一种基于5G技术的虚拟电厂调控方法及装置与流程

本发明属于虚拟电厂调控领域，尤其涉及一种基于5g技术的虚拟电厂调控方法及装置。

背景技术：

虚拟电厂是指通过调控管理系统将电网中的分布式能源、储能系统和可控负荷合并，作为一个特别的电厂参与电网运行的电压协调管理系统。虚拟电厂进行协调控制过程中，需要传输各种采集、监测和控制数据。由于实际电网中的各个终端的地理位置分散，当出现用电高峰时容易因为通信网络问题无法及时针对电网用户的负荷情况下发调控指令，进而造成停电风险，因此依靠传统通信技术无法达到虚拟电厂对通信网络高可靠、低时延的要求。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提出了一种基于5g技术的虚拟电厂调控方法，包括：

根据电网用户的用电需求和调控时延要求配置优先级；

在虚拟电厂的通信系统中为电网用户部署与优先级对应的5g网络切片；

通过5g网络切片，获取虚拟电厂中各个电网用户的负荷信息；

根据负荷信息分析当前电网是否处于用电高峰期，若处于用电高峰期则结合电网用户的优先级生成调控指令；

通过5g网络切片下发调控指令，根据调控指令对电网用户执行负荷调控操作。

可选的，所述根据电网用户的用电需求和调控时延要求配置优先级，包括：

对不能断电的电网用户分配最高的优先级；

获取能断电的电网用户要求的调控时延，根据调控时延的数量级为电网用户配置优先级，数量级越小配置的优先级越高，调控时延的数量级相同的电网用户配置相同的优先级。

可选的，所述在虚拟电厂的通信系统中为电网用户部署与优先级对应的5g网络切片，包括：

对电网用户所在的网络环境进行评估，根据评估结果判断该电网用户自建电力专网的能力；

若电网用户具备自建电力专网的能力，则以自建5g电力专网的方式，部署与该电网用户的优先级对应的5g网络切片；

若电网用户不具备自建电力专网的能力，则以租用运营商公网的方式，部署与该电网用户的优先级对应的5g网络切片。

可选的，所述根据负荷信息分析当前电网是否处于用电高峰期，若处于用电高峰期则结合电网用户的优先级生成调控指令，包括：

通过各个电网用户的负荷信息，得到当前电网用户产生的负荷量；

当负荷量高于预设值时，则判断当前电网处于用电高峰期；

分别确定产生负荷的电网用户中优先级最高和最低的电网用户；

为优先级最低的电网用户生成切负荷的调控指令，为优先级最高的电网用户生成降低时延的调控指令。

可选的，所述通过5g网络切片下发调控指令，根据调控指令对电网用户执行负荷调控操作，包括：

根据切负荷的调控指令，暂停对最低优先级的电网用户供电，直至电网不再处于用电高峰期再恢复供电；

根据降低时延的调控指令，降低最高优先级的电网用户对应的5g网络切片的空口时延和核心网时延。

本发明还基于同样的思路提出了一种基于5g技术的虚拟电厂调控装置，其特征在于，所述调控装置包括：

配置单元：用于根据电网用户的用电需求和调控时延要求配置优先级；

通信单元：用于在虚拟电厂的通信系统中为电网用户部署与优先级对应的5g网络切片；

采集单元：用于通过5g网络切片，获取虚拟电厂中各个电网用户的负荷信息；

调控单元：用于根据负荷信息分析当前电网是否处于用电高峰期，若处于用电高峰期则结合电网用户的优先级生成调控指令；

执行单元：用于通过5g网络切片下发调控指令，根据调控指令对电网用户执行负荷调控操作。

可选的，所述配置单元，具体用于：

对不能断电的电网用户分配最高的优先级；

获取能断电的电网用户要求的调控时延，根据调控时延的数量级为电网用户配置优先级，数量级越小配置的优先级越高，调控时延的数量级相同的电网用户配置相同的优先级。

可选的，所述通信单元，具体用于：

对电网用户所在的网络环境进行评估，根据评估结果判断该电网用户自建电力专网的能力；

若电网用户具备自建电力专网的能力，则以自建5g电力专网的方式，部署与该电网用户的优先级对应的5g网络切片；

若电网用户不具备自建电力专网的能力，则以租用运营商公网的方式，部署与该电网用户的优先级对应的5g网络切片。

可选的，所述调控单元，具体用于：

通过各个电网用户的负荷信息，得到当前电网用户产生的负荷量；

当负荷量高于预设值时，则判断当前电网处于用电高峰期；

分别确定产生负荷的电网用户中优先级最高和最低的电网用户；

为优先级最低的电网用户生成切负荷的调控指令，为优先级最高的电网用户生成降低时延的调控指令。

可选的，所述执行单元，具体用于：

根据切负荷的调控指令，暂停对最低优先级的电网用户供电，直至电网不再处于用电高峰期再恢复供电；

根据降低时延的调控指令，降低最高优先级的电网用户对应的5g网络切片的空口时延和核心网时延。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

