一种基于分层调控网络的电力系统调控方法及系统与流程

本发明属于电力系统调控，尤其涉及一种基于分层调控网络的电力系统调控方法及系统。

背景技术：

1、随着分布式电源、储能系统、柔性负荷及电动汽车充电设施等分布式资源的大规模接入，新型电力系统在运行控制层面呈现出显著的时空多尺度耦合特征。在时间维度上，电力系统调控需同时满足秒级调频、分钟级经济调度及小时级能量优化等多时间尺度需求；在空间维度上，分布式资源呈现广域分散、多主体归属的特点，使得传统集中式调控模式面临通信负担重、计算维度高、实时性难以保障等挑战。因此，目前电力系统中通常是使用涵盖终端层、边缘层和云端层的分层调控网络进行调控，其通过在边缘层部署计算资源实现对终端层的本地化控制。

2、然而，现有的电力系统调控方法仍存在以下不足，其一，各层级之间的时间协同大多停留在固定延时补偿或简单时间戳标记层面；而在实际电力通信网络中，控制指令的传输延时受网络负载、路由选择、通信协议等多因素影响，呈现动态变化特征，采用固定延时补偿无法适应通信网络的动态变化，验证影响了电力系统的准确调控。其二，现有方法在生成终端控制指令后，通常直接下发执行，未考虑通信时延的动态变化对指令能否在有效期内到达终端的影响，当通信条件恶化时，指令可能超时到达甚至丢失，导致终端层出现执行真空或控制失效，进而导致电力系统的调控失效。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种基于分层调控网络的电力系统调控方法及系统，以解决上述技术问题，提高了电力系统的调控准确性。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于分层调控网络的电力系统调控方法，适用于包括云端层、边缘层和终端层的分层调控网络，包括：

3、获取所述边缘层与所述终端层之间的历史通信时序数据，基于所述历史通信时序数据预测所述边缘层与所述终端层之间在预设未来控制周期的预测通信时延；

4、接收所述云端层下发的边缘层控制指令，基于预获取的所述边缘层的本地运行状态数据和所述边缘层控制指令生成终端层初始控制指令，并确定所述终端层初始控制指令的控制有效时长；

5、基于所述控制有效时长和预测通信时延对所述终端层初始控制指令进行可达性判断，得到可达性判断结果；

6、基于所述可达性判断结果对所述终端层初始控制指令进行修正，确定终端层控制指令；

7、将所述终端层控制指令下发至所述终端层，以使所述终端层在所述未来控制周期内基于所述终端层控制指令执行终端控制动作，进而完成电力系统调控。

8、可以理解的是，相较于现有技术，本发明通过获取边缘层与终端层之间的历史通信时序数据，从而对未来控制周期的通信时延进行预测得到预测通信时延，为后续指令调度提供了时延先验信息，使得调控链路在时间维度上具备了感知能力；在此基础上，根据云端下发的边缘层控制指令和边缘层的本地运行状态数据生成终端层初始控制指令并确定其控制有效时长，进而基于控制有效时长与预测通信时延之间的匹配关系对指令进行可达性判断，实现了指令下发前对传输可行性的前置评估，避免了传统方法中指令生成后即盲目下发而可能导致的超时到达或丢失失效；进一步地，根据可达性判断结果对终端层初始控制指令进行修正得到终端层控制指令，使得最终终端层的终端控制动作能够根据通信网络状态自适应调整执行，有效避免了因通信延时波动导致的指令时序冲突，从而有效提高了电力系统调控的准确性。

9、作为优选方案，所述获取所述边缘层与所述终端层之间的历史通信时序数据，基于所述历史通信时序数据预测所述边缘层与所述终端层之间在预设未来控制周期的预测通信时延，包括：

10、获取所述边缘层与所述终端层之间的历史通信时序数据，所述历史通信时序数据包括：所述边缘层向所述终端层下发的各个历史终端层控制指令的历史下发时刻和所述终端层接收到各个所述历史终端层控制指令的历史接收时刻；

