CN113709751A - 电力配网用户的分级调度方法 - Google Patents

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何书耘
郑楚玉
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Abstract

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。

Description

电力配网用户的分级调度方法
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***的稳定可靠运行，就成为了电力***最重要的任务之一。而随着5G网络商用的越来越普及，电力***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***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***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***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***时间较短或在***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：
Figure BDA0003252841410000031
Figure BDA0003252841410000032
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；
Figure BDA0003252841410000033
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；
Figure BDA0003252841410000034
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)：
Figure BDA0003252841410000035
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
Figure BDA0003252841410000041
Figure BDA0003252841410000042
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；
Figure BDA0003252841410000043
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：
Figure BDA0003252841410000051
Figure BDA0003252841410000052
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；
Figure BDA0003252841410000053
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；
Figure BDA0003252841410000061
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
Figure BDA0003252841410000062
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)：
Figure BDA0003252841410000063
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
Figure BDA0003252841410000071
Figure BDA0003252841410000072
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；
Figure BDA0003252841410000073
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
Figure BDA0003252841410000074
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***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***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
Figure BDA0003252841410000081
附近变化的快慢程度，N越大，α(t)在
Figure BDA0003252841410000082
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
Figure BDA0003252841410000083
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。

Claims (6)

1.一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。
2.根据权利要求1所述的电力配网用户的分级调度方法，其特征在于步骤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。
3.根据权利要求2所述的电力配网用户的分级调度方法，其特征在于步骤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：
Figure FDA0003252841400000021
Figure FDA0003252841400000022
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；
Figure FDA0003252841400000023
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；
Figure FDA0003252841400000024
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。
4.根据权利要求3所述的电力配网用户的分级调度方法，其特征在于步骤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。
5.根据权利要求4所述的电力配网用户的分级调度方法，其特征在于步骤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。
6.根据权利要求5所述的电力配网用户的分级调度方法，其特征在于步骤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)：
Figure FDA0003252841400000025
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)：
Figure FDA0003252841400000031
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
Figure FDA0003252841400000034
Figure FDA0003252841400000032
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；
Figure FDA0003252841400000033
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。
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