智能家用负荷与电网实时互动的信息物理融合优化模型及控制研究

The theory and technology of the cyber physical system are the base of the internet plus application techniques in the industrial 4.0 age, in which the fusion model and the control technology play the key role. Correspondingly, to realize the interaction between the intelligent terminals with power grid is important for the conversion from traditionally unidirectional to distributed, bidirectional, interactive, open and dynamic network in the grid cyber physical system, which is considered to be developing tendency of power system in the future.. In this research, by taking scattered residential loads as the research object, the cyber physical fusion models for the rapid demand response to grid will be constructed and the Robust cyber fusion preview control method will be designed to overcome the potential challenges such as random delay, data packet dropout, random noise, and external disturbance from multi-source fusions. Meanwhile, by the study on the coordination between multi loads and grid demands, the target-delivery cyber physical fusion model will be built, in which, solving condition will be confirmed and control index will be optimized and decomposed. This project aims at improving efficiently utilization of electric power resources and realizing maximum benefit under meeting user demand.

信息物理系统的理论与技术是工业4.0时代互联网+应用的技术基础，其中融合模型和控制技术是其关键技术之一。电网信息物理系统被认为是未来电力系统发展方向，而实现用户侧智能终端与电网的需求互动，是能源网络由传统的集中式单向流动向分布式的、双向的、互动的开放式动态网络转变的关键。. 本项目拟以分散的家用负荷为研究对象，构建负荷快速响应的信息物理融合模型和设计鲁棒优化的多源信息融合预见控制方法，解决在高渗透新能源电网不同运行状态下的需求信息交互、负荷与电网交互过程中的多源信息融合和网络控制过程中不确定因素影响（如随机时延、数据丢包、随机噪声、外部扰动等）问题；同时还将研究多用户与电网需求的协调问题，建立目标传递的信息物理融合协调优化模型，确定解算条件，优化分解控制指标。通过本项目的研究，实现电力资源的优化利用和满足用户用电满意度下的利益最大化目标。

本项目以分散式家用智能空调负荷为研究对象，围绕电网信息物理系统的融合模型和控制技术，在个体空调负荷参与需求响应的信息物理模型和控制、大规模分层分布的信息物理模型与控制、云-边协调的信息物理模型与控制等方面进行了深入具体的研究工作。取得了以下结果：.1）从用户个体出发，将用户人机交互信息、外部气象信息、电网当前实际负荷及负荷预测信息、电价信息以及来自网络的不确定CIDR等多种信息融合建模，并采用动态变滚动域策略改进MPC控制，实现了对用户个体与电网互动的信息物理模型与自适应优化控制。.2）构建社区内消费者和消费者之间的P2P能源交易模型与控制策略，实现了微网中用户与用户间互动协调。.3）构建了大规模异质多用户与电网的需求互动协调的分布式信息物理融合模型与控制策略以及云-边协调的合作式信息物理融合模型与自适应优化控制策略。.4）考虑到电网不同运行状态下的需求信息交互、负荷与电网交互过程中的多源信息融合合网络控制过程中中信息丢包/延时等不确定因素影响，以及大规模用户的巨大信息交互量和计算量，首次提出了云-边协调的信息物理融合模型与双反馈双闭环的控制策略。大大降低了运协调的计算量和信道中信息交互量。.项目研究成果可为进一步研究能源互联网打下基础，为大规模泛在电力物联网的协调控制和交易提供可行的研究思路和途径。