11、基于所述历史接收时刻和历史下发时刻的差值确定各个所述历史终端层控制指令的历史通信时延；

12、基于各个所述历史终端层控制指令的历史通信时延形成历史通信时延序列；

13、将所述历史通信时延序列输入预训练完成的通信时延预测模型，得到所述边缘层与所述终端层之间在预设未来控制周期的预测通信时延。

14、上述方案中，通过获取边缘层向终端层下发的各个历史终端层控制指令的历史下发时刻和终端层接收到各个历史终端层控制指令的历史接收时刻，将二者之间的差值作为各历史终端层控制指令的实际通信时延，从而构建出反映边缘层与终端层之间通信链路真实状况的历史通信时延序列；在此基础上，将历史通信时延序列输入预训练完成的通信时延预测模型进行推理，得到边缘层与所述终端层之间在预设未来控制周期的预测通信时延，以历史通信时延序列能够更加准确的反映未来控制周期内通信链路的预期状态，相较于采用固定经验值或简单历史平均值作为时延估计的方式，能够提升了预测通信时延的准确性，为后续可达性判断提供了可靠的数据基础，进而从时延预测源头保障了电力系统调控的准确性。

15、作为优选方案，所述边缘层的本地运行状态数据包括：各个分布式电源的实时出力值、各个储能系统的荷电状态、各个柔性负荷的当前功率和各个所述柔性负荷的可调节潜力；所述接收所述云端层下发的边缘层控制指令，基于预获取的所述边缘层的本地运行状态数据和所述边缘层控制指令生成终端层初始控制指令，并确定所述终端层初始控制指令的控制有效时长，包括：

16、接收所述云端层下发的边缘层控制指令，所述边缘层控制指令包括：边缘层调度基准数据；

17、以所述边缘层调度基准数据为参考基线，以各个分布式电源的实时出力值、各个储能系统的荷电状态、各个柔性负荷的当前功率和各个所述柔性负荷的可调节潜力为状态变量，基于预设多目标优化算法计算所述终端层的功率调整量和所述功率调整量的失效时刻；

18、基于所述终端层的功率调整量生成终端层初始控制指令，并基于所述功率调整量的失效时刻确定所述终端层初始控制指令的控制有效时长。

19、上述方案中，接收云端层下发的边缘层调度基准数据作为宏观层面的调控参考基线，同时获取边缘层内各个分布式电源的实时出力值、各个储能系统的荷电状态、各个柔性负荷的当前功率和各个所述柔性负荷的可调节潜力等本地运行状态数据作为微观层面的调控约束信息，在此基础上以边缘层调度基准数据为参考基线、以本地运行状态数据为状态变量，通过预设多目标优化算法在满足本地运行约束的前提下计算终端层的功率调整量及其失效时刻；将宏观调度目标与本地运行约束相融合，通过多目标优化在多个可能相互冲突的调控目标之间进行协调权衡，使得计算出的功率调整量既符合云端层的调度意图又适配边缘层本地的实际运行工况，从而提高了电力系统调控的准确性。

20、作为优选方案，所述基于所述控制有效时长和预测通信时延对所述终端层初始控制指令进行可达性判断，得到可达性判断结果，包括：

21、获取所述边缘层与所述终端层之间的通信安全裕度时间；

22、基于所述控制有效时长和所述通信安全裕度时间确定所述终端层初始控制指令的最大允许通信时延；

23、比较所述最大允许通信时延和预测通信时延，若所述预测通信时延小于或等于所述最大允许通信时延，则确定所述可达性判断结果为终端层初始控制指令具备按时可达性；

24、若所述预测通信时延大于所述最大允许通信时延，则确定所述可达性判断结果为终端层初始控制指令不具备按时可达性。

25、上述方案中，获取边缘层与终端层之间的通信安全裕度时间，并将控制有效时长与该通信安全裕度时间的差值作为终端层初始控制指令的最大允许通信时延，将最大允许通信时延作为衡量终端层初始控制指令能否按时到达的判定基准；将预测通信时延与最大允许通信时延进行比较，若预测通信时延不超过最大允许通信时延，则判定终端层初始控制指令具备按时可达性，表明当前通信状态能够支撑指令在有效期内到达终端；反之则判定终端层初始控制指令不具备按时可达性，表明当前通信状态存在指令超时失效的风险；将动态通信时延对指令传输的影响具象化为可达性判定结果，为后续对终端层初始控制指令的修正提供了明确的决策依据，避免了在通信条件恶化时仍然盲目下发指令所导致的调控失效，从而提高了电力系统调控的准确性。

