CN117459430A - 一种虚拟电厂通信时延的测量方法、系统、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及虚拟电厂的技术领域，尤其是涉及一种虚拟电厂通信时延的测量方法、系统、设备及介质，技术方案在于：获取第一IP数据包的记录时间，根据第一IP数据包的记录时间计算得到前向时延；获取第二IP数据包的记录时间，根据第二IP数据包的记录时间计算得到反向时延；根据第一IP数据包的记录时间和第二IP数据包的记录时间计算得到往返时延；消除时钟误差，计算得到虚拟电厂主站侧至虚拟电厂终端侧的时延真实值，消除了时钟不同步带来的影响，提高虚拟电厂端对端时延测量的精确度。
Description
技术领域
本申请涉及虚拟电厂的技术领域，尤其是涉及一种虚拟电厂通信时延的测量方法、系统、设备及介质。
背景技术
虚拟电厂是指将太阳能、风力等多个分布式能源系统和电池储能系统通过智能控制系统进行集成管理，实现对电力的灵活调度和优化利用的一种技术。虚拟电厂可以有计划地消纳电力系统的电力，即在电力系统需要额外的电力时，虚拟电厂可以将自身储存的电力输出到电力系统中。同时，虚拟电厂也可以向电力系统反向输出电力，即在电力系统有过剩的电力时，虚拟电厂可以将多余的电力吸收并储存起来，通过这种方式，虚拟电厂可以更加灵活地进行电力调度，实现“削峰填谷”，即在电力需求较高的峰值时段，向电力系统输出电力，而在电力需求较低的谷值时段，吸收多余的电力。这样既可以保证电力系统的供需平衡，又可以优化能源利用效率，降低能源成本。
随着电力市场的目标用电群体增加，虚拟电厂聚合各类可控负荷、分布式发电资源的多样性广泛和数量性巨大，需要对每个分布式资源进行快速响应的实时协调控制，实现精准的需求侧响应以及调频服务，因此对虚拟电厂的通信时延性能测量提出了更高的要求。而传统的电厂通信网络的时延测量方法由于时钟不同步带来的影响，测量结果存在一定误差，难以满足虚拟电厂的快速调频响应的需求，上述问题有待解决。
发明内容
为了消除了时钟不同步带来的影响，提高虚拟电厂端对端时延测量的精确度，本申请提供一种虚拟电厂通信时延的测量方法、系统、设备及介质，采用如下技术方案：
第一方面，本申请提供一种虚拟电厂通信时延的测量方法，包括：
获取第一IP数据包的记录时间，根据第一IP数据包的记录时间计算得到前向时延；
获取第二IP数据包的记录时间，根据第二IP数据包的记录时间计算得到反向时延；
根据第一IP数据包的记录时间和第二IP数据包的记录时间计算得到往返时延；
消除时钟误差，计算得到虚拟电厂主站侧至虚拟电厂终端侧的时延真实值。
优选的，所述获取第一IP数据包的记录时间的具体步骤为：
虚拟电厂主站侧发送第一IP数据包至虚拟电厂终端侧，记录虚拟电厂主站侧发送第一IP数据包的时标T0和虚拟电厂终端侧收到第一IP数据包的时标T1。
优选的，所述获取第二IP数据包的记录时间的具体步骤为：
虚拟电厂终端侧发送第二IP数据包至虚拟电厂主站侧，记录虚拟电厂终端侧发送第二IP数据包的时标T2和虚拟电厂主站侧收到第二IP数据包的时标T3。
优选的，所述消除时钟误差，计算得到虚拟电厂主站侧至虚拟电厂终端侧的时延真实值的步骤包括：
计算虚拟电厂主站侧的发送时钟函数
式中主站侧时钟的初始相位为T0s，真实的发送时间为s0，频率为λs，s1、s2…sn为主站侧时延以T0s作为参考点，主站侧标准时间为ts。
优选的，所述消除时钟误差，计算得到虚拟电厂主站侧至虚拟电厂终端侧的时延真实值的步骤还包括：
计算虚拟电厂终端侧的发送时钟函数
终端侧时钟的初始相位为T0d，真实的发送时间为d0，频率为λd，d1、d2…dn为主站侧时延以T0d作为参考点，主站侧标准时间为td。
优选的，所述计算得到虚拟电厂主站侧至虚拟电厂终端侧的时延真实值的具体步骤包括：
根据虚拟电厂主站侧的发送时钟函数和虚拟电厂终端侧的发送时钟函数构建优化目标模型，根据优化目标模型得到时延真实值。
优选的，所述前向时延为T1-T0，反向时延为T3-T2，往返时延为T3-T0。
第二方面，本申请提供一种虚拟电厂通信时延的测量系统，包括：
第一计算模块：用于获取第一IP数据包的记录时间，根据第一IP数据包的记录时间计算得到前向时延；
