摘要
为了解决日益增长的供需匹配问题，中国将加快电网的建设，并实现可靠、安全、高效、环境友好的现代化智能电网。以信息与通信技术作为支撑能够实现更加智能和绿色的双向电力流、信息流。然而，传统的电力通信网络无法满足未来大规模智能电网中定制化供需响应匹配。随着5G网络在智能电网中的应用，大规模智能终端的供需响应匹配问题逐渐得到解决。然而，由于无线信道的广播特性，需求响应（Demand Response,DR）的安全传输成为了亟待解决的问题。因此，针对智能电网种定制化DR安全传输与成本优化问题，本文在以下几个方面开展了研究： 首先，针对智能电网中具有延时差异性的DR传输问题，通过5G分布式网络研究了紧急DR和非紧急DR的性能。通过信号传输模型建立了无线通信性能分析框架，并推导出了完美和非完美信道状态信息下的通信成功概率闭式解。同时，通过队列理论建立了边缘和中心任务处理模型，并推导出了边缘计算和中心计算的计算成功概率数学表达式。仿真结果表明：保证分布式无线接入点的基础配置能够有效地提升紧急DR处理有效性和稳定性。此外，分布式网络中心配置足够多的天线能保证非紧急DR的完备性。 其次，针对智能电网中大规模DR信息的自适应安全传输问题，通过电力线通信（Power Line Communication,PLC）和广义空间调制协作研究了大规模DR信息的自适应安全传输性能。首先，提出了基于有效间隔量化的天线选择方案，以实现自适应传输。通过PLC辅助传输和智能干扰器提高信号传输的安全性。此外，基于协作通信网络，推导了保密容量、能效和平均误码率闭式表达式。仿真结果表明：PLC与广义空间调制的协作可以实现更好的安全能力和能效管理。同时，可以实现安全传输等级和能源管理之间的自适应平衡。 最后，针对智能电网中成本优化问题，通过大规模多输入多输出（Multi-Input Multi-Output,MIMO）网络驱动研究了成本优先的估计成本误差性能。基于大规模MIMO通信系统，建立了无线传输模型，并推导了通信成功概率闭式解。同时，建立了能源请求DR和能源分配DR的计算有效性模型。最后，基于通信稳定性和计算有效性建立了估计成本误差分析模型。仿真结果表明：在大规模MIMO驱动能有效降低能源调度的估计成本误差成本。此外基于成本优先的调度方案可以最大限度地降低无效能源成本损失。
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