5G通信環(huán)境下虛擬電廠分布式能源調(diào)度方法研究

陳曉露，夏天

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司 信息通信公司， 上海 200072)

0 引言

在5G通信環(huán)境下構(gòu)建電廠能源的均衡調(diào)度和配置模型，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)信息傳輸?shù)目臻g均衡性和信道均衡配置性，構(gòu)建虛擬電廠分布式能源調(diào)度模型，采用信道均衡方法，提高虛擬電廠分布式能源調(diào)度輸出能力，從而提高能源的優(yōu)化配置能力[1]。通過5G通信技術(shù)，動(dòng)態(tài)分配虛擬電廠分布式能源調(diào)度的IP地址和帶寬，實(shí)現(xiàn)5G通信環(huán)境下虛擬電廠能源分布信息的均衡調(diào)度，提高虛擬電廠的產(chǎn)能和能源管理能力[2-3]。

文獻(xiàn)[4]建立了綜合能源系統(tǒng)中儲(chǔ)能設(shè)備的綜合優(yōu)化配置模型。采用k-means聚類算法對(duì)用戶側(cè)的用能需求進(jìn)行分析并歸納出典型場(chǎng)景，儲(chǔ)能配置考慮典型日系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)度，以綜合能源系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用最低為目標(biāo)建立電/熱儲(chǔ)能綜合配置優(yōu)化模型。但該方法進(jìn)行虛擬電廠分布式能源調(diào)度的輸出穩(wěn)定性不高，自適應(yīng)性不好。在文獻(xiàn)[5]將風(fēng)電場(chǎng)、光伏發(fā)電、小水電站等分布式能源聚合為虛擬電廠，并考慮價(jià)格型需求響應(yīng)負(fù)荷及激勵(lì)型需求響應(yīng)負(fù)荷，以運(yùn)營(yíng)收益最大化為目標(biāo)，綜合考慮負(fù)荷供需平衡約束、機(jī)組運(yùn)行約束以及旋轉(zhuǎn)備用約束等，構(gòu)建虛擬電廠常規(guī)調(diào)度優(yōu)化模型，利用條件風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值法(CVaR)和魯棒隨機(jī)優(yōu)化理論構(gòu)造虛擬電廠風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避優(yōu)化模型。但該方法進(jìn)行能源傳輸?shù)慕饷苄阅懿缓茫：馕隹刂颇芰Σ缓谩?/p>

針對(duì)上述問題，本文提出基于負(fù)載均衡開銷控制的虛擬電廠分布式能源調(diào)度方法。首先構(gòu)建5G通信環(huán)境下虛擬電廠能源信息傳輸信道模型，采用碼間干擾濾波方法進(jìn)行能源分布信息融合和均衡配置，提高虛擬電廠信道的均衡性和抗干擾性。然后采用空間網(wǎng)格自動(dòng)化分配方法實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的輸出均衡配置，提取虛擬電廠分布式能源信息的統(tǒng)計(jì)特征量，采用波特間隔均衡配置和負(fù)載均衡調(diào)度方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬電廠分布式能源均衡調(diào)度設(shè)計(jì)。最后進(jìn)行仿真測(cè)試分析，展示了本文方法在提高5G通信環(huán)境下虛擬電廠分布式能源調(diào)度能力方面的優(yōu)越性能。

1 虛擬電廠分布式能源調(diào)度信道模型和傳輸控制

1.1 能源調(diào)度信道模型

構(gòu)建5G通信環(huán)境下虛擬電廠能源信息傳輸信道模型，結(jié)合隨機(jī)鏈路均衡采樣方法構(gòu)建5G通信環(huán)境下虛擬電廠分布式能源調(diào)度的數(shù)據(jù)分析模型，結(jié)合隨機(jī)鏈路節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬電廠分布式能源的控制、存儲(chǔ)和傳輸[6]，得到虛擬電廠分布式能源調(diào)度的總體結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

