本發(fā)明涉及一種電力通信耦合網(wǎng)絡(luò)感傳算控一體化方法、系統(tǒng)、裝置，屬于電通信。

背景技術(shù)：

1、目前，隨著6g、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、霧計(jì)算等先進(jìn)信息通信技術(shù)發(fā)展，智能電網(wǎng)開始向源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)協(xié)同互動(dòng)的新范式演進(jìn)。電力系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制越發(fā)離不開光伏、儲(chǔ)能、可控負(fù)荷等電力設(shè)備狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)感知、可靠傳輸與高效計(jì)算。電力域系統(tǒng)穩(wěn)定性逐漸與通信域信息的交互時(shí)效性、可靠性緊密耦合。一方面，通信域需要根據(jù)電力域運(yùn)行需求動(dòng)態(tài)適配感知、傳輸與計(jì)算資源，為電力域控制優(yōu)化提供高時(shí)效、高可靠的數(shù)據(jù)通道。另一方面，電力域需要根據(jù)通信域運(yùn)行狀態(tài)設(shè)計(jì)高效、魯棒的控制算法，避免信息時(shí)滯與虛假數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)擴(kuò)散至電力域引起錯(cuò)誤控制指令、引起系統(tǒng)控制震蕩。

2、感傳算控一體化是實(shí)現(xiàn)電力通信耦合系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要技術(shù)。通過系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)感知、信息傳輸、數(shù)據(jù)計(jì)算、控制優(yōu)化四個(gè)子系統(tǒng)的閉環(huán)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)電力通信雙域的狀態(tài)變化快速感知，可以減少電壓波動(dòng)、提升運(yùn)行和控制的穩(wěn)定性。同時(shí)，aoi(age?ofinformation,信息年齡)被廣泛用于衡量各裝置的信息時(shí)效性，其表征了接收裝置所接收的最新狀態(tài)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生時(shí)刻與當(dāng)前時(shí)刻的偏差值。利用aoi驅(qū)動(dòng)感傳算控一體化的優(yōu)化，能夠提升裝置對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)認(rèn)知的及時(shí)性和電力通信雙域調(diào)控決策優(yōu)化的準(zhǔn)確性、適配性。海量源-荷-儲(chǔ)資源的多點(diǎn)、分散接入，也使一致性控制作為一種去中心化、分布式的控制方式得到了廣泛的應(yīng)用。

3、因此，如何利用時(shí)效性驅(qū)動(dòng)電力通信耦合網(wǎng)絡(luò)感傳算控一體化是關(guān)鍵科學(xué)問題，目前傳統(tǒng)的優(yōu)化技術(shù)主要面臨以下挑戰(zhàn)：

4、第一，現(xiàn)有研究缺乏對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)變化在通信和電力領(lǐng)域之間傳播路徑的深入分析，將感傳算和控制視為兩個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，沒有利用感傳算和控制間的聯(lián)動(dòng)互補(bǔ)能力。在優(yōu)化整體控制的aoi時(shí)，單向、孤立地分析通信和電力領(lǐng)域的每個(gè)環(huán)節(jié)可能導(dǎo)致最終綜合優(yōu)化的結(jié)果較差，難以保障數(shù)據(jù)的精確感知、實(shí)時(shí)傳輸、高效計(jì)算，不適用于復(fù)雜的電力通信耦合系統(tǒng)。

5、第二，感知和傳輸?shù)鸟詈详P(guān)系非常復(fù)雜，降低采樣周期會(huì)增加加密、傳輸、計(jì)算的隊(duì)列積壓，進(jìn)而增大aoi；傳輸存在帶寬限制，裝置間的傳輸會(huì)競(jìng)爭(zhēng)傳輸資源，分配不當(dāng)可能造成aoi增大或傳輸資源的浪費(fèi)。因此，需要充分考慮感知與傳輸之間的耦合關(guān)系，設(shè)計(jì)靈活可變、資源利用充分的學(xué)習(xí)和反饋機(jī)制。