根据5g三大应用场景中的高可靠低时延通信场景，利用5g通信技术传输速率更快、传输时延更低的优势，采用5g网络切片搭建通信网络。通过5g通信技术提高虚拟电厂下发调控指令的传输速率，从而及时解决电网用户的负荷问题，尤其在用电高峰期时能够避免因调控指令延迟而造成停电风险，实现高可靠、低时延的虚拟电厂调控指令传输功能，为电网安全运行提供保障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提出的一种基于5g技术的虚拟电厂调控方法的流程图；

图2为虚拟电厂的架构图；

图3为虚拟电厂的5g电力专网的架构图；

图4为本发明提出的一种基于5g技术的虚拟电厂调控装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。

实施例一

如图1所示，本发明提出了一种基于5g技术的虚拟电厂调控方法，所述调控方法包括：

s1:根据电网用户的用电需求和调控时延要求配置优先级；

s2:在虚拟电厂的通信系统中为电网用户部署与优先级对应的5g网络切片；

s3:通过5g网络切片，获取虚拟电厂中各个电网用户的负荷信息；

s4:根据负荷信息分析当前电网是否处于用电高峰期，若处于用电高峰期则结合电网用户的优先级生成调控指令；

s5:通过5g网络切片下发调控指令，根据调控指令对电网用户执行负荷调控操作。

由于不同的电网用户对供电可靠性的需要不同，因此通过虚拟电厂的调控可以有效降低用电高峰期中电网发生停电故障的风险。传统的通信技术由于技术的局限，常常会有服务质量不佳的弊端，而基于5g网络切片的高可靠低时延的特点，构建虚拟电网通信系统，相比传统技术具有传输速率更高的通信能力，进而满足虚拟电厂对能源、储能以及负荷调控的高质量需求，有效防止依靠传统通信技术而导致虚拟电厂采集负荷信息和下发调控指令不及时的情况发生，尤其在用电高峰期时能够避免因调控指令延迟而造成停电风险，为电网安全运行提供保障。

5g网络切片作为5g通信的关键技术，将运营商的物理网络划分为多个逻辑独立的虚拟网络，每个虚拟网络具备不同的功能特点，可以灵活的应对不同的需求和服务，这些虚拟网络相互隔离，其中一个发生故障不会影响到其它虚拟网络。目前主流的方式是基于业务场景进行切片，分为增强移动宽带(enhancedmobilebroadband,embb)切片、海量机器类通信(massivemachinetypeofcommunication,mmtc)切片及高可靠低时延(ultra-reliableandlowlatencycommunications,urllc)切片，也就是5g网络切片的三大应用场景。通过网络功能虚拟化(networkfunctionvirtualization，nfv)技术和软件定义网络(softwaredefinednetwork，sdn)将网络资源虚拟化，把所有的硬件抽象为计算、存储和网络这三类资源进行统一管理分配，给不同的切片不同大小的资源，且完全隔离互不干扰，实现5g网络切片的统一管理和资源切分。

在本实施例中，如图2所示，所述虚拟电厂包括调控中心、发电系统、负荷控制单元以及储能系统，调控中心与发电系统、负荷控制单元、储能系统之间通过5g网络切片连接。

调控中心负责采集发电系统、负荷控制单元以及储能系统的负荷信息，并根据负荷信息分析当前电网的用电负荷情况，通过5g网络切片下发调控命令。发电系统用于新能源发电，包括风电、光伏等新能源。负荷控制单元为可中断控制负荷，所述可中断控制负荷包括用户空调、照明系统等用电单位，虚拟电厂根据各个电网用户的用电需求和调控时延要求配置优先级，进而根据优先级确定可中断控制负荷的调控指令，由负荷控制单元根据调控指令调控负荷，实现对可中断控制负荷的精准调控。储能系统用于补偿发电系统，由于发电具有波动性和随机性，因此通过储能系统可以及时对发电异常的情况进行补偿，有效防止因发电系统的不可控问题而影响整个电网的正常供电。

