本公开涉及一种边缘能量路由器系统的控制方法、系统及计算机介质，边缘能量路由器系统包含多个节点，各个节点包括整合边缘计算设备和能量路由器两者的边缘能量路由器及其对应的计算负载，各个节点具有与之经由能量传输线路相连的邻近的节点且具有与之经由信息通信通路相连的邻近的节点，控制方法包括对各个节点建立功率平衡模型以及节点交流母线的频率偏差变化模型。然后执行联合求解以确定各个节点的控制参数，并根据各个节点的控制参数对相应的节点进行控制。本公开的控制方法考虑多种不确定性、随机性、外部干扰以及时延的影响，实现各个边缘能量路由器内部的交流母线频率偏差的鲁棒控制。
1.一种用于边缘能量路由器系统的控制方法，其特征在于，所述边缘能量路由器系统包含多个节点，各个节点包括整合边缘计算设备和能量路由器两者的边缘能量路由器及其对应的计算负载，各个节点具有与之经由能量传输线路相连的邻近的节点且具有与之经由信息通信通路相连的邻近的节点，所述控制方法包括，对于各个节点：
为该节点的计算负载建立第一任务变化模型，所述第一任务变化模型配置为，基于所述计算负载的任务的当前时刻的变化量、第一输入扰动量和第一随机变化率，同时抵抗所述计算负载的任务的当前时刻的变化量，来确定所述计算负载的当前时刻的变化量的变化率；
为该节点与之相连的各条能量传输线路建立第一功率变化模型，所述第一功率变化模型配置为，基于当前时刻的该能量传输线路关于能量传输功率变化量的控制信息，同时抵抗该能量传输线路的预定时间段之前的时刻的能量传输功率变化量，来确定该能量传输线路的当前时刻的能量传输功率变化量的变化率；
为该节点与之相连的各条信息通信通路建立第二任务变化模型，所述第二任务变化模型配置为，基于当前时刻的该信息通信通路关于任务调度变化量的控制信息，同时抵抗该信息通信通路的预定时间段之前的时刻的任务调度变化量，来确定该信息通信通路的当前时刻的任务调度变化量的变化率；
为该节点的边缘能量路由器，基于第一任务变化模型、第一功率变化模型和第二任务变化模型建立功率平衡模型；
为该节点的边缘能量路由器，建立交流母线的频率偏差变化模型，所述交流母线的频率偏差变化模型被配置为基于当前时刻的频率偏差和当前时刻的功率变化，来确定当前时刻的频率偏差的变化率；
基于各个节点的所述第一任务变化模型、第一功率变化模型、第二任务变化模型、功率平衡模型和频率偏差变化模型，执行联合求解以确定各个节点的控制参数；以及由各个节点的边缘能量路由器根据该节点对应的控制参数执行控制。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第一任务变化模型包括第一抵抗项、第一扰动项和第一随机项，其中所述第一抵抗项被配置为抵抗所述计算负载的任务的当前时刻的变化量，所述第一扰动项基于所述第一输入扰动量来确定；
所述第一随机项模拟第一随机变化率对于所述计算负载的任务的当前时刻的变化量的作用效果。
3.根据权利要求1所述的控制方法，所述第一功率变化模型包括第二抵抗项和能量控制项，所述第二抵抗项被配置为抵抗该能量传输线路的预定时间段之前的时刻的能量传输功率变化量；
所述能量控制项基于当前时刻的该能量传输线路关于能量传输功率变化量的控制信号与该能量传输线路的控制系数来确定。
4.根据权利要求1所述的控制方法，所述第二任务变化模型包括第三抵抗项和任务控制项，所述第三抵抗项被配置为抵抗该信息通信通路的预定时间段之前的时刻的任务调度变化量，所述任务控制项基于当前时刻的该信息通信通路关于任务调度变化量的控制信号与该信息通信通路的控制系数来确定。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括，在各个节点包含传统发电设备和储能设备的情况下：为该节点的传统发电设备建立第二功率变化模型，所述第二功率变化模型配置为，基于当前时刻的传统发电设备关于发电功率变化量的控制信息，同时抵抗所述传统发电设备的发电功率的当前时刻的变化量，来确定所述传统发电设备当前时刻的发电功率变化量的变化率；
为该节点的储能设备建立第三功率变化模型，所述第三功率变化模型配置为抵抗当前时刻的频率偏差以及当前时刻所述储能设备的储能功率变化量，来确定当前时刻的储能设备的储能功率变化量的变化率；
基于第一任务变化模型、第一功率变化模型和第二任务变化模型建立功率平衡模型还包括：基于第一任务变化模型、第一功率变化模型、第二功率变化模型、第三功率变化模型和第二任务变化模型建立功率平衡模型；
