在智能电网中考虑通信安全的中继功率分配和定价方法技术

本发明专利技术公开了在智能电网中考虑通信安全的中继功率分配和定价方法，属于智能电网中通信网络优化技术领域，包括：获取第一初始参数、第二初始参数，第二初始参数包括干扰单价初值；根据第一初始参数，构建电力通信网络模型；根据第二初始参数，构建异构网络模型；根据逆向求解法，对作为跟随层的电力通信网络模型进行鲁棒控制的分布式迭代处理，得到中继功率分配比例；对作为领导层的异构网络进行梯度下降法处理，得到最优的干扰单价；将干扰单价初值代入跟随层的电力通信网络模型，对作为跟随层的电力通信网络模型再次进行鲁棒控制的分布式迭代处理，得到最优的中继功率分配比例；达到降低电力公司成本，同时增加异构网络的收益。益。益。

【技术实现步骤摘要】
在智能电网中考虑通信安全的中继功率分配和定价方法


[0001]本专利技术属于智能电网中通信网络优化
，尤其涉及在智能电网中考虑通信安全的中继功率分配和定价方法。

技术介绍

[0002]智能电网采用一种分层通信体系，包括家域网、邻域网和广域网，在分层通信网络中，数据集中器单元(DAU)分别向电力公司和用户传输测量数据和控制命令。由于大量数据的同时传输，DAU会发生拥塞现象，会造成大量数据包丢失，增加AGC服务的成本，网内外针对网络资源分配也建立了很多的模型，并且通过优化算法对模型进行优化，自动发电控制(AGC)由于充足的容量和灵活性被广泛应用于调节服务。
[0003]智能电网是一个完全自动化的供电系统，它能对每一个用户和节点都能进行实时监控，统一智能电网最早是美国提出的计划，统一智能电网的最根本的目的是满足所有用户的用电需求并且帮助用户减小用电成本，随着经济全球化的发展，人们对于智能电网的需求也愈来强烈，电网的需求侧(包括用电网和配电网)作为电网的一部分，存在着大量的电能浪费和丢失，因此在电网需求侧实施资源管理,减少电能的浪费、提高电能的传输效率变得非常迫切，因此就需要借助先进的通信技术，动态需求响应的需求侧管理能够获得用户的实时用电需求、用电量等信息,可以引导用户去自主调节用电需求，达到平衡电网电能供需、降低电能浪费、缓解供电压力的目的。
[0004]智能电网与传统的电网相比，在安全性和可靠性上都提出了更高的要求，因此，合理的资源分配和优化在智能电网的需求侧响应中是非常重要的。通过资源的合理分配可以提高资源的利用效率，得到更合理均衡的需求指标，为了达到期望的效果，很多先进的通信技术应用于智能电网的需求侧响应中，其中，认知无线电被提出来解决频谱稀缺的问题，它能减小通信网络的中断概率，增加空闲频谱的利用率。很多AGC服务是用于保证电力传输、系统稳定、提高电能质量的服务，考虑采用暖通空调来提供负荷跟随服务的直接负荷控制方案，通过数据包丢失率定义了AGC服务的成本模型。针对异构网络，国内外学者研究了含多用户、多监听者的双层异构网络的用户鲁棒通信与信息安全传输问题，提出基于非合作博弈的异构网络安全传输方案，借助于家庭基站的干扰能力，对Eves产生更大的抑制能力，并且设计了统计信道状态信息(CSI)和瞬时CSI两种场景下的信息安全传输算法，提高系统的安全性能。
[0005]基于此，在上述的研究中，协作中继可以减小数据包丢失率，减小电力公司成本，并且EPC网络和异构网络都是分开来研究的，然而，合作中继为电力通信网络(EPC)传输信息的同时，也会对异构网络造成干扰，进一步理解，合作中继的引入既能减小电力公司成本，又能使异构网络更安全，此外，在通信网络中，信道增益是不稳定的，信道增益的不稳定性会给系统带来误差，因此，为保证EPC网络的服务质量，引入了网关的中断概率约束条件，在统计CSI下来获取确定的信道增益，在本项工作中,我们研究了多个EPC网络在异构网络的覆盖范围密集部署时的功率分配和干扰定价问题，并且考虑了EPC网络和异构网络的跨
