工业级严格实时无线传感网在云南智能电网的关键技术研究

Due to the special requirement for the communication systems on Smart grid, the existing wireless networks do not fit for the applications in the smart grid. In this project, we plan to adopt the WirelessHART based industrial wireless sensor networks, which is considered as the most promising technology for the rigorous delay applications in industrial side. Considering the district features for the smart grid in Yunnan province, our research will focus on the key technologies of the industrial rigorous real-time wireless sensor networks for the smart grid in Yunnan. We first study on the low complexity scheduling algorithm for the heterogenous traffics in complex network topology environment by using superperiod and slot based method.Then we study on the wireless link scheduling under smart grid considering the asymmetric link problem, which is neglected by many research works. Combining with these above two research works, we expect to get predictive networks parameters during the deployment, which should satisfy the minimum rewards from the users. Moreover, we will propose a new model for evaluating the reliability performance for the smart grid, which is the first time to consider about the reliability of the primary systems, reliability of nodes of control and protection system, the success of communication and the deadline constraints.

由于智能电网对通信网络的可靠性具有特殊要求，目前现有的无线通信网络并不适用于智能电网。在本项目中我们将结合云南地区建设智能电网的区域特点，采用目前最新适用于工业领域的保障严格实时的WirelessHART无线传感器网络技术，对面向云南智能电网的工业级严格实时无线传感网络关键技术进行研究。我们首先通过对电网内异构业务采用分粒度的基于业务的低复杂度的优化调度算法，并扩展到复杂拓扑网络结构应用中；然后考虑无线链路存在的非对称问题对智能电网实时性能影响，提出针对智能电网的无线链路优化调度算法。基于这两方面的研究，我们拟对基于先验优化的组网可行性进行研究，并期望得到在电网用户最小需求保障下进行无线传感器网络部署的理论参考参数取值。此外，我们拟提出一种新的结合智能电网中一次系统可靠性、控制保护系统节点的可靠性、通信的可达性以及通信时延约束综合的可靠性模型研究，实现对智能电网的可靠性性能进行评估。

本项目与云南省电力设计院进行合作，通过大量关于云南地区智能电网相关数据的分析，针对调研中发现的三个主要实际问题，即怒江小水电低频振荡对电网的影响、分布式发电与虚拟发电厂新能源消纳优化技术、高原架空输电线覆冰预测，结合原有研究目标，对智能电网在云南地区实际应用问题进行扩展研究。. 首先，我们改进了原有的“三层两网”的智能变电站组网结构，提出了基于二层交换的智能变电站组网结构，并搭建了项目中涉及的智能变电站通信架构仿真平台。. 其次，我们基于云南省怒江电网2016-2017年实际数据，模拟利用无线传感网络对怒江小水电低频信息进行多样采集，对单机无穷大系统中二阶模型的发电机运动方程和单机无穷大系统励磁影响进行研究，通过对潮流较重且距离长的输电线路上施加单相瞬时故障和抑制措施(切机、加装PSS装置等)，实现对系统低频振荡的抑制。结合怒江电网实际数据，以最大程度减少弃水和上、下网侧均受益的电价标准为目标，构建了峰谷分时电价模型，仿真证明该模型使发电侧与用户侧通过电量与电价联动起来，获得更大的经济效益。. 第三，我们利用分布式通信网络获取各类型能源相关参数，对虚拟发电厂消纳新能源及其主动参与电力市场的行为进行研究。通过可中断负荷和储能的协调控制建立了虚拟发电厂基于新能源消纳的经济利益最大化的优化调度模型。提出了虚拟发电厂基于分时电价的运行策略，构建以配电网分时电价的虚拟发电厂的竞标收益和平衡市场受到的奖惩之和最大为目标的优化调度模型，并采用粒子群算法对模型对最优值进行求解。. 第四，我们基于无线传感网络，采用支持向量机对导线覆冰厚度进行预测，采用RBF函数和Poly函数加权求和的方式来构造组合核函数，并利用遗传算法优化组合核函数支持向量机的参数，使其预测模型误差得以减小，模型的泛化能力得以提高。. 此外，我们通过搭建的电力系统仿真平台对怒江电网110kV及220kV电压等级网络进行了建模和分析，研究了网内发电机的运行模式及特性参数，并开发了怒江电网倒闸操作模拟平台。该平台目前已投入使用。