26、作为优选方案，所述基于所述可达性判断结果对所述终端层初始控制指令进行修正，确定终端层控制指令，包括：

27、若所述可达性判断结果为终端层初始控制指令具备按时可达性，则获取终端层的指令解析处理时长，基于所述指令解析处理时长和预测通信时延确定终端层控制指令执行时刻；基于所述终端层控制指令执行时刻和所述终端层初始控制指令形成终端层控制指令；

28、若所述可达性判断结果为终端层初始控制指令不具备按时可达性，则基于所述边缘层控制指令确定终端层控制指令执行时刻；对所述终端层控制指令中的功率调整量进行折算处理，得到所述终端层的下垂控制系数；基于所述下垂控制系数和终端层控制指令执行时刻形成终端层控制指令。

29、上述方案中，当可达性判断结果为终端层初始控制指令具备按时可达性时，获取终端层的指令解析处理时长，并结合预测通信时延共同确定终端层控制指令执行时刻，将终端层控制指令执行时刻和所述终端层初始控制指令共同形成为终端层控制指令，使得终端层能够在终端层控制指令执行时刻准确获知执行时机；当可达性判断结果为终端层初始控制指令不具备按时可达性时，将功率调整量进行折算处理转换为终端层的下垂控制系数，同时基于边缘层控制指令确定执行时刻，将下垂控制系数与终端层控制指令执行时刻共同形成为待下发的终端层控制指令；通过上述两种不同修正路径的适应性选择，能够在通信良好时通过附加终端层控制指令执行时刻保障指令的准时触发，在通信恶化时通过将功率调整量转化为下垂控制系数使终端层能够根据本地状态自主响应，从而将通信时延约束从指令能否按时到达转化为终端能否自主补偿，有效避免了因通信条件恶化导致的终端执行真空，提高了电力系统调控的准确性和鲁棒性。

30、作为优选方案，所述对所述终端层控制指令中的功率调整量进行折算处理，得到所述终端层的下垂控制系数，包括：

31、从所述终端层控制指令中的功率调整量中提取有功功率调整量，并获取所述终端层的额定功率和最大允许频率偏差；

32、基于所述有功功率调整量和额定功率确定有功功率归一化调整量；

33、基于所述预测通信时延和所述控制有效时长的比值确定折算系数；

34、基于所述折算系数、有功功率归一化调整量和最大允许频率偏差确定所述终端层的下垂控制系数。

35、上述方案中，从终端层控制指令的功率调整量中提取有功功率调整量，并获取终端层的额定功率和最大允许频率偏差，将有功功率调整量与额定功率的比值作为有功功率归一化调整量，该归一化处理消除了不同终端层额定容量差异对折算结果的影响，使折算系数具备跨终端可比性；在此基础上，根据预测通信时延与控制有效时长的比值确定折算系数，以折算系数反映了预测通信时延相对于控制有效时长的相对严重程度，当折算系数相应增大时，使后续生成的下垂控制系数能够自适应地反映当前通信恶化程度；最终，基于折算系数、有功功率归一化调整量和最大允许频率偏差三者确定下垂控制系数，使得下垂控制系数同时融合了功率调整需求、终端固有容量和通信状态偏离程度三重信息，将其下发至终端层后能够指示终端层在通信失效时依据本地频率偏差自主调整输出功率，从功率域向控制参数域实现了信息的有效迁移，确保了通信恶化场景下终端层仍具备自主调控能力，提高了电力系统调控的准确性。

36、作为优选方案，所述在将所述终端层控制指令下发至所述终端层，以使所述终端层在所述未来控制周期内基于所述终端层控制指令执行终端控制动作，进而完成电力系统调控之后，还包括：

37、获取所述终端层执行终端控制动作的实际执行时刻；

38、基于所述实际执行时刻和所述终端层控制指令执行时刻的差值确定时序偏差修正量；

39、将所述时序偏差修正量作为惩罚因子，根据预设一致性迭代算法确定所述终端层的功率分配比例；

40、基于所述终端层的功率分配比例对下一个所述未来控制周期的边缘层控制指令进行修正。

41、上述方案中，在终端层执行控制动作后，获取终端层实际执行时刻，并将实际执行时刻与终端层控制指令执行时刻之间的差值确定为时序偏差修正量，时序偏差修正量反映了终端层控制指令从下发到执行中实际时序与预期时序之间的偏离程度；在此基础上，将时序偏差修正量作为惩罚因子输入预设一致性迭代算法中，以各终端层的功率分配比例为一致性变量进行迭代求解，之后基于收敛后确定的功率分配比例对下一个未来控制周期的边缘层控制指令进行修正，使得上一周期的时间偏差信息通过惩罚因子反向传播至下一周期的指令生成环节，形成了完整闭环调控链路，从长期运行角度提高了电力系统调控的准确性。

