淺談能源互利網(wǎng)中的系統(tǒng)模型構(gòu)建

宋慧姝

摘 要：本文通過介紹新一代能源互聯(lián)網(wǎng)的模型結(jié)構(gòu)，闡述了其主要的建模形式和建模時(shí)相關(guān)的問題，為未來能源互聯(lián)網(wǎng)中的模型建立奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng);模型建立

1 新一代信息能源系統(tǒng)的建模

我國眾多企業(yè)也開始了能源互聯(lián)網(wǎng)的研究。清華大學(xué)與四川省政府共同穿件能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院，致力于探索應(yīng)用于技術(shù)的結(jié)合。與此同時(shí)，眾多學(xué)者也公開發(fā)布在能源互聯(lián)網(wǎng)方面的見解。總而言之，能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過建立多能源流系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者與能源制造者之間的互動(dòng)。因此，能量流與信息流深度融合，將信息物理融合系統(tǒng)推到新高度。

2006年，美國國家科學(xué)基金會(huì)提出信息物理融合系統(tǒng)，將計(jì)算與物理資源緊密結(jié)合形成多維復(fù)雜系統(tǒng)。此新型系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比更加注重計(jì)算設(shè)備與環(huán)境之間的融合，將傳感器與互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用結(jié)合，遠(yuǎn)超僅關(guān)注與邏輯控制的系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展強(qiáng)調(diào)信息的感知與傳遞，為打造更廣闊的互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)信息物理系統(tǒng)一共更加及時(shí)的反饋控制。信息物理系統(tǒng)為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的強(qiáng)化。

信息物理系統(tǒng)的應(yīng)用范圍較為廣泛，例如物理能源系統(tǒng)、信息能源系統(tǒng)等。具體表現(xiàn)為智能樓宇、智能電網(wǎng)等。電力信息物理融合系統(tǒng)以智能電網(wǎng)為導(dǎo)向，通過基礎(chǔ)框架及關(guān)鍵技術(shù)，包括建模分析，運(yùn)行控制，形態(tài)驗(yàn)證。以高效地實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的結(jié)合。

2 物理融合系統(tǒng)建模概況

電力系統(tǒng)將信息的時(shí)序性與驅(qū)動(dòng)的性能差異作為物理融合系統(tǒng)建模的重點(diǎn)及難點(diǎn)。研究建模在于如何兼顧微分和代數(shù)方程在電力系統(tǒng)的融合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)連續(xù)或離散異構(gòu)的融合特性。減少兩者之間的影響，實(shí)現(xiàn)其實(shí)時(shí)性與同步性。

3 新型信息能源系統(tǒng) 建模技術(shù)發(fā)展挑戰(zhàn)

新型信息能源系統(tǒng)的建模與物理融合系統(tǒng)建模有些許不同，主要體現(xiàn)在一下兩個(gè)方面：

（1）新型信息能源系統(tǒng)將能量與信息流的相互祖宗用使用隨機(jī)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述方法。

（2）系統(tǒng)通過控制字節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)減少冗余的信息量，可以適應(yīng)更加廣泛的互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)交互應(yīng)用。

4 基于隨機(jī)微分方程的動(dòng)態(tài)特性建模思路

我們可用方程組來具體描述信息能源系統(tǒng)，新型信息能源系統(tǒng)的各部分性能將隨著各元件的增強(qiáng)而增強(qiáng)，需要對(duì)系統(tǒng)原件的隨機(jī)性加以重視。如電動(dòng)汽車和苛雜滋生能源的利用等方面。構(gòu)建的微分方程如下：dx/dt=f（x，t）+y（t），x（t0）=x0。將f表示為系統(tǒng)中原件的特性方程，描述各院極簡(jiǎn)的動(dòng)態(tài)特性。例如在先前研究中將高斯隨機(jī)激勵(lì)項(xiàng)構(gòu)建非線性微分方程，并發(fā)現(xiàn)新型的失穩(wěn)現(xiàn)象。此外用代數(shù)方程描述電力網(wǎng)絡(luò)的分析總會(huì)忽略電磁暫態(tài)現(xiàn)象。新型信息能源系統(tǒng)將與天然氣、暖氣、等進(jìn)行耦合，再使用微分方程描述系統(tǒng)過程的動(dòng)態(tài)特性。因此，新型信息能源系統(tǒng)可通過聯(lián)立微分或代數(shù)方程研究其建模及數(shù)值積分，以求解能源系系統(tǒng)的相應(yīng)。

5 基于減少信息冗余的模塊化建模構(gòu)想

使用模塊化建模在于實(shí)現(xiàn)幾種內(nèi)部的閉環(huán)信息系統(tǒng)看做同一個(gè)模塊，例如發(fā)電機(jī)等符合設(shè)備。同時(shí)將模塊內(nèi)的關(guān)鍵狀態(tài)與通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互，較少冗余信息量，提供建模的物理信息模型。將所有信息的交互量作為節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息建模，實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的迭代交替。此建模思想對(duì)接點(diǎn)信息進(jìn)行了優(yōu)化。

模型構(gòu)建思路圖

將模塊建模的兩種不同能量進(jìn)行耦合，實(shí)現(xiàn)能量樞紐與物理信息模型的交互研究。對(duì)數(shù)學(xué)模型的耦合矩陣進(jìn)行監(jiān)理求解成為當(dāng)前的熱點(diǎn)問題。但是物理信息模型在現(xiàn)有文獻(xiàn)中提及較少。事實(shí)上，能量樞紐作為此能源系統(tǒng)的重要紐帶，像電力系統(tǒng)變電站，氣系統(tǒng)安全關(guān)乎整個(gè)能源系統(tǒng)的安全。構(gòu)建此模型的安全評(píng)估系統(tǒng)是此系統(tǒng)中的重要部分。此外，能量樞紐需要考慮不同能源的轉(zhuǎn)換問題進(jìn)行建模，表征信息系統(tǒng)中的對(duì)應(yīng)狀態(tài)量。

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