一种基于信息年龄的电力系统供用电信息调度方法及系统
文献发布时间：2024-04-18 20:02:18
技术领域
本发明涉及电网量测技术领域，具体为一种基于信息年龄的电力系统供用电信息调度方法及系统。
背景技术
得益于5G和物联网的迅速发展，以及对能源效率和可再生能源的日益关注，智能电网成为了电力系统中颇有前景的发展方向。新型电力系统的特点在于其能源来源的多样性和可再生能源的接入。随着新能源接入电网，电力系统的运行变得更加复杂，因此信息的时效性变得尤为重要。供能和用能方的变化需要实时的监测和调整，以维持电力系统的稳定性和可靠性。
传统上，网络中常用的性能指标有带宽、时延、吞吐量等，这些指标虽然有助于理解通信系统的性能，但却无法提供有关信息的新鲜度的直接度量。信息年龄这一指标不仅考虑了数据包在链路传输中所花费的时间，还考虑了网络调度器指定的传输间隔，直接反映了信息的新鲜度。随着电网新能源介入导致全局供用电信息变化迅速，对于数据和信息的时效性要求变得越来越重要。在这种背景下，信息年龄为实时电力物联网系统提供了更全面的性能指标，成为一个关键概念。
近年，有许多研究探讨了网络中信息年龄的优化问题，主要考虑了不同类型的队列模型、数据包生成/到达过程、队列容量、信道模型等，致力于优化整个系统的性能。时隙调度用于规划电力物联网中各节点发送数据的顺序，通过时隙调度的方法，优化全局的信息年龄，这有效地提升网络中数据传输的及时性和准确性，是提升电网的一种重要手段。因此，基于信息年龄的电力系统时隙调度值得进一步研究。
发明内容
鉴于上述存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明解决的技术问题是：如何有效地实现实时监测、高效调度以及保证信息年龄在可调度范围内。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于信息年龄的电力系统供用电信息调度方法，包括：构造集中式的电网供用电信息实时监测系统，建立信息年龄的更新模型；
构建信息年龄有界的调度算法，检查网络调度的可行性，在可调度情况下更新相关参数并分配各节点的时隙；
被调度的各节点完成通信，分析所调度算法下信息年龄的上下界。
作为本发明所述的基于信息年龄的电力系统供用电信息调度方法的一种优选方案，其中：所述集中式的电网供用电信息实时监测系统包括：一个CCO中央节点和N个单跳智能量测设备节点；
将时间离散为一系列的等长时隙，每个智能量测设备节点根据自身的采样周期周期性地采集数据，并通过信道向CCO中央节点发送数据包，在一个时隙内，仅有一个发送信息的节点。
作为本发明所述的基于信息年龄的电力系统供用电信息调度方法方法的一种优选方案，其：：所述每个智能量测设备节点根据自身的采样周期周期性地采集数据包括，采样事件发生在时隙s
一个超帧内节点N
作为本发明所述的基于信息年龄的电力系统供用电信息调度方法的一种优选方案，其中：所述信息年龄的更新模型包括，
其中，G
其中，T
作为本发明所述的基于信息年龄的电力系统供用电信息调度方法方法的一种优选方案，其中：所述构建信息年龄有界的调度算法包括，在系统输入智能量测设备节点数量N根和各节点的采样周期T
在网络可调度的情况下，获得超帧的持续时长P
所述最小传输单元U
所述各节点N
所述超帧的持续时长P
作为本发明所述的基于信息年龄的电力系统供用电信息调度方法方法的一种优选方案，其中：所述判断网络的可调度性包括，考虑周期性节点分配的时隙以及非周期性节点的保留时隙；
每个最小传输单元U
当周期性节点分配的时隙以及非周期性节点的保留时隙不超过U
所述智能量测设备节点在时隙分配中，优先考虑采样周期较小的节点来确定其初始调度时隙IST，分配第一个未使用的时隙t作为IST，再相应地确定超帧剩余时隙中其余节点N
作为本发明所述的基于信息年龄的电力系统供用电信息调度方法方法的一种优选方案，其中：分析所述调度算法下信息年龄的上下界包括，所述调度算法下节点的信息年龄A
一种基于信息年龄的电力系统供用电信息调度系统，其特征在于：包括，
实时监测模块：构造集中式的电网供用电信息实时监测系统，建立信息年龄的更新模型；
调度算法模块：构建信息年龄有界的调度算法，检查网络调度的可行性，在可调度情况下更新相关参数并分配各节点的时隙；
调度结果分析模块：被调度的各节点完成通信，分析所调度算法下信息年龄的上下界。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。
本发明的有益效果：本发明中所考虑的信息年龄指标表征的是数据或信息从其生成到接收方可用之间的时间延迟，该指标直接地体现了信息的新鲜度。同时，不同于大多研究中优化网络的长期平均信息年龄，该调度算法将全局的供用电信息的信息年龄控制在一定区间内，可以满足电力网络在供用电信息采集场景下的高实时性需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明第一个实施例提供的一种基于信息年龄的电力系统供用电信息调度方法的整体流程图；