第二计算模块：用于获取第二IP数据包的记录时间，根据第二IP数据包的记录时间计算得到反向时延；
第三计算模块：用于根据第一IP数据包的记录时间和第二IP数据包的记录时间计算得到往返时延；
误差消除模块：用于消除时钟误差，计算得到虚拟电厂主站侧至虚拟电厂终端侧的时延真实值。
第三方面，本申请提供一种虚拟电厂通信时延的测量设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行如前所述的虚拟电厂通信时延的测量方法。
第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行如前所述的虚拟电厂通信时延的测量方法。
综上所述，与现有技术相比，本申请提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
本申请通过主动探测的方式，在虚拟电厂主站侧发送带有时间戳的第一IP数据包，在虚拟电厂终端侧记录该测量分组的到达时间戳来获得端到端的前向时延，在虚拟电厂终端侧发送带有时间戳的第二IP数据包，在虚拟电厂主站侧记录该测量分组的到达时间戳来获得端到端的反向时延，再获取往返时延，根据前向时延、反向时延和往返时延计算时延真实值，进而消除时钟不同步带来的误差，提高虚拟电厂端对端时延测量的精确度。
附图说明
图1是本申请实施例所述一种虚拟电厂通信时延的测量方法的流程示意图。
图2是本申请实施例所述一种虚拟电厂通信时延的测量系统的模块示意图。
附图标记说明：
1、第一计算模块；2、第二计算模块；3、第三计算模块；4、误差消除模块。
具体实施方式
以下结合图1-图2对本申请作进一步详细说明，在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制。
端到端时延是评估虚拟电厂网络性能的重要参数之一，通过对端到端时延的测量，能够分析当前虚拟电厂网的基本特性，如网络的拓扑结构和网络的流量模型等，为虚拟电厂终端侧的快速调频提供可靠的时延测量依据。虚拟电厂网络一般分为云侧、端侧以及边侧。云侧指的是电网侧的内网网络，边侧是聚合商的内网平台，它是一个承上启下的作用，既要与电网内网进行通信，同时还通过互联网连接公网，方便用户通过聚合商平台进行虚拟电厂的交易服务，并且与端侧的终端通信，采集端侧的实时储能、设备状态等数据，端侧则是虚拟电厂位于最底层的设备，包含风能、太阳能等各种设备。从整体网络架构看，虚拟电厂网络相对比较复杂，需要经过的设备众多，并且可能包含有线、无线等多种通信方式，传统的时延测量方式存在一定误差，难以满足虚拟电厂的快速调频响应的需求。
参照图1，本申请所涉及的一种虚拟电厂通信时延的测量方法，具体包括：
步骤S1：获取第一IP数据包的记录时间，根据第一IP数据包的记录时间计算得到前向时延。
步骤S2：获取第二IP数据包的记录时间，根据第二IP数据包的记录时间计算得到反向时延。
步骤S3：根据第一IP数据包的记录时间和第二IP数据包的记录时间计算得到往返时延。
步骤S4：消除时钟误差，计算得到虚拟电厂主站侧至虚拟电厂终端侧的时延真实值。
具体地，本申请首先在虚拟电厂主站侧构造一个IP数据包并发送给终端站，终端站收到IP数据包后，构造一个大小相同的IP数据包发送给主站，并先后采集到主站至终端站的前向时延、反向时延以及往返时延，接着采用线性规划的方法来消除收发时钟的频率差和初始相位差，也就是通过设置主站侧的时钟初始相位、标准的时间以及终端侧初始相位、标准时间等参数，再利用目标函数的优化以及采用线性加权算法，就可以求解出消除收发时钟的频率差和初始相位差后端到端的真实时延，通过此方法测量的虚拟电厂端到端的时延，可以更好地满足虚拟电厂中端到端的快速调频、调峰等业务的时延需求。在虚拟电厂网络端到端时延的测量方法中，使用发送IP数据包的方式测量端到端的往返时延，利用线性规划的方法来消除收发时钟的初始相位差和相对频率差，获得端到端时延的真实值，根据实例测量结果表明，该方法消除了时钟不同步带来的影响，提高了端到端时延测测量的精确度。
作为其中一种实施方式，获取第一IP数据包的记录时间的具体步骤为：
虚拟电厂主站侧发送第一IP数据包至虚拟电厂终端侧，记录虚拟电厂主站侧发送第一IP数据包的时标T0和虚拟电厂终端侧收到第一IP数据包的时标T1。
