一种5G切片接入的配电网保护优化方法及系统与流程

技术特征：
1.一种5g切片接入的配电网保护优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对采用5g通信网络的配电网系统进行考虑通信延时的建模：设配电网中有i个数据采样节点，s
n
(i)为第i个采样节点当前服务的切片id；在采样节点的k个可接入的接入点中，第k个接入点部署的切片集合中有切片s
m
(k)，m∈{1,2,
…
,m}，其中m表示切片集合大小；b
m
(k)为s
m
(k)对应的带宽；为使系统的资源利用率最高，将所有数据采样节点均匀分配资源；因此，第i个采样节点的数据传输速率如式(1)所示；式(1)中，a
m
(k)表示当前切片s
m
(k)已接入的采样节点数；d
ik
表示采样节点i与待接入的接入点之间的距离，其传播损耗用pl(d
ik
)表示；n0为单位带宽的噪声功率；p
k
表示待接入的接入点的发射功率；δ表示待接入ap收到的总干扰；步骤2，以最小化时延为优化目标，目标函数如式(2)所示；其中，ds
i
为第i个采样节点采样的数据包大小；约束条件如式(3)-式(6)所示：s
m
(k)≥s
n
(i)
ꢀꢀꢀꢀ
(4)r
ik
(m)≥r
i
,i∈i,k∈k,m∈m
ꢀꢀꢀꢀ
(5)式(2)中，x
ik
(m)为需要求解的0-1变量，当x
ik
(m)＝1时表示第i个数据采样节点接入第k个ap的第m个切片，否则表示不接入；约束条件(3)表示一个数据采样节点在某一时刻只能接入一个切片；约束条件(4)表示数据采样节点所接入切片的qos服务等级应该不小于原服务切片；约束条件(5)表示数据采样节点接入切片后的数据传输速率应大于等于其最低速率要求r
i
；约束条件(6)表示待接入切片所能容纳的节点数应该小于等于接入前的剩余节点数u
m
(k)；步骤3，用拉格朗日乘数法来求解步骤2中目标函数的最优解，步骤4，基于步骤3的最优解，用分支定界法得到所述目标函数的0-1求解变量x
0-1
，从而根据所述求解变量决定用户是否接入相应的切片；所述x
0-1
表示符合0-1约束条件的最优解。2.根据权利要求1所述的5g切片接入的配电网保护优化方法，其特征在于，所述步骤3具体步骤如下：根据式(7)建立所述非线性规划问题的拉格朗日函数：
式(7)中，l(x
ik
(m),λ)表示关于x
ik
(m)和拉格朗日乘数λ的拉格朗日函数，h1(x
ik
(m))，h2(x
ik
(m))，h3(x
ik
(m))，h4(x
ik
(m))，h5(x
ik
(m))分别表示5个约束函数，λ1、λ2、λ3、λ4、λ5表示对应约束函数的拉格朗日乘数，并有：h2(x
ik
(m))＝x
ik
(m)-1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)h3(x
ik
(m))＝s
n
(i)-s
m
(k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)h4(x
ik
(m))＝r
i-r
ik
(m)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)根据式(13)-(16)建立卡罗需-库恩-塔克条件，从而通过联合卡罗需-库恩-塔克条件相关等式，求出经过松弛的非线性规划问题的最优解x
relax
：h1(x
ik
(m))＝0，h2(x
ik
(m))≤0，h3(x
ik
(m))≤0，h4(x
ik
(m))≤0，h5(x
ik
(m))≤0
ꢀꢀꢀꢀ
(14)λ1，λ2，λ3，λ4，λ5≥0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)3.根据权利要求1所述的5g切片接入的配电网保护优化方法，其特征在于，所述步骤4具体步骤如下：步骤4.1，将式(2)作为问题p-1；分支定界法的输入为：满足卡罗需-库恩-塔克条件的松弛问题最优解x
