面向电力能源互联网的电力线载波通信核心网络理论研究

Power Energy Internet is an inexorable trend of modern power grid development. It is an ideal aim of transmitting information in the same network transferring electric power energy. This project is set in application of Power Energy Internet, selecting energy router as the research object. And this project will focus on series of researches on essential network theories of Power Line Communication(PLC) oriented Power Energy Internet, which will include the following items: researching PLC network node model and its universal state machine of PLC network; studying the strategy of establishing Local Area Network of PLC (LAN-PLC) and the communication theory between LAN-PLCs, which are based on the constraints of node-covering area and node-number; researching the associative mechanism of multiple access; studying the methods of routes redundancy and self-healing with asymmetric channels; researching the hybrid mechanism of broadband power line communication(BPLC) and narrowband power line communication(NPLC) based on cognitive distance; and studying the fundamental platform frame of typical Cyber Physical System(CPS) of energy router based on PLC. This project will build the simulation platform and the physical verification platform of communication network for energy router based on OMNet software to verify the correctness of the relevant theories and technologies of PLC networking. The results of above-mentioned research will provide intact fundamental theory for building the communication systems of CPS of Energy Internet and energy router. Meanwhile, the results can also be an important guidance in theory and engineering field such as all-electric ship, all-electric aircraft and all-electric vehicle and so on.

电力能源互联网是现代电网发展的必然趋势。信息与电能的同网传输，是本领域追求的理想目标之一。本项目拟以电力能源互联网为背景，以电力能源路由器为研究对象，对面向能源互联网电力线载波通信(PLC)的核心网络理论体系展开研究，包括：研究电力线载波通信网络节点模型与通用状态机模型，研究基于区域与规模约束的PLC局域网构建机理及网间通信原理，研究多种信道访问联合机制，研究基于非对称信道的路由冗余与自愈方法，研究基于距离认知的宽带PLC与窄带PLC混合通信机理，以及研究基于PLC的能源路由器信息物理系统(CPS)平台框架等；在此基础上，建立基于OMNet软件的仿真平台及实物验证平台，验证PLC相关网络理论与关键技术的正确性。相关研究结果，为建立能源互联网及能源路由器CPS通信体系，提供较为完整的理论支撑。对于全电舰船、全电飞机、全电汽车等其他领域CPS通信体系建设，具有同等重要的理论意义和工程价值。

就能源互联网和能源路由器这类具有贯穿系统和设备整体、存在专用能量传输网络的典型应用领域，电力线载波通信具有先天独厚、独一无二的优势。即使与无线通信相比，PLC不存在无线通信中的障碍物干涉、空间无意/恶意干扰、空间布局影响以及空间介质共享、开放带来的通信安全等问题。因此本项目以能源互联网为研究背景，以电力能源路由器为研究对象，展开面向能源互联网的电力线载波通信（PLC）核心网络理论体系研究，尝试建立PLC核心网络理论框架，完善和补充现有相关理论和算法，从理论层面上提高PLC网络的可靠性和可用性。在深入分析能源互联网和能源路由器自身特点及其对通信的特殊需求（高可靠性、强实时性、高自愈性和即插即用）基础上，首先构建面向能源路由器/能源互联网的PLC网络研究平台，包括以电能变换器为核心的模块化家庭能源路由器硬件实验平台和基于OMNet仿真软件平台，然后展开对PLC核心网络理论和关键技术的研究并进行仿真和实验验证，主要研究内容有：PLC组网与优化、网络划分与子网融合，以及非对称信道下的路由冗余与自愈方法；2、信道状态信息感知、基于TDMA和CSMA/CA的混合信道访问机制，以及宽带和窄带PLC混合通信机理；3、工况环境的智能感知及即插即用实现机理。相关研究成果能够为PLC技术应用于能源互联网，真正实现电力能源与信息的一体化传输，提供了较为完整的理论支撑。对于全电舰船、全电飞机、全电汽车等其他领域CPS通信体系建设，也具有同等重要的理论意义和工程价值。此外，本项目按原定计划有效地开展，并取得了预期的研究成果，已全面完成预先制定的考核指标。此外，结合该项目的研究，目前在国内外核心期刊及会议上发表相关学术论文24篇，其中，SCI 4篇，EI 20篇（不含SCI收录的），获得国家发明专利 12 项。

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