在本实施例中，所述根据电网用户的用电需求和调控时延要求配置优先级，包括：首先判断电网用户是否要求不能断电，若有不能断电的要求则为该电网用户分配最高的优先级，例如医院这种不可断电的生产单位和签订始终供电合约的用户，要设置最高的第一优先级，保证任何时间都有可靠的供电。再获取允许断电的电网用户要求的调控时延，根据调控时延数量级的大小为电网用户配置优先级，数量级越小配置的优先级越高，调控时延数量级相同的电网用户配置相同的优先级。例如，对于调控时延要求在毫秒级的电网用户，配置为第二优先级，对于调控时延要求在毫秒级到百毫秒级之间的电网用户，配置为第三优先级，对于调控时延要求百毫秒级以上的电网用户，配置为第四优先级，依次类推。若有两个电网用户的调控时延要求均在毫秒级，则这两个电网用户同为第二优先级。

根据电网用户的用电需求和调控时延要求配置优先级，实现对电网用户的合理化管理，有针对性的调控不同电网用户的负荷，一旦需要就可以快速且有针对性进行调节控制。当电网处于用电高峰可能诱发停电故障时，可以通过负荷控制单元切除低优先级的负荷,这样一些不可中断的生产单位和用户就不受任何影响，保障可靠的供电服务。

在本实施例中，所述在虚拟电厂的通信系统中为电网用户部署与优先级对应的5g网络切片，包括：对电网用户所在的网络环境进行评估，根据评估结果判断该电网用户自建电力专网的能力；若电网用户具备自建电力专网的能力，则以自建5g电力专网的方式，部署与该电网用户的优先级对应的5g网络切片；若电网用户不具备自建电力专网的能力，则以租用运营商公网的方式，部署与该电网用户的优先级对应的5g网络切片。

如图3所示，5g电力专网的网络架构包括调控中心终端、发电系统终端、储能系统中的储能设备、负荷控制终端，以及5g基站、5g核心网。其中，发电系统终端包括风力发电终端和光伏发电终端。调控中心终端、风力发电终端、光伏发电终端、储能设备以及负荷控制终端通过5g无线空口协议与5g基站进行信息传输，5g基站通过高速光纤与5g核心网进行信息传输。同时，基于现有的5g通信技术，采用sba服务架构和sa独立组网方式构建5g核心网。考虑到虚拟电厂的负荷调控对时延和通信的可靠性要求，选择urllc网络切片部署5g网络，不同的优先级对应不同的urllc网络切片。

urllc网络切片可实现高可靠低时延通信,通过网络切片的方式一方面可实现针对不同优先级的电网用户提供不同的通信服务，进而为调控负荷提供通信支持，另一方面，由于网络切片的特性，可实现虚拟电厂中的5g网络灵活可调，部署方便快捷。

在本实施例中，所述根据负荷信息分析当前电网是否处于用电高峰期，若处于用电高峰期则结合电网用户的优先级生成调控指令，包括：调控中心通过5g网络切片，获取虚拟电厂中各个电网用户的负荷信息，并通过各个电网用户的负荷信息，得到当前电网用户产生的负荷量。当负荷量高于一定预设值时，说明当前正在用电的电网用户数量过多，产生的负荷过大，若不及时调控负荷，可能会发生停电故障。因此调控中心开始分析正在用电的电网用户中优先级最高和最低的电网用户，为优先级最低的电网用户生成用于切负荷的调控指令，为优先级最高的电网用户生成用于降低时延的调控指令。最后由调控中心通过5g网络切片将生成的调控指令下发到负荷控制中心。

所述通过5g网络切片下发调控指令，根据调控指令对电网用户执行负荷调控操作，包括：负荷控制单元根据用于切负荷的调控指令，控制发电系统对最低优先级的电网用户暂停供电，切除产生的负荷，直至电网不再处于用电高峰期，在接收到来自调控中心的恢复供电指令之后重新对该电网用户供电；根据用于降低时延的调控指令，降低通信系统的空口时延以及核心网时延，其中通过增加子载波间隔、分配更多的网络资源的方式降低空口时延，通过边缘计算技术，使核心网面向用户部分的功能进一步下沉至接入网，原有的集中式核心网变成分布式，核心网功能在地理位置上更靠近终端，从而达到减小时延的目的。

当处于用电高峰期时，通过调控中心根据电网用户的优先级生成调控指令，及时对数量过大的负荷进行调控，切除优先级最低的电网用户产生的负荷，暂时停止对最低优先级电网用户供电，既可以缓解用电高峰期的资源紧张，避免高优先级的电网用户发生停电故障，同时由于低优先级的电网用户允许一段时间的停电，因此可以将风险损失降到最小。同时，为优先级最高的电网用户降低时延，及时获取电网用户的负荷情况，以便为最高优先级的电网用户提供高质量供电服务。

