电力配网用户的分级调度方法
阅读说明：本技术 电力配网用户的分级调度方法 (Hierarchical scheduling method for power distribution network users ) 是由 李沛哲 陈仲伟 肖振锋 林志勇 伍也凡 刘浩田 冷阳 李达伟 何书耘 郑楚玉 于 2021-09-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电力配网用户的分级调度方法,包括搭建分级调度模型并获取参数；计算所有用户的优先级、排序并选择若干个用户进行分级调度；计算遗忘因子并更新所有用户的通信参数；重复上述步骤持续进行电力配网用户的分级调度。本发明将配电网侧业务分区并定义高级用户和普通用户,当基站分配无线资源时,保证处于生产控制类的用户能更早得到调度；然后结合高级用户优先级的方差,提出遗忘因子函数,使得遗忘因子根据高级用户调度的情况动态改变,缩短高级用户被调度的时间,保证短期内的用户公平调度；因此本发明方法能够保证电网的安全稳定运行,兼顾长期公平性和短期公平性,而且可靠性高、实用性好。(The invention discloses a hierarchical scheduling method for users of a power distribution network, which comprises the steps of building a hierarchical scheduling model and obtaining parameters; calculating the priority of all users, sorting and selecting a plurality of users for hierarchical scheduling; calculating a forgetting factor and updating communication parameters of all users; and repeating the steps to continuously carry out the hierarchical scheduling of the power distribution network users. The invention divides the service of the power distribution network side and defines advanced users and common users, and ensures that users in production control class can be scheduled earlier when the base station distributes wireless resources; then, a forgetting factor function is provided by combining the variance of the priority of the advanced user, so that a forgetting factor is dynamically changed according to the scheduling condition of the advanced user, the scheduled time of the advanced user is shortened, and the fair scheduling of the user in a short period is ensured; therefore, the method can ensure the safe and stable operation of the power grid, gives consideration to both long-term fairness and short-term fairness, and has high reliability and good practicability.)
技术领域
本发明属于电气自动化领域，具体涉及一种电力配网用户的分级调度方法。
背景技术
随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。因此，保障电力系统的稳定可靠运行，就成为了电力系统最重要的任务之一。而随着5G网络商用的越来越普及，电力系统与5G网络的融合也在加快。
电力配网用户的调度，一直是电力系统的重要研究内容。智能电网的配网业务基本分为生产控制类I区、生产控制类II区、管理信息类III区、管理信息类IV区共四大类。在同一类型的不同的分区中，各个业务的通信需求有所不一，且需要达到逻辑隔离。在同一区域内架设的基站数量一定，只能将资源分配给有限的业务和用户，这样就带来了用户调度问题。因为每个用户承载的业务不同，每个用户处于不同的安全分区内，而且用户的位置、噪声和环境等都会影响信息的传输。因此，资源调度在无线通信系统中发挥着重要的作用。