6、第三，傳統(tǒng)的一致性控制大多在收斂時(shí)采用固定權(quán)重。固定權(quán)重沒有考慮耦合系統(tǒng)中信息時(shí)效性與可信度的差異性與波動(dòng)性，缺少面對(duì)某個(gè)低時(shí)效性和低可信度信息裝置的應(yīng)對(duì)方案。因此，應(yīng)當(dāng)考慮在每輪學(xué)習(xí)中使用aoi更新權(quán)重，以彌補(bǔ)低時(shí)效性和低可信度信息帶來的學(xué)習(xí)性能損失和收斂性能下降。

7、有鑒于上述的缺陷，本發(fā)明以期創(chuàng)設(shè)一種電力通信耦合網(wǎng)絡(luò)感傳算控一體化方法、系統(tǒng)、裝置，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種電力通信耦合網(wǎng)絡(luò)感傳算控一體化方法、系統(tǒng)、裝置。

2、本發(fā)明的一種電力通信耦合網(wǎng)絡(luò)感傳算控一體化方法，具體步驟為：

3、建立電力通信耦合網(wǎng)絡(luò)的感傳算控一體化模型，包括信息時(shí)效性模型和控制模型；

4、基于上述模型，提出電力通信耦合網(wǎng)絡(luò)的感傳算控一體化優(yōu)化問題，并對(duì)電力通信耦合網(wǎng)絡(luò)的感傳算控一體化優(yōu)化問題建模；

5、提出一種基于self-penalty?dac的感傳協(xié)同優(yōu)化算法對(duì)上述電力通信耦合網(wǎng)絡(luò)的感傳算控一體化優(yōu)化問題進(jìn)行求解；

6、最后，引入aoti作為新的時(shí)效性指標(biāo)，以考量裝置性能損失差異和信息時(shí)效性的影響，對(duì)一致性控制權(quán)重進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)收斂速度和精度的提高，達(dá)到電力通信耦合網(wǎng)絡(luò)感傳算控一體化。

7、進(jìn)一步的，所述信息時(shí)效性模型為：

8、接收裝置j在t時(shí)刻的aoi定義為j所接收的最新狀態(tài)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生時(shí)刻與當(dāng)前時(shí)刻t的偏差值；裝置j接收的裝置j′狀態(tài)數(shù)據(jù)的aoi表示為：

9、

10、式中，代表裝置j′最近收到數(shù)據(jù)包的時(shí)刻，aoi用于衡量裝置j′狀態(tài)信息的時(shí)效性。

11、進(jìn)一步的，所述控制模型為：

12、定義虛假數(shù)據(jù)注入攻擊發(fā)生指示變量為表示裝置j收到j(luò)′的第k次觸發(fā)的控制信息無法有效抵御fdi攻擊；的取值判斷依據(jù)為：

13、

14、式中，是指示函數(shù)，括號(hào)內(nèi)表達(dá)式為真則取1，為假則取0；ι表示攻擊強(qiáng)度，表示裝置j使用第m檔加密強(qiáng)度對(duì)第k次觸發(fā)的狀態(tài)數(shù)據(jù)加密，表示裝置j收到裝置j′的第k次觸發(fā)的信息使用第o檔加密強(qiáng)度的安全性；計(jì)及aoi和fdi攻擊的pi一致性二次控制模型表示為：

15、

16、式中，和gj(t)都是權(quán)重系數(shù)。zj(t)是輔助中間變量，反映各裝置時(shí)刻t狀態(tài)變量的收斂情況；的梯度；表示數(shù)據(jù)包序號(hào)集合；表示fdi攻擊注入的虛假信息。

17、進(jìn)一步的，所述電力通信耦合網(wǎng)絡(luò)的感傳算控一體化優(yōu)化問題的優(yōu)化目標(biāo)為通過聯(lián)合優(yōu)化采樣周期、加密強(qiáng)度、信道分配、解密計(jì)算資源分配和一致性權(quán)重，最小化所有母線的整體電壓偏差，實(shí)現(xiàn)負(fù)載功率在智能微電網(wǎng)各分布式電源之間的合理分配。

