摘要：现阶段，随着社会的发展，现代化建设的发展也突飞猛进。智能电网是使用通信和控制技术的电力网络。由于电力企业很难实现对分布式电力资源（例如，太阳能发电设备和风力发电设备）的全面管理，因此，有必要使用智能电网技术实现自主的分布式电力网络。而自组织光网络就是其中一个重要解决方案，将自组织网络应用于智能电网逐渐成为研究热点，其社会意义和商业价值重大。电网应用和光网络的交叉领域得到了不少研究人员的关注。根据无线自组织网络在智能用电居民小区应用的情况，对其进行网络拓扑分析以及网络方案的设计，并在此基础上对路由协议进行分析、简化和定义，方法侧重于网络层的设计与应用。为构建大容量电力通信光传输网，将路由与波长分配算法作为提高网络灵活性以及优化资源配置的重要手段，结合电力通信业务的特性及需求，实现不同类型业务的差异化服务。提出的智能电网模型通过光学自组织节点的光学特性控制DC电流，利用自组织网络实现电力传输。
关键词：自组织网络；智能电网；配电方案设计
引言
为了在不需要电网集中控制的前提下，实现自主式点对点电力传输，提出一种基于自组织网络的智能电网配电技术。利用网络信号强度的光学非线性，设计一个光电混合双稳态电路，同时，在每个网络节点处使用一个简单的局部自适应传输权重，以支持网络的自组织功能。实验结果表明，所提出的智能电网模型可以在电力分配系统中进行用电均衡调整。另外，自组织网络节点与太阳能光伏设备和电能存储设备等个体供电设施相关联，实现了电力潮流的自主式控制。
1本文自组织网络
1.1自组织网络概述
自组织指的是自主地生成结构。本文中“自组织”指的是“根据不同情况和环境实现自主适应”。自组织网络指的是带自组织功能的网络，特别包含以下4种功能：1）自路由：能够形成一个信号传播路径，该路径能够自适应地对系统变化作出反应。2）自优化：即能够自主地提升网络性能的功能。对网络进行调节以最大限度使用互联网技术资源，并分散负载。3）自恢复：即在网络发生故障时能够自动恢复的功能。4）自保护：即检测并防止外部入侵的功能。在实现智能电网对不断波动的自然能源发电量的优化控制时，有必要使用带自组织特征的网络。本文在构建网络时对节点应用了自适应算法，并将这些节点连接在一起。通过对局部信号通路的自适应，得到信号在整个网络上传输路径的组织。自适应算法在网络的每个节点上对传输权重进行调整，该权重仅取决于通过该节点的信号强度（信号量）。以自适应算法为基础，在传输信号之间通过传输权重形成相互作用，以使得采用自适应算法的网络具备对自主信号路径（决定信号如何传输）进行控制的特征。利用信号上的光学特征，该光信号可以相对容易地控制光信号的传输方向。因此，个体节点的自适应算法能够自主地执行处理，并在宏观上构建出一个自组织网络。本文自组织网络框架如图1所示。对于某个家庭用户来说，本文设计了一个PTU设备，每个家庭均有一个PTU以进行电力分配，且每个PTU对应一个节点装置。该节点装置的核心是光⁃电混合型的双稳态光学器件，多个节点组成一个区域网络，通过光电转换与反馈及时感知电力网络的配电情况，以做出相应操作。
1.2节点与光电混合双稳态电路
本文在节点上应用自适应算法，当节点端口接收到更强的信号时，该节点的端口会输出强度更高的信号。在此类节点所组成的网络中，当两个信号源所输出的信号对彼此的强度进行增强时，会在这两个信号源之间形成一个路径。此类节点的基本模型如图2所示。在构建网络时，本文使用了包含三个输入⁃输出端口的自适应节点，将节点的端口分别定义为port#0，port#1以及port#2。在每个端口中，r0，r1和r2表示接收信号强度；s0，s1和s2则表示输出信号强度。其中符号的下标为端口号。在提出的模型中，通过自适应算法对每个端口的输入信号进行加权，并将加权后的信号从每个端口输出。下面将对节点的自适应算法进行详细介绍。