层干扰，中继功率分配比例和干扰定价的相互作用被称为斯塔克尔伯格博弈，异构网络是领导者，EPC网络是跟随者，此外，我们通过直接负荷控制误差的统计分析和引入干扰单价建立了总的电力公司成本模型，同时，通过网络安全收益和干扰定价建立了异构网络的效用函数，在EPC网络的电力公司成本最小化和异构网络的效用最大化做出一个权衡。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了解决上述缺陷，提出在智能电网中考虑通信安全的中继功率分配和定价方法。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0008]在智能电网中考虑通信安全的中继功率分配和定价方法，包括：
[0009]获取第一初始参数、第二初始参数，第二初始参数包括干扰单价初值；
[0010]根据第一初始参数，以总电力公司成本最小化为目标，构建电力通信网络模型；
[0011]根据第二初始参数，以最大化异构网络的安全收益为目标，构建异构网络模型；
[0012]根据逆向求解法，对作为跟随层的电力通信网络模型进行鲁棒控制的分布式迭代处理，得到中继功率分配比例；
[0013]对作为领导层的异构网络进行梯度下降法处理，得到最优的干扰单价；
[0014]将干扰单价初值代入跟随层的电力通信网络模型，对作为跟随层的电力通信网络模型再次进行鲁棒控制的分布式迭代处理，得到最优的中继功率分配比例。
[0015]本专利技术的进一步改进在于：所述第一初始参数包括达数据集中器单元(DAU)的速率、网关到用户的正确传输概率、到达数据集中器单元(DAU)到网关的发射功率、中继到网关的功率、授权基站(MBS)的传输功率、电力公司自动发电控制(AGC)服务的成本单价、拟合系数、直接负荷误差、帮助数据集中器单元(DAU)传输数据的中继功率分配比例和异构网络需要支付给中继的报酬，第二初始参数还包括目标中断阈值、网关的门槛信噪比(SINR)、MUE(授权用户)接收来自MBS的SINR，高斯白噪声的方差、MUE的安全收益以及异构网络的支付报酬。
[0016]本专利技术的进一步改进在于：所述根据第一初始参数，以总电力公司成本最小化为目标，构建电力通信网络模型包括：
[0017]采用一种温度优先级控制,聚合负荷按室内温度排列，当室内处于低温时开负荷有高的优先级关闭，当室内处于高温时关负荷有高的优先级开启；负荷将有序地被打开或关闭使负荷可以跟随电力公司自动发电控制AGC信号和基线负载相结合的参考信号；
[0018]定义数据包丢失率P
r
，其中P
r
为5％时，用MATLAB仿真获取负荷控制策略的跟踪误差分布，跟踪误差服从正态分布；
[0019]设定要求提供的辅助服务的概率需大于等于99％，电力公司就需购买μ+3σMW的电力公司自发电控制(AGC)服务，由于在正态分布下P(μ3σ≤x≤μ+3σ)≥99％，得到AGC服务的电力平均成本为：
[0020]Z＝P
a
(μ+Tσ)
[0021]其中，p
a
为电力公司自动发电控制服务的单价，μ为负荷控制跟踪误差的期望值，σ为负荷控制跟踪误差的标准差值；
[0022]将数据包丢失率P
r
从1％，2％变化到10％，利用MATLAB得到拟合期望和数据包丢
失率之间的函数关系：
[0023]μ＝AP
r
‑
B
[0024]得到标准差和数据包丢失率之间的函数关系：
[0025]σ＝CP
r
‑
D
[0026]其中，A、B、C、D为常数且MATLAB中的拟合系数；
[0027]建立电力公司自动发电控制(AGC)服务成本与数据包丢失率的关系：
[0028]Z
i
＝P
a
{(A+TC)P
r
‑