relax
，松弛问题最优目标函数值z
relax
，0-1任意值ε；初始化k＝0，l＝0，u＝z
relax
；步骤4.2，从最优解x
relax
中任意选择一个不符合0-1约束条件的解x
j
，即：x
j
∈(0,1)；步骤4.3，若0≤x
j
<ε成立，则将约束条件x
j
＝0加到问题p-1中，形成子问题ⅰ；否则，将约束条件x
j
＝1加到问题p-1中，形成子问题ⅱ，ε表示0到1内任意值；步骤4.4，k ，继续求出子问题ⅰ或子问题ⅱ的松弛问题解，记为x
k
，并将对应的最优目标函数值记为z
k
；步骤4.5,找出最优目标函数最大值u作为新的上界，即：u＝max{z
k
′
|k
′
＝1,2,
…
,k},x
k
′
∈[0,1]；步骤4.6,再从符合0-1条件的分支中，找出目标函数最大值l作为新的下界，即：l＝max{z
k
′
|k
′
＝1,2,
…
,k},x
k
′
∈{0,1}；步骤4.7,若z
k
′
<l，剪掉相应分支,否则z
k
′
＞l，且不符合0-1条件,返回步骤4.3；步骤4.8,否则就意味着所有分支的最优目标函数值等于下界：z
k
′
＝l,将z
k
′
赋值z
0-1
，将
x
k
′
赋值给x
0-1
，并作为问题p-1的最优解，其中，x
0-1
表示符合0-1约束条件的最优解。4.一种5g切片接入的配电网保护优化系统，其特征在于，包括：建模模块，对采用5g通信网络的配电网系统进行考虑通信延时的建模：设配电网中有i个数据采样节点，s
n
(i)为第i个采样节点当前服务的切片id；在采样节点的k个可接入的接入点中，第k个接入点部署的切片集合中有切片s
m
(k)，m∈{1,2,
…
,m}，其中m表示切片集合大小；b
m
(k)为s
m
(k)对应的带宽；为使系统的资源利用率最高，将所有数据采样节点均匀分配资源；因此，第i个采样节点的数据传输速率如式(1)所示；式(1)中，a
m
(k)表示当前切片s
m
(k)已接入的采样节点数；d
ik
表示采样节点i与待接入的接入点之间的距离，其传播损耗用pl(d
ik
)表示；n0为单位带宽的噪声功率；p
k
表示待接入的接入点的发射功率；δ表示待接入ap收到的总干扰；目标函数建立模块，以最小化时延为优化目标，目标函数如式(2)所示；其中，ds
i
为第i个采样节点采样的数据包大小；约束条件如式(3)-式(6)所示：s
m
(k)≥s
n
(i)
ꢀꢀꢀꢀ
(4)r
ik
(m)≥r
i
,i∈i,k∈k,m∈m
ꢀꢀꢀꢀ
(5)式(2)中，x
ik
(m)为需要求解的0-1变量，当x
ik
(m)＝1时表示第i个数据采样节点接入第k个ap的第m个切片，否则表示不接入；约束条件(3)表示一个数据采样节点在某一时刻只能接入一个切片；约束条件(4)表示数据采样节点所接入切片的qos服务等级应该不小于原服务切片；约束条件(5)表示数据采样节点接入切片后的数据传输速率应大于等于其最低速率要求r
i
；约束条件(6)表示待接入切片所能容纳的节点数应该小于等于接入前的剩余节点数u
m
(k)；目标函数求解模块，用拉格朗日乘数法来求解步骤2中的目标函数，判断模块，目标函数的解，用分支定界法得到所述目标函数的0-1求解变量x
0-1
，从而根据所述求解变量决定用户是否接入相应的切片。5.根据权利要求4所述的5g切片接入的配电网保护优化系统，其特征在于，所述目标函数求解模块具体步骤如下：根据式(7)建立所述非线性规划问题的拉格朗日函数：
式(7)中，l(x
ik
(m),λ)表示关于x
ik
(m)和拉格朗日乘数λ的拉格朗日函数，h1(x
ik
(m))，h2(x
ik
(m))，h3(x
ik
(m))，h4(x
ik
(m))，h5(x
ik
(m))分别表示5个约束函数，λ1、λ2、λ3、λ4、λ5表示对应约束函数的拉格朗日乘数，并有：h2(x
ik
(m))＝x
ik
(m)-1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)h3(x
