CN106850378A - 一种适用于电力需求响应业务的p圈保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力系统通信技术领域,具体涉及一种利用高效P圈保护自动需求响应通信的方法。首先根据需求响应多播请求,利用普里姆算法生成最短路径需求响应多播树,并对多播树链路的重要度进行评价;其次用宽度优先搜索算法优先为重要度最高的链路计算备选P圈,计算P圈对多播树的保护效率,选择保护效率最大的P圈配置;用所提出的边扩张算法和圈合并算法联合优化所配P圈集合,使优化后的P圈可保护其他链路,同时减少空闲容量的使用;最后更新网络中的资源,统计资源利用率。本发明能够根据电力通信网中的动态需求响应多播通信请求,配置一系列P圈保护多播链路,且算法简单,保护失效率低,实现了保护资源的高效复用。
Description
技术领域
本发明属于电力系统通信技术领域,具体涉及一种适用于电力需求响应业务的P圈保护方法。
背景技术
为解决需求侧资源与电网的双向通信问题,自动需求响应联盟提出了开放式自动需求响应(Open Automated Demand Response,OpenADR)规约。OpenADR规约定义了需求响应通信网络中虚拟顶端节点(Virtual Top Node,VTN)和虚拟底端节点(Virtual EndNode,VEN)的概念,其中VTN负责发布包括电价、辅助服务和电网可靠性等电网信息在内的需求响应信号给VEN;VEN可根据需求响应信号控制一系列资源和设备的电能需求。在需求响应通信网络中,某个节点既可以是VTN,也可以是VEN。OpenADR的通信交互在一个VTN和多个VEN之间进行。在实际通信主体中,VEN代表小型商业负荷或大型工业负荷,VTN/VEN代表负荷聚合商、服务聚合商或变电站,VTN代表需求响应自动化服务器(Demand ResponseAutomated Server,DRAS)。VTN与VEN的通信链路构成了需求响应树,其通信结构图如附图1所示。
需求响应项目如紧急需求响应(Emergency Demand Response,EDR)、尖峰电价(Critical Peak Price,CPP)等需求响应信号的实时、可靠传输对区域配电通信网提出了更高的要求。自动需求响应要求从需求响应信号发出到设备响应所用时间不超过5s,一旦网络发生故障,导致预约的需求资源因未能接收到需求响应信号而无法及时响应,将使电网承受极大的安全压力。
P圈(Pre-configured Cycle,P-cycle)是一种高效的网络保护技术,其主要思想是在网孔型光网络中预先计算和配置一系列圈的连接,以保护一系列工作链路。P圈可以为圈上链路提供1条备用保护链路,为跨接链路提供2条备用保护链路。由于保护链路是预置的,P圈可以提供与环网保护类似的保护速度(50ms以内),但其资源利用率比环网保护更高,可达到类似网状网的保护效率,使得网络中的冗余度下降到70%~50%。
电力通信网现有的1+1/1:1保护、区段保护及保护环仅适用于单故障线性保护,很难实现保护资源的复用,同时也不适用于多播保护。随着电力通信网逐步由环状网升级为网状网,这些传统的保护方式将无法适用于新的电力通信业务的保护。为了保护承载需求响应业务的多播树,并提高保护资源的利用率,有必要探索其他高效的保护方案在电力通信保护中的应用。
发明内容
为了解决电力通信网保护资源利用率较低的问题,本发明提出了一种适用于电力需求响应业务的P圈保护方法,所述方法具体包括:
步骤1、输入网络拓扑信息,设定每条链路上的空闲容量,并将存放P圈的集合记为PC。根据业务多播请求,利用普里姆算法生成多播树T,分解T,得到对应的多播树链路集合ET;