以下结合具体示例来描述上述一种基于5g技术的虚拟电厂调控方法，具体包括：

步骤一：首先判断电网用户是否要求不能断电，对不能断电的电网用户a1分配最高的第一优先级。再获取允许断电的电网用户要求的调控时延，其中电网用户a2的调控时延要求在毫秒级，对电网用户a2分配第二优先级；电网用户a3和a4的调控时延要求都在毫秒级到百毫秒级之间，对电网用户a3和a4分配第三优先级；电网用户a5的调控时延要求在百毫秒级以上，为电网用户a5分配第四优先级。

步骤二：对步骤一中的电网用户所在的网络环境进行评估，根据评估结果判断该电网用户是否具备自建电力专网的能力；若具备自建电力专网的能力，则以自建5g电力专网的方式，部署与该电网用户的优先级对应的5g网络切片；若不具备自建电力专网的能力，则以租用运营商公网的方式，部署与该电网用户的优先级对应的5g网络切片。

步骤三：调控中心通过5g网络切片，获取步骤一中各个电网用户的负荷信息。

步骤四：调控中心通过负荷信息，得知当前电网用户a1、a2、a5均在用电状态，当计算出电网用户产生的负荷总和高于预设值k时，判断当前电网处于用电高峰期，所述预设值k为正整数。通过调控中心分析得到当前电网用户a5的优先级最低，电网用户a1的优先级最高，因此为电网用户a5生成用于切负荷的调控指令，为电网用户a1生成用于降低时延的调控指令。

步骤五：调控中心将生成的调控指令通过5g网络切片发送给负荷控制单元，负荷控制单元根据调控指令控制发电系统停止向电网用户a5供电，切除电网用户a5产生的负荷，同时对与电网用户a1对应的5g网络切片进行降低时延处理。负荷控制中心在接收到来自调控中心的恢复供电指令之后，再控制发电系统重新对该电网用户供电。

实施例二

如图4所示，本发明基于同样的发明思路，还提出了一种基于5g技术的虚拟电厂调控装置6，包括：

配置单元61：用于根据电网用户的用电需求和调控时延要求配置优先级；

通信单元62：用于在虚拟电厂的通信系统中为电网用户部署与优先级对应的5g网络切片；

采集单元63：用于通过5g网络切片，获取虚拟电厂中各个电网用户的负荷信息；

调控单元64：用于根据负荷信息分析当前电网是否处于用电高峰期，若处于用电高峰期则结合电网用户的优先级生成调控指令；

执行单元65：用于通过5g网络切片下发调控指令，根据调控指令对电网用户执行负荷调控操作。

由于不同的电网用户对供电可靠性的需要不同，因此通过虚拟电厂的调控可以有效降低用电高峰期中电网发生停电故障的风险。传统的通信技术由于技术的局限，常常会有服务质量不佳的弊端，而基于5g网络切片的高可靠低时延的特点，构建虚拟电网通信系统，相比传统技术具有传输速率更高的通信能力，进而满足虚拟电厂对能源、储能以及负荷调控的高质量需求，有效防止依靠传统通信技术而导致虚拟电厂采集负荷信息和下发调控指令不及时的情况发生，尤其在用电高峰期时能够避免因调控指令延迟而造成停电风险，为电网安全运行提供保障。

在本实施例中，如图2所示，所述虚拟电厂包括调控中心、发电系统、负荷控制单元以及储能系统，调控中心与发电系统、负荷控制单元、储能系统之间通过5g网络切片连接。

调控中心负责采集发电系统、负荷控制单元以及储能系统的负荷信息，并根据负荷信息分析当前电网的用电负荷情况，通过5g网络切片下发调控命令。发电系统用于新能源发电，包括风电、光伏等新能源。负荷控制单元为可中断控制负荷，所述可中断控制负荷包括用户空调、照明系统等用电单位，虚拟电厂根据各个电网用户的用电需求和调控时延要求配置优先级，进而根据优先级确定可中断控制负荷的调控指令，由负荷控制单元根据调控指令调控负荷，实现对可中断控制负荷的精准调控。储能系统用于补偿发电系统，由于发电具有波动性和随机性，因此通过储能系统可以及时对发电异常的情况进行补偿，有效防止因发电系统的不可控问题而影响整个电网的正常供电。

