一种适用于点对点电能传输模式的电网布线方法

本发明涉及用户之间的电能传输，电能路由，电网布线，分布式可再生能源的利用等领域，具体的说是一种适用于点对点电能传输模式的电网布线方法。

背景技术：

随着分布式可再生能源发电装置(例如：光伏发电板，小型风力发电机，燃料电池等)的普及，传统的耗电型用户逐渐转变为“产消”(既生产又消耗)型用户。安装了分布式可再生能源发电装置的产消型用户，既能在其自身的发电量无法满足其用电需求时进行购电，也能在其发电量超过其用电需求时将剩余的电能出售给其他需要购电的传统耗电型用户或产消型用户，即具备了电能的供应和需求的双重身份(见图1)。在电力市场，面向用户侧改革的背景下，“自发自用，户户交易”的用户之间点对点的电能传输和交易的模式，正逐渐引起关注。这种模式充分调动了用户安装分布式可再生能源发电装置的积极性，提高了分布式可再生能源的使用效率和覆盖率。

传统的电网布线是放射形(radial)的网络结构(见图2)，是为了适应自上而下集中输电给用户的模式而设计的。在点对点的电能传输模式下，传统的放射形网络结构主要有如下弊端：(1)用户间点对点传输的平均路径较长，比如图2中a→b的传输路径，由此也会增加电能传输中损耗；(2)网络的关键路径上出现的故障，会影响多个用户甚至整个区域的用户，比如图2中的ef线；(3)网络的关键路径上负荷较大，比如图2中的ef线。

技术实现要素：

针对上述背景中存在的问题，本发明“一种适用于点对点电能传输模式的电网布线方法”，提出了一种以随机网络(randomgraph)为基础，适用于点对点电能传输模式的电网布线方法。本发明的有益效果是，可以减少点对点电能传输的平均路径长度，从而减小电能传输的损耗，同时可以提高电网的可靠性，减小电网的负荷。

为实现上述目的，本发明“一种适用于点对点电能传输模式的电网布线方法”，提供如下技术方案：在建设电网时，将用户以随机网络的拓扑结构相连接，每个用户即为随机网络中的一个节点(node)，连接用户的电缆即为随机网络中的边(edge或arc)。每个用户可以和1到d个用户相连接，即网络中节点的度为1至d(见图3)。两个用户可以用1根电缆相连(无向网，不同时刻可以双向传输电能，但同一时刻只能单向传输电能)，也可以用2根电缆相连(双向网，任意时刻都可以双向传输电能)。理论上，网络中节点的度的值越高，即网络中的边越多，电能的传输效率越高。但网络中的边越多意味着连接用户的电缆就越多，建设成本也就越高。虑到建设成本和电能传输效率的平衡，根据图4的实验结果，建议网络中节点的度的最大值不宜超过8。此外，在网络建设过程中，优先将连接距离最近的两个用户用电缆进行连接，即连接所用的电缆最短的两个用户。设网络中的节点数为n，网络中节点的度的最大值为d，所述方法步骤如下：

对于网络中的每个节点ni，执行以下操作：

(1)找出与节点ni连接距离最近的d个节点，并将这些节点按照连接距离由小到大进行排序，组成集合|l|。

(2)随机生成一个整数m，且m≤d。

(3)对|l|中的前m个节点，分别检查每个节点nj是否已经与节点ni相连接？如果它们尚未连接，则连接它们；如果它们已经连接，则跳过节点nj继续检查|l|中的下一个节点,直到|l|中的所有节点都检查过。

(4)当网络中所有的节点都执行完以上操作后，终止本过程。

本发明的技术效果和优点：可以减少点对点电能传输的平均路径长度，从而减小电能传输的损耗，同时可以提高电网的可靠性，减小电网的负荷。

附图说明

图1为面向用户侧改革的背景下，“自发自用，户户交易”的用户之间点对点的电能传输和交易的模式。

图2为基于传统的放射形(radial)拓扑结构，适用于自上而下集中输电模式的电网网络结构。

图3为基于随机网络(randomgraph)拓扑结构，适用于点对点电能传输模式的电网网络结构示例。

图4为随机网络中节点的度对电网中电能传输性能的影响的曲线图。

图5为基于电能路由器的电网布线示例。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种技术方案：一种适用于点对点电能传输模式的电网布线方法，包括在建设点对点电能传输的电网时以特定的网络拓扑结构进行电缆布线，从而提高了点对点电能传输的效率，降低电能传输的损耗和网络传输的负荷。

