[发明专利]基于电力线载波的低碳园区群拓扑预测和授时方法及系统

说明书

本发明公开了基于电力线载波的低碳园区群拓扑预测和授时方法及系统，利用电力线载波收集低碳园区拓扑间特征数据、电力线载波授时数据包历史授时时延以及误差数据，通过反向传播(Back Propagation，BP)神经网络准确预测低碳智慧园区群监测终端拓扑邻接关系。基于监测终端拓扑邻接关系，采用同步组博弈对授时数据包路径选择决策进行优化，进一步通过电力线载波为园区内部监测终端及电气设备授时，实现低碳智慧园区群的高精度低时延广覆盖时间同步。

技术领域

本发明属于电力线载波通信领域，具体涉及基于电力线载波的低碳园区群拓扑预测和授时方法及系统。

背景技术

当前我国处于能源转型阶段，在电力供应紧张背景下，构建以可再生能源为主体的低碳智慧园区群，具有节能减排、提高能效的重要意义。智慧园区群的低碳运行通过在园区光伏板、风电机组、电动汽车充电桩等电气设备上部署监测终端监控园区电能流转与设备运行情况的基础上，依靠柔性负荷调控、碳足迹监测、电力现货市场交易等电力业务来实现。在此过程中，监测终端的信息采集以及电力业务的稳定运行需要精准时间同步。一方面，电压、电流、相角等与时间强相关的低碳园区运行数据的采集，需要满足采集时间一致性，以确保线路故障测距、相量和功角动态监测、机组和电网参数校验的准确。另一方面，各类电力业务也需要在同一时间尺度下进行，时间不同步会导致园区群各能源主体的业务响应时间不一致，造成低碳智慧园区群失步振荡和异步运行，进而影响园区群整体的安全。现有北斗卫星授时方法需要在每个监测终端及电气设备上安装卫星定位模块和卫星接收天线，价格昂贵，施工不便。此外，卫星授时容易受到外界因素的影响，时间同步稳定性较差。5G、光纤授时方式的授时精度高，但5G传输距离短，为实现广域时间同步需要部署大量高功耗5G 基站，光纤施工成本高同样不利于大规模低碳智慧园区群的时间同步。因此，亟需一种支撑低碳智慧园区群安全稳定运行的低成本广覆盖时间同步方法。

电力线载波可以实现低成本广覆盖时间同步。电力线载波利用现有电力线路传输授时信息，无需额外架设网络，部署成本低，覆盖范围广，监测终端及电力设备通过连接电力线即可实现时间同步。利用电力线载波的低碳智慧园区群时间同步方法分为两步，首先，低碳智慧园区网关通过卫星、5G、光纤等时钟源收集精准授时信息，实现园区群不同网关间的时间同步。其次，园区网关通过电力线载波发送授时信号，实现园区内部监测终端及电气设备的广覆盖时间同步。但是目前电力线载波授时方法面临园区拓扑感知能力差、授时数据包时延大，授时误差大等问题。具体介绍如下：

第一，低碳智慧园区群电气设备频繁投切导致监测终端拓扑结构复杂多变，现有拓扑预测方法通过网关发送路径搜索信号，并对反馈的路径信息进行分析，从而进行拓扑预测。在园区复杂环境以及园区拓扑结构变化频繁的情况下，存在路径搜索时间长、拓扑预测精度差的问题，进而导致授时时延大、开销大。

第二，低碳智慧园区内部授时电力线载波数据包发送端的授时精度不同，并且发送端与接收端之间的电磁干扰、路径增益等信道特性动态变化，这导致授时数据包路径选择难以优化。此外，由于一些数据包接收端与授时数据包发送端之间没有可用路径或者路径条件较差，需要多跳传输来获取数据包，这增大了授时数据包路径选择优化的复杂度，导致授时时延大、误差大。

第三，衡量授时性能的指标包括授时时延、授时误差以及数据包传输可靠性等，各性能指标相互制约。例如低碳智慧园区内某些授时数据包发送端的授时误差小，但与待授时监测终端之间的信道条件较差，利用该授时发送端进行授时可能会导致授时时延大、丢包率高等问题。因此，如何实现多性能指标之间的权衡也是一个问题。

现有技术一的技术方案：

基于电力线载波的拓扑预测方法；

现有技术一的缺点：

现有技术一需要发送大量电力线载波信号测量监测终端之间的路径信息，并对路径信息进行分析，从而预测网络拓扑，导致了网络资源大量浪费和拓扑预测时间严重增加，并且难以适应低碳智慧园区群拓扑结构的快速变化，无法满足拓扑预测的实时性需求。