步骤2、对于多播树链路集合ET中的每条链路,评价其重要度,并按照重要度由高到低的原则排列链路;
步骤3、判断网络中是否存在已配置的P圈,即PC集合是否为空,若PC不为空集,转步骤4,否则转步骤6;
步骤4、将链路集合ET中被P圈保护的链路移除,判断ET是否为空,若不为空,转步骤5,否则转步骤7;
步骤5、根据ET中剩下的尚未被保护的链路,对PC集合中的P圈进行边扩张,使得扩张后的P圈能够保护相应的链路,然后从ET中移除受到保护的链路。判断ET是否为空,若不为空,转步骤6,否则转步骤7;
步骤6、用宽度优先搜索算法优先为链路集合ET中重要度最高的链路搜索备选P圈,计算P圈的保护效率PE,选出具有最大PE值的P圈。若所选P圈的所有圈上链路上存在空闲容量,则将此P圈加入集合PC,同时对PC中的P圈进行合并,更新网络中的空闲容量和链路集合ET;若选出的P圈对应圈上链路中一条或多条链路的空闲容量已经耗尽,则将此P圈对应的链路标记为保护失效,并从链路集合ET中移除该链路,即阻塞该链路。转步骤4;
步骤7、输出网络中配置好的P圈集合PC,统计全网的资源使用情况,计算配置P圈数量、资源利用率和保护失效率。
所述步骤2中链路重要度α定义为:其中
这里n是多播请求中目的节点的数量,li代表第i个目的节点di到源节点s的路径,α是链路e在多播树T中的重要程度,0<α≤1。
所述步骤5中边扩张算法的具体步骤为:
步骤501、判断未被保护的链路a-b与待扩张的圈p的位置关系。若a-b与p链路分离,则记为情形1,转步骤502;若a-b与圈p仅有一个交点a,则则记为情形2,转步骤503;
步骤502、分别查询节点a,b到圈p的各个节点的链路的空闲容量,取空闲容量最大的链路l1=a-v作为扩张边,其中v是对应的圈p上的节点。以b-a-v取代链路b-a,并将链路b-a-v视为与圈p仅有一个交点v的链路;
步骤503、查询节点b到圈p上与交点a(情形1)或v(情形2)邻接的节点u,w的链路的空闲容量,取空闲容量最大的链路l2=b-u作为扩张边,其中u是对应的圈p上的节点。若为情形1,则以u-b-a取代圈p的链路u-a,并更新链路u-b和u-a上的空闲容量;若为情形2,则以u-b-a-v取代圈p的链路u-v,并更新链路u-b-a-v和u-v上的空闲容量。
所述步骤6中保护效率PE定义为:其中
这里p表示P圈,N表示圈p的圈上链路总数,ci表示圈p的第i条圈上链路,M表示圈p的跨接链路总数,sj表示圈p的第j条跨接链路,ET表示多播树的链路集。
所述步骤6中圈合并算法的具体步骤为:
步骤601、记合并后的P圈集合为P_new。取出集合PC中序号为1的圈p1和序号为i的圈pi(i的初值为2),求p1与pi的相同边集合S=p1∩p2。若S中有一条相同边,满足合并条件,转步骤602;则若S为空或S中不止一条相同边,则不满足合并条件,转步骤603。
步骤602、将圈p1与pi合并为圈p1,i,并从PC中删除圈pi,再以圈p1,i取代圈p1。求PC中P圈的数量n,若n>2,令i=2,转步骤601;否则转步骤604。
步骤603、判断圈pi是否为PC中最末位的P圈,如果是,将圈p1从PC集合中移存到集合P_new中,转步骤601;否则令i=i+1,转步骤601。
步骤604将PC中仅剩的一个P圈移入集合P_new中,输出合并后的P圈集合P_new。
有益效果