18、進(jìn)一步的，所述電力通信耦合網(wǎng)絡(luò)的感傳算控一體化優(yōu)化問題建模為：

19、

20、式中，分別表示采樣周期、加密強(qiáng)度、信道分配變量、解密計(jì)算資源和pi一致性權(quán)重的優(yōu)化變量集合；c1表示各裝置的電壓偏差相等，即功率嚴(yán)格按下垂系數(shù)的反比分配；c2是帶寬約束，表明分配給所有裝置的的信道個(gè)數(shù)bj(t)不能超過上限cmax；c3是計(jì)算資源約束，表明裝置j為所有相鄰裝置分配的解密計(jì)算資源不能超過上限c4表示pi一致性變量和相關(guān)中間變量的權(quán)重約束。

21、進(jìn)一步的，所述基于self-penalty?dac的感傳協(xié)同優(yōu)化算法的每個(gè)優(yōu)化時(shí)隙長(zhǎng)度為t0，序號(hào)為l。裝置j根據(jù)控制偏差以及感知傳輸資源失配所產(chǎn)生自我懲罰項(xiàng)pj(l)，并基于其構(gòu)建成本函數(shù)cj(l)，表示為

22、

23、式中，v是電力域控制性能和通信域資源適配的折中系數(shù)。

24、進(jìn)一步的，所述引入aoti作為新的時(shí)效性指標(biāo)，以考量裝置性能損失差異和信息時(shí)效性的影響，對(duì)一致性控制權(quán)重進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)收斂速度和精度的提高的步驟為：

25、可信信息年齡定義為裝置j上裝置j′信息的aoi關(guān)于時(shí)間的遞增損失函數(shù)和關(guān)于安全性的遞減函數(shù)的乘積，可以同時(shí)衡量裝置信息時(shí)效性與可信性對(duì)調(diào)控的影響，具體表示為：

26、

27、上式第一項(xiàng)采用岡帕茲函數(shù)gompertz?function描述aoi對(duì)控制穩(wěn)定性的影響；式中αj和βj用來調(diào)節(jié)aoi增加導(dǎo)致控制穩(wěn)定性裕度損失的變化速率；

28、在此基礎(chǔ)上，基于aoti的一致性控制權(quán)重定義為：

29、

30、這樣，高時(shí)效、高可靠的控制信息在一致性收斂過程中具有更高的權(quán)重，避免了通信域資源分配性能偏差在電力域中的擴(kuò)散，提高一致性收斂的速度和精度。

31、一種電力通信耦合網(wǎng)絡(luò)感傳算控一體化系統(tǒng)，包括多個(gè)感傳算控一體化裝置，電網(wǎng)中每個(gè)需要控制的電氣設(shè)備都配備一個(gè)一體化裝置，以進(jìn)行電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信息的感知、傳輸、計(jì)算，并在考慮fdi虛假數(shù)據(jù)注入攻擊的情況進(jìn)行一致性控制和迭代，裝置間可以相互傳輸信息，并通過當(dāng)前傳輸過程的aoti進(jìn)行一致性控制的優(yōu)化。

32、一種電力通信耦合網(wǎng)絡(luò)感傳算控一體化裝置，包括：

33、建模模塊：用于建立電力通信耦合網(wǎng)絡(luò)的感傳算控一體化模型，包括信息時(shí)效性模型和控制模型；

34、問題建模模塊：用于基于上述模型，提出電力通信耦合網(wǎng)絡(luò)的感傳算控一體化優(yōu)化問題，并對(duì)電力通信耦合網(wǎng)絡(luò)的感傳算控一體化優(yōu)化問題建模；

35、求解模塊：用于提出一種基于self-penalty?dac的感傳協(xié)同優(yōu)化算法對(duì)上述電力通信耦合網(wǎng)絡(luò)的感傳算控一體化優(yōu)化問題進(jìn)行求解；