具体地，测量系统定期生成探测数据包，并在数据包的头部嵌入一个精确的时间戳，以记录生成该数据包的准确时间，这个时间戳基于主站服务器的本地时钟，以确保每个探测数据包都有一个精确的时间标记，一旦探测数据包生成并附带时间戳后，虚拟电厂主站侧使用UDP网络协议栈将数据包传送到与终端设备相连的网络路径上，数据包在网络中传输的过程中，携带的时间戳信息始终保持不变，此时虚拟电厂主站侧标准时间T0。当虚拟电厂终端侧收到了虚拟电厂主站侧发送过来的第一IP数据包，虚拟电厂终端侧将记录下该数据包的到达时间戳，并记录此时虚拟电厂终端侧标准时间T1。
作为其中一种实施方式，获取第二IP数据包的记录时间的具体步骤为：
虚拟电厂终端侧发送第二IP数据包至虚拟电厂主站侧，记录虚拟电厂终端侧发送第二IP数据包的时标T2和虚拟电厂主站侧收到第二IP数据包的时标T3。
具体地，记录虚拟电厂终端侧标准时间T1的同时在虚拟电厂终端侧发送一个大小相同的IP数据包到虚拟电厂主站侧，记录发送时的标准时间T2。在虚拟电厂终端侧设置一个时间戳记录模块，用于自动记录数据包发送以及到达的时间戳，该时间戳基于终端设备的本地时钟。虚拟电厂主站侧收到虚拟电厂终端发送过来的IP数据包，此时记录收到数据包的标准数据为T3。
此时获取到了一个数据包从虚拟电厂主站侧至虚拟电厂终端侧的端到端往返时延，也就是前向时延T1-T0、反向时延T3-T2、往返时延T3-T0，在所有时延数据都已经获取到以后，通过线性规划消除收发时钟的频率差和初始相位差，具体步骤如下：
计算虚拟电厂主站侧的发送时钟函数，设置主站侧时钟的初始相位为T0s，此时真实的发送时间为s0，频率为λs，s1、s2…sn为主站侧时延以T0s作为参考点，在计数时对应于标准时钟的相应的时刻值，此时主站侧标准时间为ts，因此有主站侧的发送时钟函数
计算虚拟电厂终端侧的发送时钟函数，设置终端侧时钟的初始相位为T0d，此时真实的发送时间为d0，频率为λd，d1，d2…dn为主站侧时延以T0d作为参考点，在计数时对应于标准时钟的相应的时刻值，此时主站侧标准时间为td，因此有终端侧的发送时钟函数
作为其中一种实施方式，计算得到虚拟电厂主站侧至虚拟电厂终端侧的时延真实值的具体步骤包括：
根据虚拟电厂主站侧的发送时钟函数和虚拟电厂终端侧的发送时钟函数构建优化目标模型，根据优化目标模型得到时延真实值。
具体地，此时时延的真实值为delay(m)＝td-ts，而测量得到也就是初始相位以及频率未同步的时延为delay(t)＝Td(td)-Ts(ts)，在以终端侧的时钟作为参考的情况下，λd＝1，当d0＝t0d＝0，则其中t0s-s0为收发时钟的偏差，设Tm＝Ts-t0s，/>φ＝t0s-s0，则正向时延delay(t)＝delay(m)–β*Tm+φ。
同理可以获得初始相位以及频率未同步的反向时延 其中delay(m)’为反向时延真实值，Td’为反向发送时钟函数，设被测链路往返方向的传播和处理时延和相等，则设发送端初始相位为0，即在计算机开机时计为初始时刻为0，对于上述中两个目标函数的优化，采用线性加权算法，优化目标为：
min∑λf1+(1―λ)f2
其中f1＝delay(t)，f2＝delay(n)，λ为发送端的时钟频率。
对于优化目标中目标函数的求解，采用线性优化算法编程实现。线性规划是一种数学优化方法，用于求解具有线性约束条件的目标函数的最优解。通过线性规划算法求解，以获得使得目标函数最小化的变量取值，消除时钟不同步误差，获得端到端时延的真实值。
进一步地，为了验证线性规划算法的可靠性，选取500个IP数据包，以每秒一个数据包的频率进行发送，在初始相位以及频率未同步时，时延明显成线性上升的趋势，当采用了线性规划算法消除相位以及频率的影响后，时延整体的波动非常小，在微秒级别，总体呈一条平稳的直线。
参照图2，为本申请实施例提供一种虚拟电厂通信时延的测量系统，该系统包括：
第一计算模块1：用于获取第一IP数据包的记录时间，根据第一IP数据包的记录时间计算得到前向时延。
第二计算模块2：用于获取第二IP数据包的记录时间，根据第二IP数据包的记录时间计算得到反向时延。
第三计算模块3：用于根据第一IP数据包的记录时间和第二IP数据包的记录时间计算得到往返时延。