(B+T本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.在智能电网中考虑通信安全的中继功率分配和定价方法，其特征在于，包括：获取第一初始参数、第二初始参数，第二初始参数包括干扰单价初值；根据第一初始参数，以总电力公司成本最小化为目标，构建电力通信网络模型；根据第二初始参数，以最大化异构网络的安全收益为目标，构建异构网络模型；根据逆向求解法，对作为跟随层的电力通信网络模型进行鲁棒控制的分布式迭代处理，得到中继功率分配比例；对作为领导层的异构网络进行梯度下降法处理，得到最优的干扰单价；将干扰单价初值代入跟随层的电力通信网络模型，对作为跟随层的电力通信网络模型再次进行鲁棒控制的分布式迭代处理，得到最优的中继功率分配比例。2.根据权利要求1所述的在智能电网中考虑通信安全的中继功率分配和定价方法，其特征在于，所述第一初始参数包括达数据集中器单元(DAU)的速率、网关到用户的正确传输概率、到达数据集中器单元(DAU)到网关的发射功率、中继到网关的功率、授权基站(MBS)的传输功率、电力公司自动发电控制(AGC)服务的成本单价、拟合系数、直接负荷误差、帮助数据集中器单元(DAU)传输数据的中继功率分配比例和异构网络需要支付给中继的报酬，第二初始参数还包括目标中断阈值、网关的门槛信噪比(SINR)、MUE(授权用户)接收来自MBS的SINR，高斯白噪声的方差、MUE的安全收益以及异构网络的支付报酬。3.根据权利要求2所述的在智能电网中考虑通信安全的中继功率分配和定价方法，其特征在于，所述根据第一初始参数，以总电力公司成本最小化为目标，构建电力通信网络模型包括：采用一种温度优先级控制,聚合负荷按室内温度排列，当室内处于低温时开负荷有高的优先级关闭，当室内处于高温时关负荷有高的优先级开启；负荷将有序地被打开或关闭使负荷可以跟随电力公司自动发电控制(AGC)信号和基线负载相结合的参考信号；定义数据包丢失率P
r
，其中P
r
为5％时，用MATLAB仿真获取负荷控制策略的跟踪误差分布，跟踪误差服从正态分布；设定要求提供的辅助服务的概率需大于等于99％，电力公司就需购买μ+3σMW的电力公司自发电控制(AGC)服务，由于在正态分布下P(μ
‑
3σ≤x≤μ+3σ)≥99％，得到AGC服务的电力平均成本为：Z＝P
a
(μ+Tσ)其中，p
a
为电力公司自动发电控制服务的单价，μ为负荷控制跟踪误差的期望值，σ为负荷控制跟踪误差的标准差值；将数据包丢失率P
r
从1％，2％变化到10％，利用MATLAB得到拟合期望和数据包丢失率之间的函数关系：μ＝AP
r
‑
B得到标准差和数据包丢失率之间的函数关系：σ＝CP
r
‑
D其中，A、B、C、D为常数且MATLAB中的拟合系数；建立电力公司自动发电控制(AGC)服务成本与数据包丢失率的关系：Z
i
＝P
a
{(A+TC)P
r
‑
(B+TD)}设定数据包丢失率表示为：
P
r
是数据包丢失率，T
in
是到达数据集中器单元(DAU)的速率，R为网关的接受速率，g是网关到用户的正确传输概率；获得网关i的接受速率，其中，i表示自然数，为了提高网关的接受速率，引入了解码转发(DF)中继方法，解码转发(DF)中继方法由两个时隙组成，第一个时隙，数据集中器单元(DAU)向网关和中继传递信息；第二个时隙，中继解码并将信息重新传输到网关，第一个时隙和第二个时隙中接受到的信息被合并到网关中，因此，网关i在最大比例合并方式接受信息，信道容量为：其中，W为带宽，p
i
为数据集中器单元(DAU)i到网关i的发射功率，为中继i到网关i的功率，为数据集中器单元(DAU)i到网关i的信道增益，为中继到网关i的信道增益，为数据集中器单元(DAU)i到中继的信道增益，η2为高斯噪声的方差，p
M
为授权基站(MBS)的传输功率，为授权基站(MBS)到网关i的信道增益，为干扰，设定速率与实际需求之间的差距为τ＝ln2，网关i的接受速率R
i
＝C
i
τ，可以表示为：建立三个约束条件，如下由上向下为最大速率约束、总功率约束、网关i的中断概率约束获得第i个电力公司自动发电控制(AGC)服务成本，其中，为了可靠的解码中继上的信号，网关i的接受速率的最大速率约束必须满足中继辅助网关的单个容量应该小于数据集中器单元(DAU)到中继的传输容量，即满足最大速率约束条件，数据包丢失率为：得到电...

【专利技术属性】
技术研发人员：马锴，姜波，杨婕，袁亚洲，刘佩，郭士亮，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：