传统的配电网用户调度，使用的是比例公平算法：该算法通过牺牲系统速率性，从而获得长期的用户调度公平性；但是，该算法无法保证进入系统时间较短或在系统中短暂停留的用户的公平性；此外，在较高的安全分区的用户有在短期内难以进行数据传输的风险。因此，现有的传统的配电网用户调度方法，存在着一定的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够保证电网的安全稳定运行，兼顾长期公平性和短期公平性，而且可靠性高、实用性好的电力配网用户的分级调度方法。
本发明提供的这种电力配网用户的分级调度方法，包括如下步骤：
S1.搭建分级调度模型，并获取模型参数；
S2.计算所有用户的优先级；
S3.根据步骤S2计算得到的所有用户的优先级，进行所有用户的优先级排序；
S4.在传输间隔时间内，根据步骤S3的用户优先级排序结果，选择若干个用户进行分级调度；
S5.计算遗忘因子，并根据计算得到的遗忘因子更新所有用户的通信参数；
S6.重复步骤S2～S5，持续进行电力配网用户的分级调度。
步骤S1所述的搭建分级调度模型，具体为搭建如下分级调度模型：
网络包括一个宏基站和若干个微基站，微基站能够在同一传输间隔多若干个用户进行调度，微基站分配的无线资源基于一个基本时频资源单元，且基本时频资源单元的发送持续时间不变，在每个传输时间间隔T内，微基站调度基本时频资源单元给自己的用户使用；每个微基站下共有L个用户，其中高级用户集合为UA＝{Ua1,Ua2，…UaM}，普通用户集合为UO＝{Uo1,Uo2,…,UoN}，在传输时间间隔T内，微基站选择自己下属的所有用户中的K个用户进行调度，同时已被调度的用户集合为UK＝{Uk1,Uk2,…,UkK}，K＜N，N为微基站最多能够服务的用户；其中，属于生产控制类I区和生产控制类II区的用户为高级用户，属于管理信息类III区和管理信息类IV区的用户为普通用户。
步骤S2所述的计算所有用户的优先级，具体为采用如下公式计算各个用户的优先级：
式中Pak(t)为高级用户k在时刻t的优先级；Rak(t)为高级用户k在时刻t的数据传输速率；为高级用户k在时刻t的前设定时间内的平均数据传输速率；Pok(t)为普通用户k在时刻t的优先级；Rok(t)为普通用户k在时刻t的数据传输速率；为普通用户k在时刻t的前设定时间内的平均数据传输速率。
步骤S3所述的根据步骤S2计算得到的所有用户的优先级，进行所有用户的优先级排序，具体为在高级用户内，按照步骤S2计算的优先级，从高到低进行排序；在普通用户内，按照步骤S2计算的优先级，从高到低进行排序；最后规定，高级用户的优先级均高于普通用户的优先级。
步骤S4所述的在传输间隔时间内，根据步骤S3的用户优先级排序结果，选择若干个用户进行分级调度，具体为根据步骤S3的用户优先级排序结果，选择优先级最高的K个用户进行分级调度。
步骤S5所述的计算遗忘因子，并根据计算得到的遗忘因子更新所有用户的通信参数，具体包括如下步骤：
A.采用如下算式计算得到高级用户优先级方差ξ(t)：
式中M为高级用户的个数；Pai(t)为高级用户i在时刻t的优先级；Paj(t)为高级用户j在时刻t的优先级；
B.采用如下算式计算得到遗忘因子α(t)：
α(t)＝3α0-3α0{1+2N-1[ξ(t)]N}-1+ε0
式中α0为基准遗忘因子；N为阶数；ξ(t)为高级用户优先级方差；ε0为极小正数，且为设定值；
C.采用如下算式计算在传输间隔t+1内的平均传输速率
式中α(t)为步骤B得到的遗忘因子；Rk(t)为用户k在传输间隔t内的数据传输速率；为用户k在时刻t的前设定时间内的平均数据传输速率；UK为已被调度的用户集合。
本发明提供的这种电力配网用户的分级调度方法，结合5G的网络切边技术，将配电网侧业务分为生产控制类I区、生产控制类II区、管理信息类III区、管理信息类IV区，将处于生产控制类的业务用户定义为高级用户，处于管理信息类的业务用户定义为普通用户，并且当基站分配无线资源时，保证处于生产控制类的用户能更早得到调度；同时，本发明考虑多用户通信场景中的用户调度的公平性问题，对传统的比例公平用户调度算法进行改进，结合高级用户优先级的方差，提出遗忘因子函数，使得遗忘因子根据高级用户调度的情况动态改变，缩短高级用户被调度的时间，保证短期内的用户公平调度；因此本发明方法能够保证电网的安全稳定运行，兼顾长期公平性和短期公平性，而且可靠性高、实用性好。
附图说明
图1为本发明方法的方法流程示意图。
图2为本发明方法的分级调度模型的模型示意图。
图3为本发明方法的实施例的小区示意图。
具体实施方式
如图1所示为本发明方法的方法流程示意图：本发明提供的这种电力配网用户的分级调度方法，包括如下步骤：
S1.搭建分级调度模型，并获取模型参数；具体为搭建如下分级调度模型(如图2所示)：
网络包括一个宏基站和若干个微基站，微基站能够在同一传输间隔多若干个用户进行调度，微基站分配的无线资源基于一个基本时频资源单元，且基本时频资源单元的发送持续时间不变，在每个传输时间间隔T内，微基站调度基本时频资源单元给自己的用户使用；每个微基站下共有L个用户，其中高级用户集合为UA＝{Ua1,Ua2，…UaM}，普通用户集合为UO＝{Uo1,Uo2,…,UoN}，在传输时间间隔T内，微基站选择自己下属的所有用户中的K个用户进行调度，同时已被调度的用户集合为UK＝{Uk1,Uk2,…,UkK}，K＜N，N为微基站最多能够服务的用户；其中，属于生产控制类I区和生产控制类II区的用户为高级用户，属于管理信息类III区和管理信息类IV区的用户为普通用户；