基于各个节点的所述第一任务变化模型、第一功率变化模型、第二任务变化模型、功率平衡模型和频率偏差变化模型，执行联合求解以确定各个节点的控制参数还包括：基于所述第一任务变化模型、第一功率变化模型、第二功率变化模型、第三功率变化模型、第二任务变化模型、功率平衡模型和频率偏差变化模型，执行联合求解以确定各个节点的控制参数。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述第二功率变化模型包括第四抵抗项和发电控制项，所述第四抵抗项配置为抵抗所述传统发电设备的发电功率的当前时刻的变化量，所述发电控制项基于当前时刻的传统发电设备关于发电功率变化量的控制信号与所述传统发电设备的控制系数来确定。
7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，还包括，在各个节点还包含可再生能源发电设备的情况下：为该节点的可再生能源发电设备建立第四功率变化模型，所述第四功率变化模型被配置为，基于所述可再生能源发电设备当前时刻的发电量的变化量、第二输入扰动量和第二随机变化率，同时抵抗所述可再生能源发电设备当前时刻的发电量的变化量，来确定所述可再生能源发电设备当前时刻的发电变化量的变化率；
基于第一任务变化模型、第一功率变化模型和第二任务变化模型建立功率平衡模型还包括：基于第一任务变化模型、第一功率变化模型、第二功率变化模型、第三功率变化模型、第四功率变化模型和第二任务变化模型建立功率平衡模型；
基于所述第一任务变化模型、第一功率变化模型、第二任务变化模型、功率平衡模型和频率偏差变化模型，执行联合求解以确定各个节点的控制参数还包括：基于所述第一任务变化模型、第一功率变化模型、第二功率变化模型、第三功率变化模型、第四功率变化模型、第二任务变化模型、功率平衡模型和频率偏差变化模型，执行联合求解以确定各个节点的控制参数。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述第四功率变化模型包括第五抵抗项、第二扰动项和第二随机项，其中，所述第五抵抗项被配置为抵抗所述可再生能源发电设备当前时刻的发电量的变化量，所述第二扰动项基于所述第二输入扰动量来确定，所述第二随机项被配置为模拟所述第二随机变化率对于当前时刻所述可再生能源发电设备的发电量的变化量的作用效果。
9.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，还包括，在各个节点还包含普通负载的情况下：
为该节点的普通负载建立第五功率变化模型，所述第五功率模型被配置为，基于所述普通负载当前时刻的负载功率的变化量、第三输入扰动量和第三随机变化率，同时抵抗所述普通负载当前时刻的负载功率的变化量，来确定所述普通负载当前时刻的负载功率的变化量的变化率；
基于第一任务变化模型、第一功率变化模型和第二任务变化模型建立功率平衡模型还包括：基于第一任务变化模型、第一功率变化模型、第二功率变化模型、第三功率变化模型、第五功率变化模型和第二任务变化模型建立功率平衡模型；
基于所述第一任务变化模型、第一功率变化模型、第二任务变化模型、功率平衡模型和频率偏差变化模型，执行联合求解以确定各个节点的控制参数还包括：基于所述第一任务变化模型、第一功率变化模型、第二功率变化模型、第三功率变化模型、第五功率变化模型、第二任务变化模型、功率平衡模型和频率偏差变化模型，执行联合求解以确定各个节点的控制参数。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述第五功率变化模型包括第六抵抗项、第三扰动项和第三随机项，其中，所述第六抵抗项被配置为抵抗所述普通负载当前时刻的负载功率的变化量，所述第三扰动项基于第三输入扰动量来确定，所述第三随机项被配置为模拟第三随机变化率对于当前时刻所述普通负载的负载功率的变化量的作用效果。
11.根据权利要求1‑10中任何一项所述的控制方法，其特征在于，所述联合求解通过如下步骤执行：将所述联合求解所基于的各个模型整理为总系统微分方程；
基于所述总系统微分方程通过李雅普诺夫泛函方法求得线性不等式矩阵
