面向数字孪生的虚拟电厂通信故障监测与控制增强方法技术

本发明专利技术提出面向数字孪生的虚拟电厂通信故障监测与控制增强方法，包括以下步骤：步骤S1、设计基于数字孪生的虚拟电厂通信网络体系架构；根据虚拟电厂多级业务需求，将于数字孪生的虚拟电厂通信体系架构分为感知层、接入层、骨干层、控制中心以及调度中心，构建基于5G的虚拟电厂通信网络，实现虚拟电厂交易运营和虚拟电厂的两级协调控制；步骤S2、基于通信规约行为监测对通信故障进行识别和定位；步骤S3、面向虚拟电厂的5G时延感知问题采用通信控制增强方法，包括：降低空口接入时延，降低承载网时延前传，减少核心网时延，基于NFV和SDN实现网络切片，利用端到端5G网络切片技术提供通信质量保证；本发明专利技术能针对虚拟电厂通信系统设计网络切片方法。计网络切片方法。计网络切片方法。

【技术实现步骤摘要】
面向数字孪生的虚拟电厂通信故障监测与控制增强方法


[0001]本专利技术涉及虚拟化
，尤其是面向数字孪生的虚拟电厂通信故障监测与控制增强方法。

技术介绍

[0002]虚拟电厂的运行需要借助通信技术实现分布式电源的聚合和协调优化，其中通信系统在虚拟电厂进行“源—网—荷—储”的协调控制中担负重要任务，需要传输大量采集、监测和控制数据，且要求通信系统高可靠、低时延，因此先进的通信技术对于实现VPP的协调优化至关重要。
[0003]虚拟电厂要求高速、双向、宽带、自治的通信系统，支持多业务的灵活接入，提供“即插即用”式的虚拟电厂信息通信保障，对通信系统的带宽、实时性、可靠性和安全性要求浮动范围宽广。现有的物理设备和通信协议在虚拟电厂综合应用的许多方面尚不能完全满足。
[0004]为了实现内部DER及VPP间的协调优化，先进的通信技术至关重要，该技术在控制中心与区域内各单元之间建立双向通信通道，保证数据传输的质量。虚拟电厂调控功能均依赖通信网实现数据传输，而数据大多数涉及采集、状态监测和控制类，要求具有较严格的实时性、可靠性和安全性；用户分散、数量多，传统有线通信施工难度大，2G、3G、4G无线通信无法满足低时延要求；精准负荷调控要求毫秒级时延，5G能够良好地满足该类需求。
[0005]5G具备大连接、高速率、低时延等特点，通过新空口波形设计、下沉部署、超高可靠与低时延通信（Ultra
‑
Reliable and Low Latency Communications，uRLLC）网络切片等技术实现毫秒级时延。基于5G无线通信的突出优势，其可以为虚拟电厂不同业务场景提供高带宽、高可靠性、低时延、安全等质量可保障的虚拟专用网络，可以很好地满足虚拟电厂应用场景的调控需求，可以根据用户需求提供个性化服务。
[0006]5G核心网采用基于服务的架构（Service Based Architecture，SBA）。SBA架构借鉴IT领域的“微服务”设计理念，将网络功能定义为多个相对独立可被灵活调用的服务模块。因此运营商可以按照业务需求进行灵活定制组网，并可以通过定制“切片”以适应不同场景。
[0007]网络切片（Network Slicing）是将物理网络划分为多个虚拟网络，各虚拟网络根据时延、带宽、安全性和可靠性不同的服务需求来划分，以适应不同的应用场景。网络切片通过网络功能虚拟化（Network Function Virtualization，NFV）和软件定义网络（Software Defined Network，SDN）实现，各种垂直应用需要端到端网络切片。5G的应用场景多样化，如宽带、大规模、安全性、时延性、可靠性等，通过不同的网络切片定制适应各种场景，利用切片网络划分替代专用物理网络部署以节省费用。然而如何针对虚拟电厂通信系统设计网络切片方法，仍是需要研究解决的问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术提出面向数字孪生的虚拟电厂通信故障监测与控制增强方法，能针对虚拟电厂通信系统设计网络切片方法。
