面向智能电网的邻域网信息传输优化控制技术研究

The neighborhood area networks is the key part of information transmission networks in smart grid due to its connection between distribution stations and grid users. In view of the contradiction between strict quality of service (QoS) requirements and weak QoS supports from existing transmission technology, the project investigates novel information transmission optimization control technology to guarantee the QoS requirements. It consists of three parts: firstly, describe the impact of QoS parameters such as data transmission time delay and data packet loss rate on electricity usage income and distribution cost, and establish the multi-parameter optimization analytical model based on electrical load management demand; According the achieved parameters, design transmission optimization control mechanism towards the QoS requirements of multi-priority information. Through constructing the routing game model to solve the optimal scheduling strategy of smart meters, thus guarantee the QoS performance of information transmission efficiently. Finally, build high-performance parallel computing platform based on graphic processing unit to break the computing and hardware bottlenecks, and verify the validity of the proposed theories and methods. The study achievements will not only enrich and complete the new information transmission theory and technology of the neighborhood area networks, but also provide reliable technique support for the practical application of power distribution area, which is of great meanings in domestic economic development and construction.

以智能电表为中心的邻域网衔接配电站与电网用户，是保障智能电网信息传输网络互联互通的关键环节。本项目面向未来智能电网，针对邻域网严格的业务服务质量(QoS)需求与现有信息传输技术对QoS的差异性支持之间的矛盾，研究保障业务信息QoS需求的传输优化控制方法。首先刻画业务信息的传输时延、数据丢包率QoS参数对用电收益与配电代价的作用机理，建立基于配用电侧负荷管理需求的多参数优化解析模型；根据解析参数设计面向多优先级业务信息QoS需求的传输优化控制机制，通过构造路由博弈模型求解智能电表的最优调度策略，有力保障信息传输的QoS性能。同时设计基于图形处理器的高性能并行计算平台，从根本上突破传统实验平台的实时运算瓶颈和硬件壁垒，实现模型和传输控制方案的性能测试与验证。本项目的研究成果可以丰富邻域网信息传输的新理论和新技术，为配用电侧的实际应用提供可靠的技术支撑，对国民经济建设发展具有重要意义。

智能电网已经成为全球电力工业应对未来能源挑战的共同选择，实时可靠的信息接入网络是实现电力流、信息流和业务流高度融合的基础。邻域网是信息接入网络中的关键环节，为智能电网需求响应管理系统的信息交互提供高效可靠的通信链路。本项目研究了认知无线电、LTE系统以及无线传感器网络等信息接入技术在邻域网的应用，对邻域网的网络特性进行分析，提出了具有针对性的信息传输优化方案。针对通信环境的动态、多样化特性，考虑频谱紧缺等情况，对信道环境进行分析并设计有效的信道频谱分配算法，实现了邻域网的环境认知；分析实时电价和负荷信息的时延、丢包率对供电侧和用户侧需求性能的影响，构造反映数据传输时延和数据包丢失的代价函数，通过对优化目标求解获得业务信息的QoS参数，为信息接入算法提供了参考约束条件；面向智能电网的特殊需求，在研究启发式算法的基础上，考虑时延和丢包率对用户QoS需求的影响，提出了基于启发式优化方法的邻域网路由选择算法，保证了邻域网用户信息接入的实时可靠性需求。同时，本项目建立高速信息处理平台，采用GPU+CPU模式进行并行处理，实现算法的性能评估与验证，保障电网实现快速信息接入和传输。本项目的研究成果可以丰富邻域网信息传输的新理论和新技术，为配用电侧的实际应用提供可靠的技术支撑，对国民经济建设发展具有重要意义。