ik
(m))＝s
n
(i)-s
m
(k)
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(10)h4(x
ik
(m))＝r
i-r
ik
(m)
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(11)根据式(13)-(16)建立卡罗需-库恩-塔克条件，从而通过联合卡罗需-库恩-塔克条件相关等式，求出经过松弛的非线性规划问题的最优解x
relax
：h1(x
ik
(m))＝0，h2(x
ik
(m))≤0，h3(x
ik
(m))≤0，h4(x
ik
(m))≤0，h5(x
ik
(m))≤0
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(14)λ1，λ2，λ3，λ4，λ5≥0
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(15)6.根据权利要求4所述的5g切片接入的配电网保护优化方法，其特征在于，所述判断模块具体步骤如下：步骤4.1，将式(2)作为问题p-1；分支定界法的输入为：满足卡罗需-库恩-塔克条件的松弛问题最优解x
relax
，松弛问题最优目标函数值z
relax
，0-1任意值ε；初始化k＝0，l＝0，u＝z
relax
；步骤4.2，从最优解x
relax
中任意选择一个不符合0-1约束条件的解x
j
，即：x
j
∈(0,1)；步骤4.3，若0≤x
j
<ε成立，则将约束条件x
j
＝0加到问题p-1中，形成子问题ⅰ；否则，将约束条件x
j
＝1加到问题p-1中，形成子问题ⅱ，ε表示0到1内任意值；步骤4.4，k ，继续求出子问题ⅰ或子问题ⅱ的松弛问题解，记为x
k
，并将对应的最优目标函数值记为z
k
；步骤4.5,找出最优目标函数最大值u作为新的上界，即：u＝max{z
k
′
|k
′
＝1,2,
…
,k},x
k
′
∈[0,1]；步骤4.6,再从符合0-1条件的分支中，找出目标函数最大值l作为新的下界，即：l＝max{z
k
′
|k
′
＝1,2,
…
,k},x
k
′
∈{0,1}；步骤4.7,若z
k
′
<l，剪掉相应分支,否则z
k
′
＞l，且不符合0-1条件,返回步骤4.3；步骤4.8,否则就意味着所有分支的最优目标函数值等于下界：z
k
′
＝l,将z
k
′
赋值z
0-1
，将x
k
′
赋值给x
0-1
，并作为问题p-1的最优解，其中，x
0-1
表示符合0-1约束条件的最优解。7.一种处理设备，其特征在于，包括至少一个处理器，以及与所述处理器通信连接的至
少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至3任一所述的方法。8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求1至3任一所述的方法。

技术总结
本发明提出一种5G切片接入的配电网保护优化方法。采用时延最小化的数据传输方案，得出相应的数学模型，随后根据所提方案，采用拉格朗日乘数法和分支定界法进行模型求解，使5G网络资源均匀分配。采用此种方法可降低配电网保护通信过程中产生的延时。本发明外部设备可视为干扰的一部分，融入到数据传输速率的公式中，可优化外部可移动设备接入到本5G网络时产生的抖动延时，对外部干扰具有一定的鲁棒性。本发明通过采用一种5G切片接入的配电网保护优化方法，克服由5G低延时和抖动所导致配电网保护动作误动和拒动问题，实现配电网保护动作进一步精准，使整个配电网系统更加稳定安全的运行。运行。运行。


技术研发人员：于洋 章昊 谢民 王同文 汪伟 高博 丁津津 孙辉 邵庆祝 俞斌 张骏 汪勋婷 张峰
受保护的技术使用者：国网安徽省电力有限公司
技术研发日：2021.04.25
技术公布日：2022/9/1