需求等信息、优化计算可行的调度控制策略保障能源互联网满足多样化用户需求。项目在调研国内外研究成果的基础上，创造性地提出了软件定义能源互联网可采用“1+1”与“1*1”两种模式实现，分别给出了功能设计和实现方法，指出能源互联网必将是能源/信息紧耦合的一体化基础设施，能源互联网交换设备将同时具备能源调节与存储，信息采集与传输功能，是能源互联网发展的最核心设备之一。针对以能源互联网交换设备运行过程中信息采集、识别和优化策略计算等问题，我们分别给出了一种基于混合区块链的去中心化能源互联网交易事务处理框架，针对其性能和安全性给出了评价模型，为针对性地控制参与节点提供了理论依据；一种不依赖用户历史使用数据的自适应用户需求预测方法，探索了管理人员经验数据提升预测准确率的权重选择方法；一种网络访问异常行为的识别方法，探索了利用卷积神经网络和马尔科夫随机模型实时挖掘异常行为的方法，构建的预测和特征挖掘模型能较好地识别出电网通信网络异常访问行为。在开展理论研究的同时，我们依托校园网络搭建了电力能源互联网测试示范环境，在完成理论研究成果的同时，还为校园网络中的数据中心核心业务和核心交换设备提供了能源保障。项目研究成果对能源互联网发展和推广提供了一定的理论支撑，所搭建的示范环境是其工程实践的重要探索。