根據(jù)圖1所示的虛擬電廠分布式能源調(diào)度的總體結(jié)構(gòu)模型，通過物理空間資源均衡配置方法進(jìn)行5G通信環(huán)境下虛擬電廠分布式能源的均衡配置，結(jié)合負(fù)荷頻率曲線卷積方法進(jìn)行虛擬電廠分布式能源信息融合[7]，得到分布式能源調(diào)度的控制約束參量θk=(uk,Σk)，采用顯著的多時(shí)間尺度估計(jì)的方法，建立虛擬電廠分布式能源調(diào)度的信息熵分析模型，得到分布式能源控制的優(yōu)化解析特征分量滿足：

(uk,Σk)=Pxt+fm(x)

(1)

式中，Pxt表示虛擬電廠分布式能源調(diào)度的傳導(dǎo)信息函數(shù)，fm(x)表示分布式能源分配的關(guān)聯(lián)規(guī)則集，采用多個(gè)時(shí)間尺度下的多能互補(bǔ)控制方法，得到分布式能源傳輸?shù)逆溌沸诺滥Ｐ蜑?/p>

Vk=(uk,Σk)+(Rt,Ro)

(2)

式中，Rt表示維子矩陣塊，Ro表示虛擬電廠分布式能源信息置換矩陣，根據(jù)分布式能源數(shù)據(jù)的分布特性，得到空間分布間隔均衡檢測(cè)的方法[8]。

1.2 能源傳輸控制

結(jié)合隨機(jī)鏈路均衡采樣方法構(gòu)建5G通信環(huán)境下虛擬電廠分布式能源調(diào)度的數(shù)據(jù)分析模型，通過大數(shù)據(jù)融合和關(guān)聯(lián)性分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬電廠分布式能源配置和節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)部署[9]。分布式節(jié)點(diǎn)參數(shù)集為

(3)

式中，a2表示虛擬電廠分布式能源尺度維數(shù)，b2表示能源分布的時(shí)間尺度函數(shù)，根據(jù)分布式能源傳輸?shù)男诺滥Ｐ蜐M足，得到5G通信環(huán)境下虛擬電廠分布式能源傳輸信道模型為

p(ωk)=p(uk,Σk)Kψ

(4)

式中，Kψ表示虛擬電廠分布式能源特征集，根據(jù)聯(lián)合特征解析函數(shù)為，被稱為虛擬電廠分布式能源調(diào)度的相似度函數(shù)。綜上分析，構(gòu)建分布式能源調(diào)度傳輸控制模型，得到第周負(fù)荷段對(duì)應(yīng)傳輸控制功率為

N(uk,Σk)=p(ωk)-?x

(5)

式中，?x表示5G通信環(huán)境下虛擬電廠分布式能源調(diào)度的空間融合信息，結(jié)合傳輸控制和信道均衡設(shè)計(jì)[10]，實(shí)現(xiàn)能源均衡調(diào)度，虛擬電廠分布式能源調(diào)度的節(jié)點(diǎn)分布。

2 虛擬電廠分布式能源調(diào)度抗干擾設(shè)計(jì)與均衡調(diào)度

2.1 能源調(diào)度的抗干擾設(shè)計(jì)

構(gòu)造5G通信環(huán)境下虛擬電廠分布式能源信息疏導(dǎo)模型，采用碼間干擾濾波方法進(jìn)行虛擬電廠的能源分布信息融合和均衡配置，提高虛擬電廠信道的均衡性和抗干擾性[11]，5G通信環(huán)境下，虛擬電廠分布式能源調(diào)度的模糊關(guān)聯(lián)規(guī)則集。在多時(shí)間尺度模擬框架下，得到虛擬電廠分布式能源置換函數(shù)為

p(vk-1,ek-1)=N(uk,Σk)trace(x,y,σ)

(6)

式中，x、y、σ表示虛擬電廠分布式能源傳輸?shù)目臻g特征聚類，根據(jù)各個(gè)時(shí)刻的負(fù)荷分布，得到虛擬電廠分布式能源調(diào)度的聯(lián)合特征參數(shù)分布集：

(7)

式中，x表示新能源出力的季節(jié)差異性，通過分布式能源調(diào)度的模糊加權(quán)系數(shù)為，提取能源信息的模糊約束因子，得到虛擬電廠分布式能源傳輸?shù)穆?lián)合特征分布函數(shù)為

(8)

采用負(fù)載功率的統(tǒng)一協(xié)同控制方法，得到能源調(diào)度的抗干擾設(shè)計(jì)信息熵為

(9)