本发明将具有环网的倒换速率和网状网的资源利用率的新型P圈保护方案应用于电力需求响应通信的多播链路保护中,根据多播请求生成最小距离多播树,并为每条多播链路的重要性给出定量描述。在空闲资源受限的情况下优先保护重要度最高的链路,避免了有限的空闲容量先保护了距根节点较远的链路,导致在保护距根节点较近的链路时无空闲容量可用的情况发生。同时利用宽度优先搜索算法为链路搜索P圈,此后针对特定的链路和满足合并条件的P圈,用边扩张和圈合并算法对已配置的P圈进行联合优化,不但可以减少所配P圈的数量,释放相同边上的空闲容量,减小保护失效的概率,而且扩张或合并后的P圈中还可能存在新的跨接链路,从而大大提升了整个网络保护容量的资源利用率。
附图说明
图1为本发明为多需求响应多播树配置P圈主流程图;
图2为计算多播树链路的重要度示意图;
图3为计算P圈对多播树T的保护效率PE的示意图;
图4为边扩张算法示意图;
图5为圈合并算法示意图。
具体实施方式
本发明提出了一种适用于电力需求响应业务的P圈保护方法,以下结合附图,对本发明作详细说明。
图1是适用于P圈的电力需求响应通信链路保护方法流程图。具体包括:
步骤1、输入网络拓扑信息,设定每条链路上的空闲容量,并将存放P圈的集合记为PC。根据业务多播请求,利用普里姆算法生成多播树T,分解T,得到对应的多播树链路集合ET。
步骤2、对于多播树链路集合ET中的每条链路,评价其重要度,并按照重要度由高到低的原则排列链路。
步骤3、判断网络中是否存在已配置的P圈,即PC集合是否为空,若PC不为空集,转步骤4,否则转步骤6。
步骤4、将链路集合ET中被P圈保护的链路移除,判断ET是否为空,若不为空,转步骤5,否则转步骤7。
步骤5、根据ET中剩下的尚未被保护的链路,对PC集合中的P圈进行边扩张,使得扩张后的P圈能够保护相应的链路,然后从ET中移除受到保护的链路。判断ET是否为空,若不为空,转步骤5,否则转步骤7。
步骤6、用宽度优先搜索算法优先为链路集合ET中重要度最高的链路搜索备选P圈,计算P圈的保护效率PE,选出具有最大PE值的P圈。若所选P圈的所有圈上链路上存在空闲容量,则将此P圈加入集合PC,同时对PC中的P圈进行合并,更新网络中的空闲容量和链路集合ET;若选出的P圈对应圈上链路中一条或多条链路的空闲容量已经耗尽,则将此P圈对应的链路标记为保护失效,并从链路集合ET中移除该链路,即阻塞该链路。判断链路集合ET是否为空,若不为空,转步骤4,否则转步骤6。
步骤7、输出网络中配置好的P圈集合PC,统计全网的资源使用情况,计算配置P圈数量、资源利用率和保护失效率。
图2是本发明中计算多播树链路的重要度示意图。
对于图2中的VTN—VEN多播树,一共有7条通信链路,底端VEN到顶端VTN共有n=4条路径,以αi,j表示节点i到节点j对应链路在多播树中的重要度,分别计算各链路的重要度如下:
α1,2=3/4,α1,3=1/4,α2,4=1/4,α2,5=2/4,α3,6=1/4,α5,7=1/4,α5,8=1/4。当两条及以上的链路具有相同重要度时,不区分相互的排列顺序。因此,按照链路重要度由高到低对各链路排列为①1-2、②2-5、③1-3、④3-6、⑤2-4、⑥5-7、⑦5-8。
图3是本发明中计算P圈对多播树T的保护效率PE的示意图。
对于图3中的p圈7-14-13-10-26-12-11-9-7(图中黑色虚线)与树T{1;3,4,5,6,8}(图中黑色粗线,其中节点1是源节点,节点3,4,5,6,8是目的节点),P圈的链路总数为8;P圈的圈上链路中,属于树T的链路为{1-9,9-3,10-4,7-1},共4条;P圈的跨接链路中,属于树T的链路为{1-10,10-5,10-6},共3条。因此P圈对树T的保护效率为PE=(4+3×2)/8=1.25。
图4是本发明中边扩张算法的示意图。
边扩张算法通过扩张已配置的P圈以保护某些未被保护的链路。链路与P圈的位置关系有两种:(1)链路与P圈有一个交点;(2)链路与P圈分离。为了保证在P圈扩张后,受到扩张前P圈保护的链路集合不至于失去保护,要求在扩张节点和交点之间或两个扩张节点之间不能有节点。
