[发明专利]基于层间耦合特性的微电网信息物理系统统一建模方法

权利要求书

1.一种基于层间耦合特性的微电网信息物理系统统一建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据微电网中物理系统和信息系统的结构，搭建微电网CPS体系架构，基于该架构将微电网CPS抽象为3层的分层结构，从下到上依次为物理层、通信层和信息层；

S2：采用图论的方法将微电网CPS物理层和信息层中的设备和设备间连接关系抽象为节点与边，形成物理层简化网络拓扑 G_p、信息层简化网络拓扑G_v，其中G_p和G_v的形式化定义如下：

其中V_p和V_c分别表示物理层和信息层中的节点，E_p和E_c分别表示物理层和信息层中的连接边集合；

S3：基于微电网CPS各层级的简化网络拓扑图建立每个层级的模型；

S4：采用矩阵的方法，建立层级间的接口模型；

S5：基于物理层、通信层和信息层三层之间的耦合关系，即物理层将功率潮流信息、拓扑结构通过通信层上传给信息层，信息层将通信层上传上来的信息作为输入，经过优化决策后产生控制指令发送给物理层，物理层和信息层通过通信层紧密耦合，建立基于层间耦合特性的微电网CPS统一模型。

2.根据权利要求1所述的基于层间耦合特性的微电网信息物理系统统一建模方法，其特征在于：所述S3中各层级的建模方法如下：

S30：物理层模型用直流潮流模型来表征，定义矩阵T表示物理层的拓扑结构，矩阵P表示物理层中的节点功率矩阵，矩阵Z表示支路潮流矩阵，矩阵表示物理层中的潮流分布矩阵，则有：

其中，diag(P)表示节点功率矩阵P的对角元素；

S31：通信层的模型用物理层与通信层间的通信信道来表征，定义上行通信信道矩阵为C_up，表示安装在物理层中的节点和支路上的传感器与通信层是否存在上行通信信道，下行通信信道矩阵为C_down表示安装在物理层中的节点和支路上的执行器与通信层是否存在下行通信信道；

S32：信息层建模：作为微电网CPS的控制中心，主要负责整个微电网CPS的数据监测、优化决策和控制指令下发；定义信息层对物理层的节点注入功率监测矩阵为，表示节点的注入功率能够被监测和调控；定义信息层对物理层的所有支路断路器分合状态监测矩阵为，表示支路断路器的分合状态能够被监控；定义信息层的优化决策函数为G，采用粒子群优化算法，满足，功能为将上传上来的信息转换成相应的决策结果并下发给通信层，其中表示一个N_p行N_p列的矩阵R，N_p表示物理层中的节点个数。