本方案中每一个用户都安装一个能够判断、分配、转发电能的设备，比如电能路由器，下面以电能路由器为例进行说明。电能路由器首先与用户a的电能管理系统(ems)相耦合，或者直接作为用户a的电能管理系统的一部分。此外，电能路由器有多个端口，每一个端口都和用户a以外的另一个用户相连接，由此构成电能传输的网络(如图5)。在网络中，电能通过电能路由器在用户之间传输。当用户a的电能路由器接收到从其他用户传输过来的电能时，通过同步传输过来的信息判断哪部分电能是用户a购买的，哪部分电能是要传输给其他用户的。之后，电能路由器将用户a购买的那部分电能转交给用户a的电能管理系统，由电能管理系统将这部分电能分配给用户a的电器使用。同时，电能路由器将应该传输给其他用户的电能向其目的地进行转发。如果用户a的电能路由器与某个购买电能的用户b的电能路由器直接相连，则用户a的电能路由器将用户b购买的那部分电能直接转发给用户b的电能路由器。否则，用户a的电能路由器根据网络的拓扑结构，将用户b购买的那部分电能转发给传输路径a→b上的下一个节点，即某用户c，的电能路由器。以此重复，直到电能被转发到用户b的电能路由器为止。

技术特征：

1.一种适用于点对点电能传输模式的电网布线方法，其特征在于，方法如下：在建设电网时，将用户以随机网络的拓扑结构相连接，每个用户即为随机网络中的一个节点，连接用户的电缆即为随机网络中的边；每个用户可以和1到d个用户相连接，即网络中节点的度为1至d；在网络建设过程中，优先将连接距离最近的两个用户用电缆进行连接，即连接所用的电缆最短的两个用户；

设网络中的节点数为n，网络中节点的度的最大值为d，所述方法步骤如下：对于网络中的每个节点ni，执行以下操作：

(1)找出与节点ni连接距离最近的d个节点，并将这些节点按照连接距离由小到大进行排序，组成集合|l|；

(2)随机生成一个整数m，且m≤d；

(3)对|l|中的前m个节点，分别检查每个节点nj是否已经与节点ni相连接？如果它们尚未连接，则连接它们；如果它们已经连接，则跳过节点nj继续检查|l|中的下一个节点,直到|l|中的所有节点都检查过；

(4)当网络中所有的节点都执行完以上操作后，终止本过程。

2.根据权利要求1所述的一种适用于点对点电能传输模式的电网布线方法，其特征在于：两个用户可以用1根电缆相连，即无向网，不同时刻可以双向传输电能，但同一时刻只能单向传输电能。

3.根据权利要求1所述的一种适用于点对点电能传输模式的电网布线方法，其特征在于：两个用户可以用2根电缆相连，即双向网，任意时刻都可以双向传输电能。

4.根据权利要求1所述的一种适用于点对点电能传输模式的电网布线方法，其特征在于：所述网络中节点的度的最大值不超过8。

5.根据权利要求1所述的一种适用于点对点电能传输模式的电网布线方法，其特征在于：每一个用户都安装一个能够判断、分配、转发电能的设备，包括但不限于电能路由器。

6.根据权利要求5所述的一种适用于点对点电能传输模式的电网布线方法，其特征在于：所述电能路由器首先与用户的电能管理系统相耦合，或者直接作为用户的电能管理系统的一部分。

技术总结
本发明公开了一种适用于点对点电能传输模式的电网布线方法，在建设电网时，将用户以随机网络的拓扑结构相连接，每个用户即为随机网络中的一个节点，连接用户的电缆即为随机网络中的边；每个用户可以和1到d个用户相连接，即网络中节点的度为1至d；在网络建设过程中，优先将连接距离最近的两个用户用电缆进行连接，即连接所用的电缆最短的两个用户。本发明针对这种在一定范围内点对点传输电能的模式，设计了一种新的电网布线方法。在不过多增加成本的前提下，让电网的布线更适合以类似于互联网中数据路由的方式进行点对点的电能传输，同时也提高了电网的可靠性，减少了电能传输过程中的损耗，减小了用电高峰时期电网关键路径上的负荷。

技术研发人员：沙昂;臧晓琳
受保护的技术使用者：青岛理工大学
技术研发日：2021.04.28
技术公布日：2021.07.30