图2为本发明第一个实施例提供的一种基于信息年龄的电力系统供用电信息调度方法的详细流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
实施例1
参照图1、2，为本发明的一个实施例，提供了一种基于信息年龄的电力系统供用电信息调度方法，包括：
S1：构造集中式的电网供用电信息实时监测系统，建立信息年龄的更新模型。
所述集中式的电网供用电信息实时监测系统包括：一个CCO中央节点和N个单跳智能量测设备节点；
将时间离散为一系列的等长时隙，每个智能量测设备节点根据自身的采样周期周期性地采集数据，并通过信道向CCO中央节点发送数据包，在一个时隙内，仅有一个发送信息的节点。
所述每个智能量测设备节点根据自身的采样周期周期性地采集数据包括，采样事件发生在时隙s
一个超帧内节点N
所述信息年龄的更新模型包括，
其中，G
其中，T
进一步的，所述信息年龄的更新模型还可以根据电网供用电系统的实际情况进行调整和优化。例如，可以根据电网负荷、设备运行状态等因素动态调整采样周期和传输时隙，以实现更精确的实时监测和数据更新。此外，可以通过对历史数据进行分析，预测电网运行趋势，从而提前预警可能出现的问题，提高电网运行的安全性和稳定性。
S2：构建信息年龄有界的调度算法，检查网络调度的可行性，在可调度情况下更新相关参数并分配各节点的时隙。
所述构建信息年龄有界的调度算法包括，在系统输入智能量测设备节点数量N根和各节点的采样周期T
在网络可调度的情况下，获得超帧的持续时长P
所述最小传输单元U
所述各节点N
所述超帧的持续时长P
所述判断网络的可调度性包括，考虑周期性节点分配的时隙以及非周期性节点的保留时隙；
每个最小传输单元U
当周期性节点分配的时隙以及非周期性节点的保留时隙不超过U
进一步的，智能量测设备节点在时隙分配中，优先考虑采样周期较小的节点来确定其初始调度时隙IST，分配第一个未使用的时隙t作为IST，再相应地确定超帧剩余时隙中其余节点N
S3：被调度的各节点完成通信，分析所调度算法下信息年龄的上下界。
分析所述调度算法下信息年龄的上下界包括，所述调度算法下节点的信息年龄A
以上实施例中，还包括一种基于信息年龄的电力系统供用电信息调度系统，具体为：
实时监测模块：构造集中式的电网供用电信息实时监测系统，建立信息年龄的更新模型；
调度算法模块：构建信息年龄有界的调度算法，检查网络调度的可行性，在可调度情况下更新相关参数并分配各节点的时隙；
调度结果分析模块：被调度的各节点完成通信，分析所调度算法下信息年龄的上下界。
计算机设备可以是服务器。该计算机设备包括处理器、存储器、输入/输出接口(Input/Output，简称I/O)和通信接口。其中，处理器、存储器和输入/输出接口通过系统总线连接，通信接口通过输入/输出接口连接到系统总线。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储电力监控系统的数据集群数据。该计算机设备的输入/输出接口用于处理器与外部设备之间交换信息。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于信息年龄的电力系统供用电信息调度方法。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(MagnetoresistiveRandomAccessMemory，MRAM)、铁电存储器(FerroelectricRandomAccessMemory，FRAM)、相变存储器(PhaseChangeMemory，PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(StaticRandomAccessMemory，SRAM)或动态随机存取存储器(DynamicRandomAccessMemory，DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
实施例2
为本发明的一个实施例，提供了一种基于信息年龄的电力系统供用电信息调度方法及系统，为了验证本发明的有益效果，通过经济效益计算和仿真/对比实验进行科学论证。
以下是一个试验数据表格，用于比较本发明方法与现有技术方案在信息年龄上下界方面的表现，参考表1：
表1试验数据表格
可以看出，本发明方法在信息年龄上下界方面表现出优越性，相较于现有技术方案，本发明方法的信息年龄上下界更窄，有利于实时监测和数据更新；本发明方法的实时性指标明显高于现有技术方案，表明其在实时监测和数据更新方面的性能更优。
相较于现有技术方案，本发明方法在通信效率方面有显著提升，说明其在传输数据时的效率更高，有利于提高整个系统的运行效率。本发明方法在网络负载适应性方面表现优异，相较于现有技术方案，其在不同负载条件下的稳定性更好。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。