摘要：数字孪生(DT)技术的发展给电力系统的智能化管理带来诸多便利,然而作为推动能源电力行业数字化、智能化的关键技术,相关研究与应用还处于初期起步阶段,亟需开展系统性研究,以突破适应能源电力行业特殊性的数字孪生关键技术。为此,本文以变电站作为应用场景,首先对变电站运维管理现状进行了分析,指出现阶段存在变电站巡检模式缺陷、模型精度不够、感知参量单一、缺乏对数据的深度挖掘等问题。以此设计了一套涵盖空间信息与设备建模、变电主设备机理建模、智能反馈控制、设备感知网络、基于数据驱动的数字孪生体模型的仿真,以及3维可视化渲染与应用的数字孪生变电站模型框架。然后讨论了变电站数字孪生技术面临的问题与挑战:专业智能研制方面,变电站数字孪生系统对传感器的感知精度、智慧功能集成度、抗干扰能力、功耗以及供能方式等提出更高要求;海量数据存储与计算方面,海量多源异构感知数据如何高效存储与利用,以及如何优化算力资源分配,满足系统实时计算需求;模型研究方面,现有数据驱动模型精度不足,模型不可解释且缺乏论证,影响整个系统的可靠运行;数据方面,如何解决“数据安全”与“数据孤岛”问题;3维虚拟实体构建与动态更新方面,如何低成本快速构建可用的高精度3维变电站模型,以及研究设计3维模型的动态更新算法,以保证孪生系统实时空一致性。进而探讨了解决问题的关键技术:通过感知理论研究与提升制作工艺、结合分布式云存储与云边协同计算、数据驱动与机理知识融合建模、可信联邦学习等先进技术,以及实景3维重建与点云动态可视化等相关技术,在满足隐私保护和数据安全前提下,建立“形”与“态”相融合的变电站数字孪生系统,实现变电站运行状态全感知、全生命周期数据智能管理与高效利用,变电站全业务场景智慧运行。结合数字孪生模型设计与关键技术问题的探讨,给出了一套面向工程应用的数字孪生变电站系统设计方案,重点阐述了包括变电站设备实时监测、设备故障诊断与故障预测、运维决策优化与智能反馈控制等典型的应用场景。

摘要：随着物联网与配电网深度融合,海量终端设备接入系统给配电物联网安全稳定运行带来巨大挑战。针对传统身份认证方式过于中心化且无法承载大规模终端等现状,设计一种基于区块链共识机制的配电物联网终端接入认证方法。由配电物联网网关负责对待接入终端节点登记注册,采用共识算法进行分布式认证,将合法终端上链存储。在传统PBFT算法的基础上,设计了配电物联网终端共识算法。该算法引入权重机制,根据终端节点权重选取认证节点,缩小共识规模;引入可验证随机函数增强主节点安全,避免启动视图切换协议,提高共识效率;结合实际应用场景优化一致性协议,降低通信开销。实验分析表明该方法可有效规避多种网络攻击,通信开销和吞吐量优于其他方法,系统抗攻击性较强,满足配电物联网对认证效率和系统可靠性等要求。

摘要：针对配电网现有认证技术中配电主站和公钥基础设施(publickeyinfrastructure,PKI)系统证书管理负担过重的问题,结合区块链和国密SM9算法,设计一种面向配电网终端的分布式认证方案。首先使用SM9解决密码体制中的公钥管理问题,由密钥生成中心(keygeneratorcenter,KGC)为终端生成身份标识符和密钥,加密并验证终端的注册和接入请求信息;然后,针对中心化认证方式存在的第三方信任、单点故障等问题,以实用拜占庭容错算法为基础提出分布式终端共识算法(distributedterminal-practicalByzantinefault tolerance,DT-PBFT),对新入终端进行去中心化认证;为了解决上链数据的隐私泄漏,使用基于SM9的多KGC群签名算法保证节点匿名并生成区块永久存储;最后,对所提方案进行实验分析,所提方案从共识效率、通信时延和抗攻击性等性能方面得到明显提升,实现终端身份认证的同时保护了节点的隐私,满足配电网对安全性和高效性等多种需求。

摘要：移动边缘计算可以减轻配电网核心网络中海量数据的传输及处理压力,相对于云计算,边缘节点有限的计算能力使边缘资源的高效利用成为挑战。基于此,提出一种配电网中任务卸载决策与边缘资源分配优化方法。在包含多边缘节点多用户设备的配电网场景中,考虑任务随机、资源有限、计算能力不均衡及时延要求高等因素,构建云-边-端三层任务卸载及边缘资源分配优化模型;将优化过程分为计算卸载和资源拍卖两个阶段,在计算卸载阶段设计基于DRL的在线决策算法,在资源拍卖阶段设计基于补偿策略的多轮迭代拍卖算法;提出基于改进DQN算法的任务卸载与资源分配优化方法。仿真结果表明,在动态变化的配电网场景中,所提算法可有效提高系统计算能效和边缘节点效益。