智能电网无线HART网络多层多源汇聚关键技术研究

Different from the current wireless public networks, the communication system used to support power grid has muliti-layer and multi-soure complicated features due to the special function requirements from the power grid. In the meanwhile, such communication system has to provide ultra-stable and ultra-reliable services so that the ultra-high Quality of Service is obligatory for the communication system. In the past few years, we did research and test on the raw data which is provided by the Yunnan Electric Power Design Institute and realize the bottleneck of the instantaneity, reliability and the accuracy of the dispatch, control, and protection of smart grid lies in the information convergecast of the intra and inter key nodes. So we adopt the most promising real-time industrial WirelessHART technology for the high requirement industrial systems such as the power grids. We plan to research on the convergecast algorithms for the inter and inner nodes to get the shared slots convergecast algorithm and the optimal spanning tree algorithm respectively. Then, based on the research of the overhead aware deployment for the convergecast nodes, we plan to study on the reliability evaluation of the smart grids performance by using the Markov Chain model of the states combination and the power grid primary and secondary systems. At last, a test bed and simulation platform of smart grid with renewable resource generations integrated into is desired to implement.

与现有无线公网不同，支撑智能电网的通信系统因电网的特殊性而具有多层多源的复杂结构特性，同时又需要提供极为稳定和可靠的服务质量，因而具有极高的功能标准。过去几年，我们通过对云南省电力设计院提供的大量原始数据进行测试研究，意识到影响智能电网调度、控制和保护功能的实时性、可靠性和准确性等指标最关键的瓶颈在于支撑智能电网通信网络中各层次间和层次内关键节点的信息汇聚功能。因此在本研究中我们采用当前最有望运用到电网系统这类工业级高标准实时系统的无线HART技术，基于该技术研究节点间和节点内的汇聚算法，拟得到基于可分享时隙的节点间汇聚算法和基于最优平衡生成树的集中式与分布式相结合的节点内汇聚算法。同时在开销可感知型汇聚节点部署可行性研究的基础上，结合状态合并和智能电网一、二次设备的马尔科夫链模型，对智能电网功能可靠性评估模型进行研究。并搭建基于无线HART技术的可再生资源接入智能电网软、硬件测试平台。

本项目与云南省电力设计院进行合作，通过大量云南地区智能电网相关数据的分析，针对调研中发现的四个主要实际问题，结合原有研究目标，对智能电网及其通信系统在实际应用进行扩展研究。. 首先，我们从公平性角度，提出了智能电网Wireless HART网多层多源汇聚优化算法，并针对智能电网对通信系统可靠性的要求，改进了Wireless HART网重传机制，搭建了基于智能电网通信构架的电动汽车充电调度平台。. 其次，我们模拟基于Wireless HART的无线传感网络对多样信息进行采集，基于电压电流信息检测电能质量扰动，并提出了针对高铁、电解铝等新型负荷的电能计量算法，以及配电网接地故障选线算法。. 第三，我们以未来多类型电源电力信息物理系统的规模化应用为出发点，对考虑新能源接入及双网耦合系统的智能电网可靠性进行评估，提出了含风光互补的独立发电系统可靠性评估模型及经济性评估模型，并考虑电网灾变情况下对电力系统弹性进行评估。. 最后，我们结合我国“双碳”目标，对未来电力系统发展方向进行思考，针对能源发电接入电力系统时“波动性、随机性”等劣势进行研究，提出了基于随机森林等智能算法的风电点预测方法，以及基于快速自适应核密度的预测误差分析，在此基础上提出风电出力区间预测的方法，并提出了考虑风电出力随机性的风火联合调度方法，为风电等新能源发电大规模接入电力系统提供了技术支持。. 此外，我们搭建了基于云平台的充电调度系统数据交互架构，开发了充电站数据监控平台、电动汽车数据监控平台以及手机APP，实现电动汽车与充电站有效数据的实时采集及监控，充电预约及调度。目前该平台目前已投入使用。