特约主编寄语:能源互联网中的分布式建模、优化与控制技术专题

能源系统的互联网化,特别是与云计算、大数据、物联网技术等互联网新兴技术的结合,建立开放、互联、面向用户的能源系统新生态,是近年来能源系统变革重要的标志之一。能源系统新生态的重要特征之一在于:以电力系统为中枢,建立连接各类相关资源的物联网,通过对海量信息的有效提取、通信和利用,最终实现“状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活”的目的。能源互联网规模巨大、单元众多、联系复杂,因此分布式的建模、优化与控制技术在其中发挥着不可或缺的作用。

针对这一热点问题,《电工技术学报》邀请我们共同组织了“能源互联网中的分布式建模、优化与控制技术”专辑,收到了来自学术界和工业界的数十篇饱含真知灼见的投稿。最终本次专辑共收录了9篇论文,内容主要从三个层面展开:

1. 能源互联网生态与框架

能源互联网的核心目标是构建全新生态。清华大学的郭庆来副教授、孙宏斌教授等论文《能源互联网数据交易:架构与关键技术》聚焦于能源和数据信息的高度融合、大数据技术对能源互联网发展的促进作用,通过构建完整的数据交易体系架构,梳理和探讨了数据交易中亟需解决的关键科学问题并给出技术路线,不断挖掘数据转化为实际经济价值的潜力,可为能源互联网中数据交易技术的形成和推广提供基本框架。

2. 关键物联网技术与通信技术

海量数据的采集和通信是能源互联网技术发展的重要挑战。针对这一问题,论文《用于电力资产在线感知的eRFID标签设计》针对各类电力资产分布分散、亟需在线感知的需求,利用物联网技术,设计了具备感知及数据交互能力的eRFID标签,最终实现电力资产全寿命周期智能管理,通过对其温度、湿度、振动等数据实现标识、感知一体化并建立微数据库,实现基于信息定义的网架拓扑识别,为电力物联网络的建设提供有效支撑;

论文《电力线通信信道下协作非正交多址接入系统的分布式机会中继选择》在考虑对数正态信道衰落和伯努利-高斯信道噪声的条件下,通过将非正交多址接入(NOMA)技术应用于下行多中继协作电力线通信(PLC)网络,设计了机会式中继选择方案,并通过分布式进行该方案而实现节约用于ICSI反馈信令的开销;

《电力物联网终端非法无线通信链路检测方法》针对电力物联网终端可能接入非法无线通信链路的问题,利用电力物联网终端和通信基站位置部署、物联网终端感知通信基站信号强度变化趋势的特点,提出基于基站信号强度历史曲线密度聚类的非法无线通信链路检测方法,并在有限计算资源和通信资源下有效甄别非法无线通信链路,实现对电力物联网终端安全防护水平的提升;

论文《基于高频汇集母线的电能路由器能量自循环系统及功率协同控制策略》提出一种基于高频汇集母线的多端口电能路由器新型拓扑,达到减少功率变换级联数、提高系统效率的效果,同时针对该拓扑提出能量自循环运行方案以及功率协同控制策略,最终实现在三相电网电压和有功负荷不平衡条件下对高压交流端口的控制以及对多个端口的协同控制。

3. 能源互联场景下的协同优化与运行控制

基于能源互联网的海量数据进行能源系统的分析与优化。论文《基于图计算的能源管理系统实时网络分析应用研发》针对传统能量管理系统(EMS)实时网络分析应用中产生的计算性能瓶颈问题,提出了结合图数据库和图计算的EMS实时网络分析应用的并行计算方法,大幅度提升EMS状态估计、在线潮流和静态安全分析等实时网络分析应用的计算速度。并在此基础上开发了一套融合节点并行和分层计算机制的电网实时网络分析软件平台;

论文《基于贪婪神经网络的集中式温差发电系统最大功率跟踪》为解决非均匀温差分布下集中式温差发电系统的最大功率跟踪(MPPT)问题,提出了一种基于贪婪搜索的神经网络(GSNN)算法,该方案通过建立双层前馈神经网络模型并采用 Levenberg-Marquardt 法训练神经网络,实现GSNN在非均匀温差分布下快速、稳定地输出最大功率,并基于dSpace的硬件在环(HIL)实验验证其硬件可行性;

论文《基于随机网络演算的分布式能源调控系统时延上界计算》针对由于分布式能源大量并网而引起的通信延时及网络控制问题,采用随机网络演算理论提出传输时延边界计算方法,在网络节点处采用延时保证服务和加权公平排队机制调度算法将随机服务曲线具体化,推导出分布式能源通信业务端到端传输延时边界,该研究精确分析不同通信体系架构的传输特性,为分布式能源网络化控制提供了通信层面理论支撑;

论文《光伏-储能-热电联产综合能源系统分解协调优化运行研究》探讨了在隐私保护前提下运用分解协调优化方法求解全局最优的可行性,通过“建立分解优化运行模型—Benders分解法求解—基于Benders分解法的系统间交互”的方案,在最大程度地保护电/热系统信息隐私的条件下,求解该模型的全局最优解。

泛在互联是能源互联网的重要特征,关于其分布式建模、优化与控制的研究方兴未艾,远未成熟,现有研究难免有局限之处,也势必存在大量的学术争鸣与思维碰撞。由于篇幅、主题以及稿件处理周期的限制,部分高水平投稿论文未能完全涵盖于本专辑中,希望能够得到所有为本专辑撰稿的作者和广大读者的理解。

衷心感谢众多专家学者的大力支持,将您的最新研究成果慷慨贡献于本专辑。感谢《电工技术学报》编辑部等为本专辑的选题、策划、组织和出版所做的大量而细致的工作。同时,还要感谢本专辑的各位特约评审专家,正是他们求实的科学态度和无私的奉献精神保证了本专辑的高质量出版。

特约主编简介

郭庆来,清华大学电机系长聘副教授,博士生导师。教育部奖励计划青年学者,国家优秀青年科学基金获得者。IEEE能源互联网、智能电网电压控制、信息物理系统三个工作组共同主席。IEEE TPWRS, IEEE TSG, RSER等六本国际知名期刊编委。中国自动化学会能源互联网专委会常务理事,中国电机工程学会能源互联网专委会委员。主要从事电网能量管理技术、电压稳定与电压控制、信息物理系统(CPS)、电动汽车等领域的研究。曾获国家科学技术进步一等奖1次(第2完成人),国家技术发明二等奖1次(第4完成人),省部级科技奖励10次。

郭烨,清华-伯克利深圳学院(TBSI)的特别研究员、博士生导师,国家青年特聘专家,IEEE Senior Member。他在2008和2013年分别于清华大学获得学士和博士学位,于2014-2018年在美国康奈尔大学担任博士后研究员,2018年至今任教于清华-伯克利深圳学院。他的研究包括分布式优化,电力市场理论,人工智能,能源互联网,电动汽车规划等。郭烨被评为中国教育部学术新人,北京市优秀博士毕业生,广东省珠江计划青年拔尖人才,深圳市海外高层次人才等,曾获IEEE PES General Meeting 2019 Best-of-the-Best Paper Award和Best Paper Award各一项,PSERC IAB Meeting Best Poster Award等国际奖项。担任IET Generation, Transmission, and Distribution, CSEE JPES, IEEE OAJPE等知名期刊的Associate Editor及多个Special Session的Guest Editor。郭烨主持主持国家自然科学基金面上项目一项,以及与多个省、地级电力公司合作的横向科技项目。

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