研究背景互联架构三关键技术四应用展望研究背景高峰山东大学控制科学与工程学院2024年9月22日报告提纲电能变换物联网架构、关键技术和应用展望●光伏、风电、电池储能和电动汽车充电桩等新兴电源和负载发展迅猛图源：国家能源局和网络：数据来源：国家能源局htp/wwwnea.gpvcn/202404/26/e_131077257.htm,htp/wwwneagocn/2024-01/25/_1310762019.htm,https://wwwgovcn/lanbo/bumen/202403/content_6939863.htm6.6亿千瓦J4.6亿千瓦7000+万千瓦时850+万台人民日报能量流数据流电动汽车充电站电网数据中心储能电站>变流器充分对等，没有主从区别>采样频率高，数据量大成本控制严格>采样单元：采集电压、电流、温度数据>计算单元：进行数字计算和逻辑运算通讯单元：上传和接收数据需要充分交互、低延迟、低成本的物联网方案电能变换系统已具备构成物联网的基本功能>能量视角：独立运行，缺乏协调>数据视角：分散控制，信息不通●电能变换系统既是各类新兴电源和负载的能量转换中枢也是数据汇集中心●但电能变换系统有其独有特征，区别于其它物联网形态●电能变换系统能否通过物联网模式进行赋能?研究背景研究背景研究背景光伏发电站指标车联网农业物联网工业物联网电能变换物联网移动性移动不移动多数不移动不移动通讯延迟毫秒级分钟级秒级—分钟级毫秒级设备间同步微秒级秒级微秒级微秒级点对点通讯需要不需要多数不需要需要传感器种类多样多样多样单一采样频率极高低高极高控制芯片高端低端多数低端低端成本无要求低低低变流器在PC-loT中属于边缘端设备，集成了感知、计算、通讯、甚至系统级应用功能>边缘层：数据预处理感知层：数据采集互联架构关键技术应用展望现有成熟通用的物联网与电能变换系统不适配!应用层监控优化预测控制ZhouKangjia,GaoFeng.HouZhenyu,MengXiangjian.PowerConversionIntemetofThings:Architecture,KeyTechnologiesandProspects[J].IEEETransIndustrialInformatics2024eearly电能变换物联网(PowerconversionInternetofThings,PC-IoT)研究背景●与其他物联网的特征对比>应用层：数据分析研究背景报告提纲互联架构1采样类型包括交直流电压、电流、温度等>采样频率5k-50kHz,每秒产生高达48Mbit的数据(50kHz采样率，电流、电压、温度采样各5路)>单台设备每秒产生48Mbit数据，场站(>20台变流器)每秒产生上Gbit数据控制芯片TMS320F28377D仅能存储1024KB的数据，约连续采样170毫秒的原始数据已有通讯模式有局限，亟需开发适配于PC-IoT的网络层通讯新模式5G等高端通讯模式因投资大、能耗高，与电能变换系统的低成本、高效率运行需求相悖，并没有得到广泛应用无线●PC-loT网络层现状与特点现有模式数据无时标多层传输，延迟大>只能上传主站，设备间无交互>网络时标不精准>传输延迟大只能上传云端，设备间无交互直流电压直流电流交流电压交流电流设备温度>边缘层需具备数据处理能力，破解高采样率与通讯受限之间的矛盾●PC-loT感知层现状与特点●PC-loT边缘层现状与特点互联架构互联架构互联架构电能变换系统采样呈现周期特性，数据互相借鉴的前提是具有高精度同步时标网络层传输频次要高、传输延迟要小，否则极易损失数据中的隐含特征，导致数据利用不充分>边缘层要在信息保全的前提下快速处理海量数据三关键技术四应用展望关键技术数据利用不充分，功能简单，尤其缺少场站级的应用控制变流器启停数据存储>异常状态记录研究背景互联架构远程监控>错误警告●PC-loT应用层现状与特点●PC-IoT的难题挑战报告提纲互联架构>从根源上避免冲突：在确定时间由确定节点发送数据>传输延迟减低且延迟确定适合节点数目固定、不移动、按顺序发送接收数据的场景关键技术：网络层物理层MAC层网络层应用层节点2发送空闲节点1应用层网络层MAC层物理层物理层MAC层网络层应用层节点2MAC层处理侦听发還空闲发送接收或休眠节点1节点2节点3节点4多节点按照既定顺序轮流周期性发送数据>一个节点发送数据，其他节点接收数据或休眠，广播通讯>各节点完全对等，数据充分交互>如Wi-Fi、ZigBee等无线通信都是资源抢占型协议，基本逻辑是抢占信道一冲突等待>冲突等待会增加延迟且延迟不确定，严重的...