[0009]本专利技术采用以下技术方案。
[0010]面向数字孪生的虚拟电厂通信故障监测与控制增强方法，包括以下步骤：步骤S1、设计基于数字孪生的虚拟电厂通信网络体系架构；根据虚拟电厂多级业务需求，将于数字孪生的虚拟电厂通信体系架构分为感知层、接入层、骨干层、控制中心以及调度中心，构建基于5G的虚拟电厂通信网络，实现虚拟电厂交易运营体系的5G技术信息安全、数据采集、指令下发，实现虚拟电厂交易运营和虚拟电厂的两级协调控制；步骤S2、基于通信规约行为监测对通信故障进行识别和定位；步骤S3、面向虚拟电厂的5G时延感知问题采用通信控制增强方法，包括：通过缩短传输时间间隔TTI、增强调度算法来降低空口接入时延，通过采用采用全光网以降低承载网时延前传，通过优化转发路由、减少映射复用层次以及网络下沉让用户就近访问的手段实现减少核心网时延，基于 NFV和SDN实现网络切片，利用端到端5G网络切片技术提供通信质量保证。
[0011]步骤S2中，通过通信规约的解析和应用数据的提取、通信异常现象的识别、遥测越变的判别、遥信变位统计、遥控操作统计，来发现通信中是否存在通信故障，确定误、漏报原因，以及时发现系统中存在的问题或缺陷，发现通信中发生的遥测越变和不刷新现象，并定位异常所在的遥测点号；从而消除通信系统存在的安全隐患，提高系统安全稳定运行的水平。
[0012]所述通信规约的解析和应用数据的提取，是指通过解析通信规约的通信过程和报文结构，识别出遥测数据、遥信变位数据和遥控操作数据，以及这些数据的信息点号。
[0013]所述通信异常现象的识别，是指依据通信规约的要求，能发现不符合规约要求的通信行为和全部通信错误现象，包括报文误发、通信异常、信息丢失。
[0014]所述遥测越变的判别，采用三点斜率比较法的算法，依据信息点号持续监视同一点号的遥测数据，并实时计算当前点与前一点的斜率，当相邻两个斜率的差值超过设定的阀值时，认为出现遥测越变，其中，当不同点号的遥测越变可能存在不同的越变阀值时，则需要对不同点号单独设置。
[0015]所述遥控操作统计，是指监视遥控操作的过程，记录遥控操作的开始时间、操作对象、操作结论和结束时间，按操作对象和操作结论进行分类统计或完全统计。
[0016]所述通信规约包括IEC61850、IEC60870
‑5‑
104及各省的兼容版本、IEC60870
‑5‑
101及各省的兼容版本、IEC60870
‑5‑
103及各厂家的兼容版本、CDT、南瑞科技网络103规约、南瑞继保网络103规约、国电南自网络103规约、北京四方网络103规约。
[0017]在步骤S1中，构建基于5G符合能源互联网和电力物联网要求的新型虚拟电厂交易运营形态。
[0018]所述步骤S1的虚拟电厂通信网络中，虚拟电厂的终端（风能、光伏等分布式能源、储能设备、可控负荷）通过5G客户前置设备CPE或嵌入式5G 通信模块接入5G基站，5G基站再通过光纤传输接入5G核心网，最终通过5G或专线将终端采集的数据传输至虚拟电厂调控中
心；5G核心网采用基于服务的架构SBA和SA；虚拟电厂利用5G通信网络为分布式能源、储能、可控负荷终端的调控提供数据传输通道；所述虚拟电厂的终端包括分布式能源、储能设备、可控负荷；所述分布式能源包括风能、光伏。