42、相应的，本发明实施例提供了一种基于分层调控网络的电力系统调控系统，适用于包括云端层、边缘层和终端层的分层调控网络，包括：预测通信时延确定模块、控制有效时长确定模块、可达性判断模块、终端层控制指令确定模块和电力系统调控模块；

43、所述预测通信时延确定模块用于获取所述边缘层与所述终端层之间的历史通信时序数据，基于所述历史通信时序数据预测所述边缘层与所述终端层之间在预设未来控制周期的预测通信时延；

44、所述控制有效时长确定模块用于接收所述云端层下发的边缘层控制指令，基于预获取的所述边缘层的本地运行状态数据和所述边缘层控制指令生成终端层初始控制指令，并确定所述终端层初始控制指令的控制有效时长；

45、所述可达性判断模块用于基于所述控制有效时长和预测通信时延对所述终端层初始控制指令进行可达性判断，得到可达性判断结果；

46、所述终端层控制指令确定模块用于基于所述可达性判断结果对所述终端层初始控制指令进行修正，确定终端层控制指令；

47、所述电力系统调控模块用于将所述终端层控制指令下发至所述终端层，以使所述终端层在所述未来控制周期内基于所述终端层控制指令执行终端控制动作，进而完成电力系统调控。

48、作为优选方案，所述预测通信时延确定模块包括：预测通信时延确定单元；

49、所述预测通信时延确定单元用于获取所述边缘层与所述终端层之间的历史通信时序数据，所述历史通信时序数据包括：所述边缘层向所述终端层下发的各个历史终端层控制指令的历史下发时刻和所述终端层接收到各个所述历史终端层控制指令的历史接收时刻；

50、基于所述历史接收时刻和历史下发时刻的差值确定各个所述历史终端层控制指令的历史通信时延；

51、基于各个所述历史终端层控制指令的历史通信时延形成历史通信时延序列；

52、将所述历史通信时延序列输入预训练完成的通信时延预测模型，得到所述边缘层与所述终端层之间在预设未来控制周期的预测通信时延。

53、作为优选方案，所述控制有效时长确定模块包括：控制有效时长确定单元；

54、在所述控制有效时长确定单元中，所述边缘层的本地运行状态数据包括：各个分布式电源的实时出力值、各个储能系统的荷电状态、各个柔性负荷的当前功率和各个所述柔性负荷的可调节潜力；

55、所述控制有效时长确定单元用于接收所述云端层下发的边缘层控制指令，所述边缘层控制指令包括：边缘层调度基准数据；

56、以所述边缘层调度基准数据为参考基线，以各个分布式电源的实时出力值、各个储能系统的荷电状态、各个柔性负荷的当前功率和各个所述柔性负荷的可调节潜力为状态变量，基于预设多目标优化算法计算所述终端层的功率调整量和所述功率调整量的失效时刻；

57、基于所述终端层的功率调整量生成终端层初始控制指令，并基于所述功率调整量的失效时刻确定所述终端层初始控制指令的控制有效时长。

58、可以理解的是，相较于现有技术，本系统通过获取边缘层与终端层之间的历史通信时序数据，从而对未来控制周期的通信时延进行预测得到预测通信时延，为后续指令调度提供了时延先验信息，使得调控链路在时间维度上具备了感知能力；在此基础上，根据云端下发的边缘层控制指令和边缘层的本地运行状态数据生成终端层初始控制指令并确定其控制有效时长，进而基于控制有效时长与预测通信时延之间的匹配关系对指令进行可达性判断，实现了指令下发前对传输可行性的前置评估，避免了传统方法中指令生成后即盲目下发而可能导致的超时到达或丢失失效；进一步地，根据可达性判断结果对终端层初始控制指令进行修正得到终端层控制指令，使得最终终端层的终端控制动作能够根据通信网络状态自适应调整执行，有效避免了因通信延时波动导致的指令时序冲突，从而有效提高了电力系统调控的准确性。