S2.计算所有用户的优先级；具体为采用如下公式计算各个用户的优先级：
式中Pak(t)为高级用户k在时刻t的优先级；Rak(t)为高级用户k在时刻t的数据传输速率；为高级用户k在时刻t的前设定时间内的平均数据传输速率；Pok(t)为普通用户k在时刻t的优先级；Rok(t)为普通用户k在时刻t的数据传输速率；为普通用户k在时刻t的前设定时间内的平均数据传输速率；
S3.根据步骤S2计算得到的所有用户的优先级，进行所有用户的优先级排序；具体为在高级用户内，按照步骤S2计算的优先级，从高到低进行排序；在普通用户内，按照步骤S2计算的优先级，从高到低进行排序；最后规定，高级用户的优先级均高于普通用户的优先级；
具体实施时，分别将高级用户优先级Pak(t)和普通用户优先级Pok(t)排序，排序结果为同时，由于高级用户对应的电网业务属于安全区为Ⅰ和Ⅱ的生产控制类业务，在与微基站通信时需要优先分配通信资源，将此因素考虑进去得到最终的所用用户优先级排序为：Pa1＞Pa2＞Pa3＞…＞Pam＞…PaM＞Po1＞Po2＞Po3＞…＞Pon＞…PoN；
S4.在传输间隔时间内，根据步骤S3的用户优先级排序结果，选择若干个用户进行分级调度；具体为根据步骤S3的用户优先级排序结果，选择优先级最高的K个用户进行分级调度；
S5.计算遗忘因子，并根据计算得到的遗忘因子更新所有用户的通信参数；具体包括如下步骤：
A.采用如下算式计算得到高级用户优先级方差ξ(t)：
式中M为高级用户的个数；Pai(t)为高级用户i在时刻t的优先级；Paj(t)为高级用户j在时刻t的优先级；
B.采用如下算式计算得到遗忘因子α(t)：
α(t)＝3α0-3α0{1+2N-1[ξ(t)]N}-1+ε0
式中α0为基准遗忘因子；N为阶数；ξ(t)为高级用户优先级方差；ε0为极小正数，且为设定值；
C.采用如下算式计算在传输间隔t+1内的平均传输速率
式中α(t)为步骤B得到的遗忘因子；Rk(t)为用户k在传输间隔t内的数据传输速率；为用户k在时刻t的前设定时间内的平均数据传输速率；UK为已被调度的用户集合；
步骤S5的详细思路为：根据的计算公式可知，α(t)越小，则用户的平均速率更新越缓慢，信道质量较差的用户就越晚被调度；在传统的比例公平算法中，α(t)为定值，且取值一般为0.01，这样虽然在长期来看提高了用户调度的公平性，但是对于信道质量差的用户，短期时间内则不会被调度，从而在短期内全局的用户调度的公平性无法保证，而且高级用户等待调度的时间无法保证；本发明方法主要考虑高级用户的通信需求，对α(t)进行改进，使得α(t)动态变化；
将α(t)设定与高级用户优先级方差ξ(t)相关，ξ(t)减小的速度越快，则α(t)越大，则用户调度权重相互接近的速度就越快，这样就越公平，没有被调度的高级用户等待时间就更短；当ξ(t)较大时，设置较大的遗忘因子，使得未被调度的用户的优先级增加的更快，使系统的短期公平性更优良；当ξ(t)较小时，设置较小的遗忘因子，使得信道质量好的用户得到更多机会的调度，满足用户的速率传输需求；同时，为了保证遗忘因子在动态变化过程中不会取0，以维护系统的整体的公平性，所以设置一个极小的正数ε0；
最后，对于阶数N的设定，阶数N的取值决定α(t)在附近变化的快慢程度，N越大，α(t)在附近随ξ(t)的改变越快；
S6.重复步骤S2～S5，持续进行电力配网用户的分级调度。
以下结合一个具体实施例，对本发明方法进行进一步说明：
如图3所示为本发明实施例的小区示意图；图中有三个高级用户和三个普通用户，以微基站每个时隙可以调度3个用户为例进行讨论:假设Ra2(t0)＞Ro1(t0)＞Ra1(t0)＞Ro3(t0)＞Ra3(t0)＞Ro2(t0)，然后得到所有用户的优先级为Pa2(t0)＞Po1(t0)＞Pa1(t0)＞Po3(t0)＞Pa3(t0)＞Po2(t0)；
根据传统算法，用户Ua2，Uo1，Ua1首先被调度，然后根据公式计算下一个时隙的平均速率R(t0+1)，更新用户优先级排序，调度前3个用户，此时仍是用户Ua2，Uo1，Ua1被调度，直到to～to+tp1时隙用户Uo3，Ua3，Uo2才被调度。在传输时隙to～to+tp1内，用户Ua2，Uo1，Ua1的调度权重逐渐减小，用户Uo3，Ua3，Uo2的调度权重逐渐增大，经过tp1个时隙，6个用户的调度优先级才接近，六个用户交替调度，此时才实现用户调度公平性。若将传统算法直接应用到智能电网配网侧业务当中，在to～to+tp1这段时隙内，高级用户长时间内没有完全被调度；
而根据本发明提到的算法，要首先考虑用户等级，因此to的用户优先级顺序为：Pa2(t0)＞Pa1(t0)＞Pa3(t0)＞Po1(t0)＞Po3(t0)＞Po2(t0)使得所有的高级用户都可以提前被调度，本发明根据高级用户调度优先级方差对用户调度的影响，引入动态遗忘因子，使得在to～to+tp1这段时隙内，被调度的用户的优先级权重下降更快，未被调度的用户的优先级权重增长的更快，在更短的时间内，未被调度的用户得到调度，既实现了用户调度的短期公平性，又保证了高级用户优先被调度。
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