基于Taguchi质量评估理论的智能电网负荷控制与信息传输协同优化

The load following performance on demand side is subject to both the frequency of the load control commands and the packets loss rate of the electricity information in smart grid, and there exist restrictive relations between the frequency and the packets loss rate. The objective of this project is to reduce the economic cost to the utility company by jointly optimizing the load control and the demand-side information transmission. First, the data model of the utility company’s cost, which includes both the load control frequency and packets loss rate, is built based on the Taguchi quality evaluation theory. Second, the cellular base station is selected to provide the relaying service for the demand-side information transmission. The pricing mechanism of the relaying service is designed, and the relaying strategy is developed. Third, the cooperative game between the utility company and the cellular operator is formulated, and the optimal load control frequency and the relaying strategy are calculated by the extremum seeking control algorithm, which utilizes the input and output of the data-based cost model. Finally, the semi-physical simulation platform is established. The platform can implement the dynamic simulation of the electricity service and the cellular service and perform the performance testing and parameters calculation of the load control and information transmission strategy. The outcome of this project can complete the architecture of load control in smart grid and provide the technical support to the practical application of the load control based on relaying transmission.

智能电网需求侧负荷跟踪的性能同时受限于负荷控制指令的频率与电力业务信息传输的丢包率，二者之间存在着相互制约的关系。本项目以降低电力公司的经济成本为目标，联合优化设计负荷控制策略与需求侧信息传输机制。首先，基于Taguchi质量评估理论，构造可同时反映控制指令频率和信息传输丢包率的电力公司成本的数据模型；其次，选取蜂窝网络基站作为需求侧信息传输的中继，设计中继服务定价机制和中继传输策略；进而，建立电力公司与蜂窝通信运营商的合作博弈模型，基于电力成本数据模型的输入和输出数据，采用极值搜索控制算法计算最优的负荷控制指令频率和中继传输策略；最后，搭建半实物仿真性能分析与测试平台，可实现电力业务信息流和蜂窝通信业务流的动态模拟、负荷控制与信息传输策略的性能测试与参数计算。本项目的研究可以进一步丰富和完善智能电网负荷控制技术体系，并为基于中继传输的负荷控制的实际应用提供技术支撑。

智能电网需求侧负荷调度的成本同时受限于负荷控制策略与电力业务信息传输质量，二者之间存在着相互制约的关系。本项目以降低电力公司的经济成本为目标，围绕智能电网聚合温控负荷的调度与信息传输的协同优化问题开展研究工作，研究内容包括四部分：一、建立基于Taguchi质量评估理论的负荷跟踪成本模型；二、电网需求侧中继传输系统与定价机制设计；三、负荷控制策略与中继传输资源的协同优化；四、半实物仿真平台建立与性能测试。围绕上述研究内容，取得了如下研究结果：..基于典型负荷控制方案的模拟仿真和数据统计分析，发现了不同数据包丢失率下负荷跟踪偏差均服从正态分布，跟踪偏差的均值和标准差与数据包丢失率之间满足线性关系。进而，基于Taguchi质量评估理论，建立了负荷跟踪成本的解析模型。..设计了不同网络拓扑结构下需求侧合作中继通信系统，基于非合作博弈、合作博弈及非线性规划理论，设计了电力服务供应商和移动通信服务提供商之间的定价机制。..采用Lagrange乘子法、极值搜索算法以及群体智能优化算法设计了负荷控制策略与中继传输资源的协同优化算法，分析并证明了算法收敛性。..基于物联网云平台搭建了电力需求侧半实物仿真平台，可实现电力业务信息流和蜂窝通信业务流的动态模拟、负荷控制与信息传输策略的性能测试与参数计算。..研究结果表明电力服务供应商和移动通信服务供应商都可以通过参与中继服务提高收益，降低运营成本。合作中继技术的引入可以有效降低电力系统的供需偏差，提高了电网的可靠性。..本项目共发表学术论文31篇，其中其中SCI收录16篇，EI收录11篇，中文核心期刊3篇，申请国家发明专利6项。培养博士研究生2人，硕士研究生11人。项目研究成果为大规模温控负荷可靠接入电网提供了技术保障。