在情形(1)中,P圈与链路a-b有交点a,先在P圈上搜索出a的邻居节点u和v,再查询链路b-u、b-v上的空闲容量,最终选取空闲容量最大的链路作为扩张边。每次边扩张时优先选择了空闲容量最多的链路作为扩张链路,可以平衡地使用整个网络的空闲容量,能够有效避免在生成P圈后因某条链路空闲容量不足而使得该P圈不可用的情况,进而减小保护失效的概率。
如选择u-b为扩张边,且u-b存在可用的空闲容量,则在原P圈中以u-b-a取代b-a,得到扩张后的P圈。若b只与u,v中的一点邻接,则直接将b-u选为扩张边。若b与u,v均不邻接,则此P圈扩张失败,尝试对下一个P圈进行扩张。当PC集合中的P圈均不能针对链路a-b进行扩张时,则用宽度优先搜索算法为a-b计算新的P圈。
情形(2)与情形(1)有所不同。情形(2)需要确定两个扩张节点。为此,先分别查询节点a,b到P圈各节点的链路的空闲容量,再选择空闲容量最大的链路为扩张边,例如此处选取a-v为扩张边,将连路段b-a-v视为b-v,此后情形2转化为情形(1),可用情形(1)中的扩张算法确定另一条扩张边。若节点a,b与此P圈的节点均不邻接,则考虑下一个P圈。若PC集合中的P圈均无法扩张,则通过宽度优先搜索算法为a-b计算新的P圈。
情形(1)中,扩张P圈消耗了1个单位的空闲容量,同时保护了一个单位的空闲容量,也即保护效率PE计算公式中,分子和分母同时增加1,扩张后P圈的PE值是增大的。情形(2)中,扩张P圈消耗了2个单位的空闲容量,虽然只保护了1个单位的空闲容量,但引入了两个新的节点,使得产生新跨接链路的概率大为增加,因此扩张后PE值会增大,最坏情况下(没有产生新跨接链路)PE也只是略有下降。
图5是本发明中圈合并算法的示意图。
图5中,圈p1为1-2-6-7-8-1,圈p2为2-3-4-5-6-2-6,p1与p2有且仅有一条共同边2-6,即p1与p2互为对偶圈,满足合并条件。合并后的圈p为1-2-3-4-5-6-7-8-1。合并后,链路2-6占用的2个单位的空闲容量得到释放,这些空闲容量可以在配置新的P圈时得到利用;此外,若网络中存在p1上的节点与p2上的节点直接相连的情况(如图中链路1-5、4-7),则合并后P圈的跨接链路数会超过p1与p2的跨接链路数之和,这将大大提升所配空闲容量的利用率。
以上是对两个P圈进行合并的场景。为了合并P圈集合PC={p1,p2,p3…pn}中的多组对偶圈(这里pi表示P圈集合中第i个P圈),设计如下算法,其中合并后的P圈存放于集合P_new中。
尝试合并PC中序号为1的圈p1与下一个圈p2,若能将p1、p2成功合并为p1,2,则先从PC中删除p1、p2,再将p1,2存入PC的首位;若合并失败则尝试合并p1与p3,合并成功则执行上述删存操作,失败则转下一个圈pi。若所有的pi(i≥2)圈均无法与p1合并,则将p1从集合PC移入集合P_new。重复上述过程,直至PC中只剩1个圈,无法再进行合并,则将此圈移入集合P_new,算法结束。
Claims (5)
1.一种适用于电力需求响应业务的P圈保护方法,其特征是针对具体多播请求配置P圈,并用边扩张和圈合并算法优化所配P圈,以使资源利用率达到最大,所述方法具体包括
步骤1、输入网络拓扑信息,设定每条链路上的空闲容量,并将存放P圈的集合记为PC。根据业务多播请求,利用普里姆算法生成多播树T,分解T,得到对应的多播树链路集合ET;
步骤2、对于多播树链路集合ET中的每条链路,评价其重要度,并按照重要度由高到低的原则排列链路;
步骤3、判断网络中是否存在已配置的P圈,即PC集合是否为空,若PC不为空集,转步骤4,否则转步骤6;