误差消除模块4：用于消除时钟误差，计算得到虚拟电厂主站侧至虚拟电厂终端侧的时延真实值。
本申请实施例提供一种虚拟电厂通信时延的测量设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行如前所述的虚拟电厂通信时延的测量方法。
本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行如前所述的虚拟电厂通信时延的测量方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和产品的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所披露的方法、系统、装置和程序产品，可以通过其它的方式实现。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种虚拟电厂通信时延的测量方法，其特征在于，包括：
获取第一IP数据包的记录时间，根据第一IP数据包的记录时间计算得到前向时延；
获取第二IP数据包的记录时间，根据第二IP数据包的记录时间计算得到反向时延；
根据第一IP数据包的记录时间和第二IP数据包的记录时间计算得到往返时延；
消除时钟误差，计算得到虚拟电厂主站侧至虚拟电厂终端侧的时延真实值。
2.根据权利要求1所述的虚拟电厂通信时延的测量方法，其特征在于，所述获取第一IP数据包的记录时间的具体步骤为：
虚拟电厂主站侧发送第一IP数据包至虚拟电厂终端侧，记录虚拟电厂主站侧发送第一IP数据包的时标T0和虚拟电厂终端侧收到第一IP数据包的时标T1。
3.根据权利要求2所述的虚拟电厂通信时延的测量方法，其特征在于，所述获取第二IP数据包的记录时间的具体步骤为：
虚拟电厂终端侧发送第二IP数据包至虚拟电厂主站侧，记录虚拟电厂终端侧发送第二IP数据包的时标T2和虚拟电厂主站侧收到第二IP数据包的时标T3。
4.根据权利要求3所述的虚拟电厂通信时延的测量方法，其特征在于，所述消除时钟误差，计算得到虚拟电厂主站侧至虚拟电厂终端侧的时延真实值的步骤包括：
计算虚拟电厂主站侧的发送时钟函数
式中主站侧时钟的初始相位为T0s，真实的发送时间为s0，频率为λs，s1、s2…sn为主站侧时延以T0s作为参考点，主站侧标准时间为ts。
5.根据权利要求4所述的虚拟电厂通信时延的测量方法，其特征在于，所述消除时钟误差，计算得到虚拟电厂主站侧至虚拟电厂终端侧的时延真实值的步骤还包括：
计算虚拟电厂终端侧的发送时钟函数
终端侧时钟的初始相位为T0d，真实的发送时间为d0，频率为λd，d1、d2…dn为主站侧时延以T0d作为参考点，主站侧标准时间为td。
6.根据权利要求5所述的虚拟电厂通信时延的测量方法，其特征在于，所述计算得到虚拟电厂主站侧至虚拟电厂终端侧的时延真实值的具体步骤包括：
根据虚拟电厂主站侧的发送时钟函数和虚拟电厂终端侧的发送时钟函数构建优化目标模型，根据优化目标模型得到时延真实值。
7.根据权利要求3所述的虚拟电厂通信时延的测量方法，其特征在于，所述前向时延为T1-T0，反向时延为T3-T2，往返时延为T3-T0。
8.一种虚拟电厂通信时延的测量系统，其特征在于，包括：
第一计算模块：用于获取第一IP数据包的记录时间，根据第一IP数据包的记录时间计算得到前向时延；
第二计算模块：用于获取第二IP数据包的记录时间，根据第二IP数据包的记录时间计算得到反向时延；
第三计算模块：用于根据第一IP数据包的记录时间和第二IP数据包的记录时间计算得到往返时延；
误差消除模块：用于消除时钟误差，计算得到虚拟电厂主站侧至虚拟电厂终端侧的时延真实值。
9.一种虚拟电厂通信时延的测量设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行权利要求1-7中任一项所述的虚拟电厂通信时延的测量方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行权利要求1-7中任一所述的虚拟电厂通信时延的测量方法。
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