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2功率门限单元
电力传输系统至关重要，因此，本文设计了一个PTU设备进行电力分配。PTU上配备了配电设备和电力存储设备。通过接收电力存储信息，将电量过剩家庭中的多余电力传输到电量不足的家庭中。由此，可以实现不同家庭之间的自主式电力传输。下面描述PTU的运行，本文使用的供电设备是最大输出为1.5V⁃250mA的太阳能板、额定6V⁃4A⋅h的蓄电池、多个PTU和电源。从供电方将电力传输到家庭用电端，由PTU决定电力过剩或电力不足的情况。在电力过剩的情况下，系统在接收到另一个节点功率不足信号的PTU的方向上进行输电操作。在判定用电端的电力供应情况时，按以下供电顺序：太阳能板→蓄电池→其他PTU→电源。这一供电顺序能够尽可能高效地利用自然能源，从而实现CO2排放最小化的设计理念。
3光电信号和电力传输实验
3.1自组织网络的信号传输实验
本文使用带自适应算法的自组织网络，该网络满足自优化功能的要求，下面给出自组织网络功能与实验结果。
3.1.1自路由功能
设形成路径末端节点的port#0的输入电压为9V。PTU负载上的电压指示功率状态，其中该电压超过1V时表示功率过剩。当该电压未超出时，则表示功率为不足状态。设位于（a）的PTU处于功率过剩状态，处于（l）的PTU为功率不足状态，并在（a）和（l）的port#0的输入上应用9V电压。在节点（a）⁃（d）⁃（f）⁃（g）⁃（i）⁃（l）之间进行信号传输和接收，由此形成路由。通过PTU之间的功率传输，解决节点（l）的功率不足问题。通过建立路由（a）⁃（d）⁃（f）⁃（g）⁃（i）⁃（l），证明所提方法具备自路由功能。其中，加底纹节点表示功率过剩状态。
3.1.2自保护功能
下面将解释自保护功能。为执行自保护的验证，网络保持已经建立起的路由（a）⁃（d）⁃（f）⁃（g）⁃（i）⁃（l）。设节点（k）处的PTU为功率不足状态，并在（k）的port#0的输入上应用9V电压。其后，由于自保护功能，在（a）和（k）之间并未形成路径，网络保持了之前的路由（a）⁃（d）⁃（f）⁃（g）⁃（i）⁃（l）。由此，自保护功能得到了证明。
3.1.3自恢复功能
为进行自恢复功能的验证，保持之前的路由（a）⁃（d）⁃（f）⁃（g）⁃（i）⁃（l）不变。同时，本文封锁了节点（f）⁃（g）之间的信号。随后，建立起了路由（a）⁃（c）⁃（e）⁃（g）⁃（i）⁃（l）。即使路径之间的信号被封锁了，本文证明通过自恢复功能，所提方法依然建立起了另一个路由。
结语
本文构建了一个自组织网络，该网络通过光信号自主地执行信号传输。提出的网络实现了自路由、自恢复和自保护功能，且该网络能够灵活地应对各种突发情况，例如意外断电和安全性问题等。通过PTU，该网络还能够根据功率传输来实现电力使用的最优控制。另外，通过将节点和PTU彼此连接在一起，本文构建了一个智能电网模型，并实现了自组织网络。由此，在节点之间实现从功率过剩端向功率不足端的自主式电力输送，实验结果验证了所提智能电网的优点。未来，可能将光纤链路应用在智能电网系统中，由于所提方法的节点为电⁃光混合型，因此，便于应用在光纤链路以进行输电线路控制。
参考文献:
[1]王伟，杨伟光，高立忠，等.基于智能电网调度支持的居民用电侧自动需求响应系统[J].现代电子技术，2017，40（10）：172⁃174.
论文作者:王韬,徐玲超
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/19
标签：节点论文; 组织网络论文; 信号论文; 网络论文; 电力论文; 电网论文; 功率论文; 《电力设备》2019年第8期论文;