其中Ω＝AX+XA′+BY+Y′B′+S，S、X、Y均为线性不等式矩阵中的矩阵变量，Υ表示扰动因子，I表示单位矩阵，A表示系统状态矩阵对应的常数系数矩阵，Ad表示带时延的能量传输及任务调度对应的常数系数矩阵，B表示控制输入对应的常数矩阵，C表示扰动对应的常数系数矩阵，D表示系统对应的常数系数矩阵，R表示随机过程对应的常数系数矩阵，′表示矩阵的转置，h表示时延函数τ(t)的导数；
求解对称矩阵X＞0,S＞0以及Y满足所述线性不等式矩阵；
确定u＝Kx,K＝YX ，其中，u表示各个节点对应的控制参数，x表示所述总系统微分方程中的系统状态矩阵，K表示放大系数矩阵。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，求解Y进一步包括：
以所述各个模型中的任务变化量和/或功率变化量的取值范围作为约束条件，求解Y，使之满足所述线性不等式矩阵并且无穷范数最小化。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，求解Y是通过粒子群优化算法或强化学习算法来执行的。
14.一种边缘能量路由器系统，其特征在于，所述边缘能量路由器系统包含多个节点，各个节点包括整合边缘计算设备和能量路由器两者的边缘能量路由器及其对应的计算负载，各个节点具有与之经由能量传输线路相连的邻近的节点，且具有与之经由信息通信通路相连的邻近的节点，所述边缘能量路由器系统还包括控制器，所述控制器被配置为：执行根据权利要求1‑
13中任何一项所述的用于边缘能量路由器系统的控制方法，以确定各个节点的控制参数，并传输给各个节点的边缘能量路由器；
各个节点的边缘能量路由器，其配置为：接收来自所述控制器的对应节点的控制参数，并根据所述对应节点的控制参数执行控制。
15.一种非瞬态计算机介质，其特征在于，其上存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令由边缘能量路由器系统中的控制器执行时，实现根据权利要求1‑13中任何一项所述的用于边缘能量路由器系统的控制方法。
一种边缘能量路由器系统的控制方法、系统及计算机介质
技术领域
[0001] 本公开涉及边缘计算技术领域，更具体地，涉及一种用于边缘能量路由器系统的控制方法、边缘能量路由器系统及非瞬态计算机介质。
背景技术
[0002] 为应对全球变暖以及化石能源枯竭等能源问题，可再生能源大规模接入电网并代替传统化石受到学术界、产业界甚至各国政府的高度重视。能源互联网采用一种自下而上分散协同自治管理模式，以大电网为主干，若干底层自治的微网为局域网。其中，每个微网可根据具体需要接入可再生能源发电设备、化石能源发电设备以及储能设备等，优先实现自身的供能平衡。为了高效稳定地实现各个微网内部的供能平衡，大量的控制设备、电力监控设备、传感器以及各式各样的用电设备被接入到能源互联网中。其中，能量路由器充当了能源互联网中信息和能量交换的核心设备。
[0003] 为解决传统云计算的高时延等问题，边缘计算作为一种新的计算范式，可以在靠近用户端的网络边缘端卸载任务计算和数据存储，从而避免长距离网络传输带来的高时延和不可靠性。然而，随着向边缘设备卸载的任务量的增加，边缘计算设备的电能供应存在问题，从而影响微网内部计算任务的稳定性。
发明内容
[0004] 旨在提供一种用于边缘能量路由器系统的控制方法、边缘能量路由器系统及非瞬态计算机介质，考虑多种不确定性、随机性、外部干扰以及时延的影响，实现各个边缘能量路由器所属节点内部整合各个应用层面(例如但不限于经由能量传输线路与邻近节点的能量传输、经由信息通信通路与邻近节点的任务调度、计算负载等)的功率平衡同时确保所属节点内部的交流母线频率偏差的稳定且鲁棒性的控制。
[0005] 在第一方面，本公开的实施例提供一种用于边缘能量路由器系统的控制方法，所述边缘能量路由器系统包含多个节点，各个节点包括整合边缘计算设备和能量路由器两者的边缘能量路由器及其对应的计算负载，各个节点具有与之经由能量传输线路相连的邻近的节点且具有与之经由信息通信通路相连的邻近的节点，所述控制方法包括，对于各个节点：为该节点的计算负载建立第一任务变化模型，所述第一任务变化模型配置为，基于所述计算负载的任务的当前时刻的变化量、第一输入扰动量和第一随机变化率，同时抵抗所述计算负载的任务的当前时刻的变化量，来确定所述计算负载的当前时刻的变化量的变化率；为该节点与之相连的各条能量传输线路建立第一功率变化模型，所述第