步骤4、将链路集合ET中被P圈保护的链路移除,判断ET是否为空,若不为空,转步骤5,否则转步骤7;
步骤5、根据ET中剩下的尚未被保护的链路,对PC集合中的P圈进行边扩张,使得扩张后的P圈能够保护相应的链路,然后从ET中移除受到保护的链路。判断ET是否为空,若不为空,转步骤6,否则转步骤7;
步骤6、用宽度优先搜索算法优先为链路集合ET中重要度最高的链路搜索备选P圈,计算P圈的保护效率PE,选出具有最大PE值的P圈。若所选P圈的所有圈上链路上存在空闲容量,则将此P圈加入集合PC,同时对PC中的P圈进行合并,更新网络中的空闲容量和链路集合ET;若选出的P圈对应圈上链路中一条或多条链路的空闲容量已经耗尽,则将此P圈对应的链路标记为保护失效,并从链路集合ET中移除该链路,即阻塞该链路。转步骤4;
步骤7、输出网络中配置好的P圈集合PC,统计全网的资源使用情况,计算配置P圈数量、资源利用率和保护失效率。
2.根据权利要求1所述的一种适用于电力需求响应业务的P圈保护方法,所述链路重要度α定义为:其中
这里n是多播请求中目的节点的数量,li代表第i个目的节点di到源节点s的路径,α是链路e在多播树T中的重要程度,0<α≤1。
3.根据权利要求1所述的一种适用于电力需求响应业务的P圈保护方法,所述步骤5中边扩张算法的具体步骤为
步骤501、判断未被保护的链路a-b与待扩张的圈p的位置关系。若a-b与p链路分离,则记为情形1,转步骤502;若a-b与圈p仅有一个交点a,则则记为情形2,转步骤503;
步骤502、分别查询节点a,b到圈p的各个节点的链路的空闲容量,取空闲容量最大的链路l1=a-v作为扩张边,其中v是对应的圈p上的节点。以路径b-a-v取代链路b-a,并将链路b-a-v视为与圈p仅有一个交点v的链路;
步骤503、查询节点b到圈p上与交点a(情形1)或v(情形2)邻接的节点u,w的链路的空闲容量,取空闲容量最大的链路l2=b-u作为扩张边,其中u是对应的圈p上的节点。若为情形1,则以路径u-b-a取代圈p的圈上链路u-a,并更新链路u-b和u-a上的空闲容量;若为情形2,则以u-b-a-v取代圈p的链路u-v,并更新路径u-b-a-v和链路u-v上的空闲容量。
4.根据权利要求1所述的一种适用于电力需求响应业务的P圈保护方法,所述保护效率PE定义为:
其中
这里p表示P圈,N表示圈p的圈上链路总数,ci表示圈p的第i条圈上链路,M表示圈p的跨接链路总数,sj表示圈p的第j条跨接链路,ET表示多播树的链路集。
5.根据权利要求1所述的一种适用于电力需求响应业务的P圈保护方法,所述步骤6中圈合并的算法的具体步骤为
步骤601、记合并后的P圈集合为P_new。取出集合PC中序号为1的圈p1和序号为i的圈pi(i的初值为2),求p1与pi的相同边集合S=p1∩p2。若S中有一条相同边,则满足合并条件,转步骤602;则若S为空或S中不止一条相同边,则不满足合并条件,转步骤603;
步骤602、将圈p1与pi合并为圈p1,i,并从PC中删除pi,再以p1,i取代p1。求PC中P圈的数量n,若n≥2,令i=2,转步骤601;否则转步骤604;
步骤603、判断pi是否为PC中最末位的P圈,如果是,将p1从PC集合中移存到集合P_new中,转步骤601;否则令i=i+1,转步骤601;
步骤604将PC中仅剩的一个P圈移入集合P_new中,输出合并后的P圈集合P_new。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170613 |
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