[0019]所述步骤S3中，利用端到端5G网络切片技术提供通信质量保证，其实现方法包括两种具体方案，方案一是调控中心通过对分布式能源、储能、可控负荷的调控，借助端到端的5G网络切片实现；即面向虚拟电厂调控需求，根据分布式能源、储能、可控负荷业务调控中不同用户的质量要求部署不同切片，所述切片的部署与定制一方面根据用户需求分配资源，提供个性化的网络切片服务；另一方面为网络切片运行提供安全隔离；为实现快速调度，首选5G的uRLLC、eMBB场景切片，根据用户需求不同分配本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.面向数字孪生的虚拟电厂通信故障监测与控制增强方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1、设计基于数字孪生的虚拟电厂通信网络体系架构；根据虚拟电厂多级业务需求，将于数字孪生的虚拟电厂通信体系架构分为感知层、接入层、骨干层、控制中心以及调度中心，构建基于5G的虚拟电厂通信网络，实现虚拟电厂交易运营体系的5G技术信息安全、数据采集、指令下发，实现虚拟电厂交易运营和虚拟电厂的两级协调控制；步骤S2、基于通信规约行为监测对通信故障进行识别和定位；步骤S3、面向虚拟电厂的5G时延感知问题采用通信控制增强方法，包括：通过缩短传输时间间隔TTI、增强调度算法来降低空口接入时延，通过采用采用全光网以降低承载网时延前传，通过优化转发路由、减少映射复用层次以及网络下沉让用户就近访问的手段实现减少核心网时延，基于 NFV和SDN实现网络切片，利用端到端5G网络切片技术提供通信质量保证。2.根据权利要求1所述的面向数字孪生的虚拟电厂通信故障监测与控制增强方法，其特征在于：步骤S2中，通过通信规约的解析和应用数据的提取、通信异常现象的识别、遥测越变的判别、遥信变位统计、遥控操作统计，来发现通信中是否存在通信故障，确定误、漏报原因，以及时发现系统中存在的问题或缺陷，发现通信中发生的遥测越变和不刷新现象，并定位异常所在的遥测点号；从而消除通信系统存在的安全隐患，提高系统安全稳定运行的水平。3.根据权利要求2所述的面向数字孪生的虚拟电厂通信故障监测与控制增强方法，其特征在于：所述通信规约的解析和应用数据的提取，是指通过解析通信规约的通信过程和报文结构，识别出遥测数据、遥信变位数据和遥控操作数据，以及这些数据的信息点号。4.根据权利要求2所述的面向数字孪生的虚拟电厂通信故障监测与控制增强方法，其特征在于：所述通信异常现象的识别，是指依据通信规约的要求，能发现不符合规约要求的通信行为和全部通信错误现象，包括报文误发、通信异常、信息丢失。5.根据权利要求2所述的面向数字孪生的虚拟电厂通信故障监测与控制增强方法，其特征在于：所述遥测越变的判别，采用三点斜率比较法的算法，依据信息点号持续监视同一点号的遥测数据，并实时计算当前点与前一点的斜率，当相邻两个斜率的差值超过设定的阀值时，认为出现遥测越变，其中，当不同点号的遥测越变可能存在不同的越变阀值时，则需要对不同点号单独设置。6.根据权利要求2所述的面向数字孪生的虚拟电厂通信故障监测与控制增强方法，其特征在于：所述遥控操作统计，是指监视遥控操作的过程，记录遥控操作的开始时间、操作对象、操作结论和结束时间，按操作对象和操作结论进行分类统计或完全统计。7.根据权利要求2所述的面向数字孪生的虚拟电厂通信故障监测与控制增强方法，其特征在于：所述通信规约包括IEC61850、IEC60870
‑5‑
104及各省的兼容版本、IEC60870
‑5‑
101及各省的兼容版本、IEC60870
‑5‑
103及各厂家的兼容版本...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐元春，夏炳森，林文钦，冷正龙，陈卓琳，周钊正，李翠，张章煌，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：