[論文レビュー] A Rudiment of Energy Internet: Coordinated Power Dispatching of Intra- and Inter- Local Area Packetized-Power Networks

Jinghuan Ma|arXiv (Cornell University)|Dec 24, 2017

Microgrid Control and Optimization参考文献 20被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、相互接続された局所領域パケット化電力網（LAPPN）の協働型電力配分フレームワークを提案する。このフレームワークは、LAPPN内およびLAPPN間の電力送電を調整する。サブスクライバーのマッチングと二層構造のスケジューリング機構を統合することで、エネルギー配給を最大化するとともに、送信の緊急性に関する公平性を確保し、二つのLAPPNから成るシステムにおけるシミュレーションで高い利用度と低い損失を達成した。

ABSTRACT

Local area packetized-power network (LAPPN) provides flexible local power dispatching in the future Energy Internet. With interconnections among multiple LAPPNs, power dispatching can be further extended to intra- and inter-LAPPN power interchanges. It becomes a significant issue to schedule the two kinds of power interchanges as, from a system perspective high utilization of available scheduling time slots and low overall transmission loss should be guaranteed, and from a subscriber perspective a high scheduled ratio of transmission requests with a fair transmission sequence in terms of transmission urgency are expected. To this end, we propose a cooperative power dispatching framework for connected LAPPNs, including subscriber matching and two-layer power transmission scheduling. The former matches subscribers from different LAPPNs, considering both subscriber preferences and power transmission loss. The latter coordinates the intra- and inter-LAPPN power packet transmission to maximize the amount of energy delivered with a guaranteed fairness on user urgency. Simulation results of a two-LAPPN system are provided, which demonstrate that the proposed framework can achieve effective and efficient power dispatching in terms of the mentioned concerns, and reveal facts on ideal system capacity and how to manipulate the proportions of the two kinds of transmissions according to network status.

研究の動機と目的

• 発展するエナジー・インターネットにおいて、LAPPN内およびLAPPN間の電力取引を効果的に調整する課題に対処すること。
• 相互接続されたLAPPNにおいて、スケジューリング時間スロットの高いシステム利用度と全体的な送信損失の低減を確保すること。
• 送信の緊急性に基づく公平な優先順位付けを実現しつつ、送信リクエストの高いスケジューリング比率を保証すること。
• 複数のLAPPNにわたるエネルギー効率とユーザーの公平性の両立を図るスケーラブルなフレームワークの開発

提案手法

• LAPPN内とLAPPN間の協調を目的とした二層構造の電力送電スケジューリングフレームワークを導入する。
• サブスクライバーの好みとLAPPN間の電力送信損失の両方を考慮したサブスクライバーのマッチングアルゴリズムを実装する。
• 送信の緊急度に基づく順序での公平性を維持しつつ、合計で配達されるエネルギー量を最大化する協働スケジューリングメカニズムを用いる。
• 時間スロット化されたパケット化エネルギー取引として電力送信をモデル化することで、柔軟で動的かつ適応可能な配分を可能にする。
• 利用可能な時間スロット、送信損失、および緊急度に基づく優先順位キューを統合的に最適化することでスケジューリング意思決定を最適化する。
• 異なるネットワーク状態下でのフレームワーク性能を検証するため、二つのLAPPNシステムを用いたシミュレーションベースの評価を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LAPPN内およびLAPPN間の電力取引を効果的に調整することで、エネルギー配給とシステム効率を最大化する方法は何か？
• RQ2 リアルタイムのネットワーク状態に基づいて、LAPPN内とLAPPN間の送信比率の最適なトレードオフは何か？
• RQ3 送信の緊急性に関する公平性を保証しつつ、成功裏にスケジュールされたリクエスト数を最大化するにはどうすればよいか？
• RQ4 送信損失とサブスクライバーの好みが、相互接続されたLAPPNにおける全体的なスケジューリング性能に与える影響は何か？

主な発見

• 提案されたフレームワークは、エネルギー配給と送信緊急度の公平性の両立を図ることで、効果的かつ効率的な電力配分を実現した。
• シミュレーション結果から、非協働的スキームと比較して、送信リクエストのスケジュール比率が顕著に向上した。
• 二つのLAPPNシステムにおいて、利用可能な時間スロットの利用度を最大化するとともに、全体的な送信損失を低く維持した。
• システムは、LAPPN間送信が性能により重要になるようになる理想的な容量閾値を示した。
• ネットワーク状態に応じてLAPPN内およびLAPPN間送信の比率を調整することで、システムスルーレットを顕著に向上させることができる。
• 二層構造のスケジューリングメカニズムは、エネルギー配給量に影響を与えることなく、LAPPN間での電力配給を効果的に調整した。