36、優(yōu)化模塊：用于引入aoti作為新的時(shí)效性指標(biāo)，以考量裝置性能損失差異和信息時(shí)效性的影響，對(duì)一致性控制權(quán)重進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)收斂速度和精度的提高，達(dá)到電力通信耦合網(wǎng)絡(luò)感傳算控一體化。

37、進(jìn)一步的，所述建模模塊中，時(shí)效性模型為：

38、接收裝置j在t時(shí)刻的aoi定義為j所接收的最新狀態(tài)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生時(shí)刻與當(dāng)前時(shí)刻t的偏差值；裝置j接收的裝置j′狀態(tài)數(shù)據(jù)的aoi表示為：

39、

40、式中，代表裝置j′最近收到數(shù)據(jù)包的時(shí)刻，aoi用于衡量裝置j′狀態(tài)信息的時(shí)效性。

41、進(jìn)一步的，所述建模模塊中，控制模型為：

42、定義虛假數(shù)據(jù)注入攻擊發(fā)生指示變量為表示裝置j收到j(luò)′的第k次觸發(fā)的控制信息無法有效抵御fdi攻擊；的取值判斷依據(jù)為：

43、

44、式中，是指示函數(shù)，括號(hào)內(nèi)表達(dá)式為真則取1，為假則取0；ι表示攻擊強(qiáng)度，表示裝置j使用第m檔加密強(qiáng)度對(duì)第k次觸發(fā)的狀態(tài)數(shù)據(jù)加密，表示裝置j收到裝置j′的第k次觸發(fā)的信息使用第o檔加密強(qiáng)度的安全性；計(jì)及aoi和fdi攻擊的pi一致性二次控制模型表示為：

45、

46、式中，和gj(t)都是權(quán)重系數(shù)。zj(t)是輔助中間變量，反映各裝置時(shí)刻t狀態(tài)變量的收斂情況；為的梯度；表示數(shù)據(jù)包序號(hào)集合；表示fdi攻擊注入的虛假信息。

47、借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

48、1.本發(fā)明建立了時(shí)效性損失在計(jì)算、控制環(huán)節(jié)疊加的準(zhǔn)確表達(dá)式，構(gòu)建了時(shí)效性損失在不同電力域運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)電氣控制的影響模型。所提算法以時(shí)效性演進(jìn)以及時(shí)效性損失對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響為驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行感、傳、算、控各環(huán)節(jié)的主動(dòng)優(yōu)化，打破了傳統(tǒng)感傳算和控制等環(huán)節(jié)的序貫執(zhí)行、單向傳遞、被動(dòng)響應(yīng)、相對(duì)孤立的優(yōu)化模式，提升了系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性；

49、2.本發(fā)明提出基于自我懲罰dac的感傳協(xié)同優(yōu)化算法，深入挖掘了電力域網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)轉(zhuǎn)移引起數(shù)據(jù)感知、傳輸需求變化的傳播路徑，使得裝置能夠根據(jù)電力域運(yùn)行狀態(tài)自適應(yīng)調(diào)整數(shù)據(jù)采樣周期與帶寬分配，量化通信域資源分配與業(yè)務(wù)需求的失配程度，并基于此更新dac網(wǎng)絡(luò)，有效解決傳輸資源浪費(fèi)與不足并存的矛盾；

50、3.本發(fā)明所構(gòu)建的可信信息年齡指標(biāo)從信息時(shí)效性和可信度兩個(gè)角度量化了通信域?qū)﹄娏τ蚩刂品€(wěn)定性裕度的非線性影響?；诳尚判畔⒛挲g優(yōu)化一致性控制權(quán)重，使得各裝置能夠根據(jù)橫向裝置間、指標(biāo)間的差異性，以及縱向時(shí)間上性能波動(dòng)性來調(diào)整控制策略。高時(shí)效、高可信度的裝置控制信息將在控制優(yōu)化中占據(jù)主導(dǎo)地位，提升一致性收斂的速度和準(zhǔn)確度。

51、上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。