在本实施例中，所述配置单元61具体用于：首先判断电网用户是否要求不能断电，若有不能断电的要求则为该电网用户分配最高的优先级，例如医院这种不可断电的生产单位和签订始终供电合约的用户，要设置最高的第一优先级，保证任何时间都有可靠的供电。再获取允许断电的电网用户要求的调控时延，根据调控时延数量级的大小为电网用户配置优先级，数量级越小配置的优先级越高，调控时延数量级相同的电网用户配置相同的优先级。例如，对于调控时延要求在毫秒级的电网用户，配置为第二优先级，对于调控时延要求在毫秒级到百毫秒级之间的电网用户，配置为第三优先级，对于调控时延要求百毫秒级以上的电网用户，配置为第四优先级，依次类推。若有两个电网用户的调控时延要求均在毫秒级，则这两个电网用户同为第二优先级。

根据电网用户的用电需求和调控时延要求配置优先级，实现对电网用户的合理化管理，有针对性的调控不同电网用户的负荷，一旦需要就可以快速且有针对性进行调节控制。当电网处于用电高峰可能诱发停电故障时，可以通过负荷控制单元切除低优先级的负荷,这样一些不可中断的生产单位和用户就不受任何影响，保障可靠的供电服务。

在本实施例中，所述通信单元62。具体用于：对电网用户所在的网络环境进行评估，根据评估结果判断该电网用户是否具备自建电力专网的能力；若具备自建电力专网的能力，则以自建5g电力专网的方式，部署与该电网用户的优先级对应的5g网络切片；若不具备自建电力专网的能力，则以租用运营商公网的方式，部署与该电网用户的优先级对应的5g网络切片。

如图3所示，5g电力专网的网络架构包括调控中心终端、发电系统终端、储能系统中的储能设备、负荷控制终端，以及5g基站、5g核心网。其中，发电系统终端包括风力发电终端和光伏发电终端。调控中心终端、风力发电终端、光伏发电终端、储能设备以及负荷控制终端通过5g无线空口协议与5g基站进行信息传输，5g基站通过高速光纤与5g核心网进行信息传输。同时，基于现有的5g通信技术，采用sba服务架构和sa独立组网方式构建5g核心网。考虑到虚拟电厂的负荷调控对时延和通信的可靠性要求，选择高可靠低时延(ultra-reliableandlowlatencycommunications,urllc)网络切片部署5g网络，不同的优先级对应不同的urllc网络切片。

urllc网络切片可实现高可靠低时延通信,通过网络切片的方式一方面可实现针对不同优先级的电网用户提供不同的通信服务，进而为调控负荷提供通信支持，另一方面，由于网络切片的特性，可实现虚拟电厂中的5g网络灵活可调，部署方便快捷。

在本实施例中，所述调控单元64，具体用于：调控中心通过5g网络切片，获取虚拟电厂中各个电网用户的负荷信息，并通过各个电网用户的负荷信息，得到当前电网用户产生的负荷量。当负荷量高于一定预设值时，说明当前正在用电的电网用户数量过多，产生的负荷过大，若不及时调控负荷，可能会发生停电故障。因此调控中心开始分析正在用电的电网用户中优先级最高和最低的电网用户，为优先级最低的电网用户生成用于切负荷的调控指令，为优先级最高的电网用户生成用于降低时延的调控指令。最后由调控中心通过5g网络切片将生成的调控指令下发到负荷控制中心。

所述执行单元65，具体用于：负荷控制单元根据用于切负荷的调控指令，控制发电系统对最低优先级的电网用户暂停供电，切除产生的负荷，直至电网不再处于用电高峰期，在接收到来自调控中心的恢复供电指令之后重新对该电网用户供电；根据用于降低时延的调控指令，降低通信系统的空口时延以及核心网时延，其中通过增加子载波间隔、分配更多的网络资源的方式降低空口时延，通过边缘计算技术，使核心网面向用户部分的功能进一步下沉至接入网，原有的集中式核心网变成分布式，核心网功能在地理位置上更靠近终端，从而达到减小时延的目的。

当处于用电高峰期时，通过调控中心根据电网用户的优先级生成调控指令，及时对数量过大的负荷进行调控，切除优先级最低的电网用户产生的负荷，暂时停止对最低优先级电网用户供电，既可以缓解用电高峰期的资源紧张，避免高优先级的电网用户发生停电故障，同时由于低优先级的电网用户允许一段时间的停电，因此可以将风险损失降到最小。同时，为优先级最高的电网用户降低时延，及时获取电网用户的负荷情况，以便为最高优先级的电网用户提供高质量供电服务。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。