式中，ki表示虛擬電廠分布式能源的回歸分析特征量，結(jié)合模糊度尋優(yōu)方法，實(shí)現(xiàn)能源調(diào)度的抗干擾設(shè)計(jì)[12]。

2.2 能源負(fù)載均衡調(diào)度

采用空間網(wǎng)格自動(dòng)化分配方法實(shí)現(xiàn)對(duì)5G通信環(huán)境下虛擬電廠分布式能源的輸出均衡配置，提取虛擬電廠分布式能源信息的統(tǒng)計(jì)特征量，得到能源分布集滿足條件概率密度函數(shù)p(ek|vk)，虛擬電廠分布式能源傳輸?shù)慕y(tǒng)計(jì)信息分布集為

he|v,k=P(K=T|R=1)

(10)

引入新能源發(fā)電系統(tǒng)之間的能量管理函數(shù)，實(shí)現(xiàn)虛擬電廠分布式能源的信息聚類，虛擬電廠能源分配的模糊關(guān)聯(lián)信息熵可以表示為

p(θk|Xk,Yk)=he|v,k+ω0

(11)

式中，ω0表示功率變換及能量管理的節(jié)點(diǎn)，通過尺度聚類，得到虛擬電廠分布式能源調(diào)度的對(duì)象集為

ωk=p(θk|Xk,Yk)+p(ωk)

(12)

基于時(shí)間間隔均衡的方法，得到能源調(diào)度的置換函數(shù)：

(13)

式中，?R表示空間分布式直流傳輸控制設(shè)計(jì)，?x表示虛擬電廠分布式調(diào)度的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的概率分布不確定集，隨機(jī)概率密度自適應(yīng)控制模型為

(14)

3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

為了驗(yàn)證本文方法在實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)5G通信環(huán)境下虛擬電廠分布式能源調(diào)度和控制的優(yōu)越性能，進(jìn)行仿真測(cè)試分析，得到虛擬電廠網(wǎng)絡(luò)中能源分布信息采傳輸?shù)膸挘鶕?jù)虛擬電廠能源輸出的時(shí)延參數(shù)，得到儲(chǔ)能集成功率，根據(jù)上述仿真參量設(shè)定，得到虛擬電廠能源傳輸?shù)哪K切換波形如圖2所示。

圖2 5G通信環(huán)境下虛擬電廠能源傳輸?shù)哪K切換波形

根據(jù)圖2對(duì)5G通信環(huán)境下虛擬電廠能源傳輸?shù)哪K切換，進(jìn)行能源傳輸控制，得到能源調(diào)度的輸出如圖3所示。

圖3 能源調(diào)度輸出

分析圖3得知，采用本文方法進(jìn)行5G通信環(huán)境下虛擬電廠能源傳輸和調(diào)度的均衡性較好，負(fù)載均衡控制能力較強(qiáng)。測(cè)試不同方法進(jìn)行虛擬電廠能源調(diào)度的穩(wěn)定性，得到對(duì)比結(jié)果見表1。

表1 輸出性能測(cè)試

分析表1得知，采用本文方法進(jìn)行虛擬電廠能源調(diào)度的穩(wěn)定性較高。自適應(yīng)性好。明顯比另外兩種方法更具安全傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。

4 總結(jié)

構(gòu)建5G通信環(huán)境下虛擬電廠分布式能源調(diào)度模型，采用信道均衡方法，提高虛擬電廠分布式能源調(diào)度輸出能力，本文提出基于負(fù)載均衡開銷控制的虛擬電廠分布式能源調(diào)度方法。通過物理空間資源均衡配置方法進(jìn)行分布式能源的均衡配置，建立分布式能源調(diào)度的空間信息聚類分析模型，采用負(fù)載功率的統(tǒng)一協(xié)同控制方法，引入新能源發(fā)電系統(tǒng)之間的能量管理函數(shù)，實(shí)現(xiàn)布式能源的信息聚類，實(shí)現(xiàn)5G通信環(huán)境下虛擬電廠分布式能源調(diào)度。研究得知，本文方法能源傳輸調(diào)度的均衡性較好，自適應(yīng)性好，穩(wěn)定性較高。