一功率变化模型配置为，基于当前时刻的该能量传输线路关于能量传输功率变化量的控制信息，同时抵抗该能量传输线路的预定时间段之前的时刻的能量传输功率变化量，来确定该能量传输线路的当前时刻的能量传输功率变化量的变化率；为该节点与之相连的各条信息通信通路建立第二任务变化模型，所述第二任务变化模型配置为，基于当前时刻的该信息通信通路关于任务调度变化量的控制信息，同时抵抗该信息通信通路的预定时间段之前的时刻的任务调度变化量，来确定该信息通信通路的当前时刻的任务调度变化量的变化率；为该节点的边缘能量路由器，基于第一任务变化模型、第一功率变化模型和第二任务变化模型建立功率平衡模型；为该节点的边缘能量路由器，建立交流母线的频率偏差变化模型，所述交流母线的频率偏差变化模型被配置为基于当前时刻的频率偏差和当前时刻的功率变化，来确定当前时刻的频率偏差的变化率；基于各个节点的所述第一任务变化模型、第一功率变化模型、第二任务变化模型、功率平衡模型和频率偏差变化模型，执行联合求解以确定各个节点的控制参数；以及由各个节点的边缘能量路由器根据该节点对应的控制参数执行控制。
[0006] 在第二方面，本公开的实施例还提供一种边缘能量路由器系统，所述边缘能量路由器系统包含多个节点，各个节点包括整合边缘计算设备和能量路由器两者的边缘能量路由器及其对应的计算负载，各个节点具有与之经由能量传输线路相连的邻近的节点且具有与之经由信息通信通路相连的邻近的节点，所述边缘能量路由器系统还包括控制器，所述控制器被配置为：执行前述的用于边缘能量路由器系统的控制方法，以确定各个节点的控制参数，并传输给各个节点的边缘能量路由器；各个节点的边缘能量路由器，其配置为：接收来自所述控制器的对应节点的控制参数，并根据所述对应节点的控制参数执行控制。
[0007] 在第三方面，本公开的实施例还提供一种非瞬态计算机介质，其上存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令由边缘能量路由器系统中的控制器执行时，实现根据前述的用于边缘能量路由器系统的控制方法。
[0008] 利用根据本公开的各个实施例的一种用于边缘能量路由器系统的控制方法、边缘能量路由器系统及计算机介质，针对边缘能量路由器系统的各个节点，考虑到其受到多种不确定性、随机性、外部干扰以及时延的影响，实现各个边缘能量路由器所属节点内部整合各个应用层面(例如但不限于经由能量传输线路与邻近节点的能量传输、经由信息通信通路与邻近节点的任务调度、计算负载等)的功率平衡，同时确保所属节点内部的交流母线频率偏差的稳定且鲁棒性的控制。
附图说明
[0009] 在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
[0010] 图1示出根据本公开实施例的边缘能量路由器系统的基本架构图。
[0011] 图2示出根据本公开实施例的边缘能量路由器系统中的各个节点的一种结构示例。
[0012] 图3示出根据本公开实施例的控制方法的流程图。
[0013] 图4示出根据本公开实施例的边缘能量路由器系统中的各个节点的另一种结构示例。
[0014] 图5示出根据本公开实施例的控制方法的流程图。
[0015] 图6示出根据本公开实施例的边缘能量路由器系统中的各个节点的再一种结构示例。
[0016] 图7示出根据本公开实施例的控制方法的流程图。
[0017] 图8示出根据本公开实施例的边缘能量路由器系统中的各个节点的再一种结构示例。
[0018] 图9示出根据本公开实施例的控制方法的流程图。
[0019] 图10示出根据本公开实施例的联合求解的流程示意图。
[0020] 图11示出根据本公开实施例的粒子群算法的迭代流程示意图。
[0021] 图12示出根据本公开实施例的边缘能量路由器系统的结构示意图。
具体实施方式
[0022] 为使本领域技术人员更好的理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本公开的实施例作进一步详细描述，但不作为对本公开的限定。
[0023] 本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。
[0024] 本公开的实施例提供一种用于边缘能量路由器系统的控制方法，边缘能量路由器系统可以包含多个节点，如图1中一个黑点代表一个节点，各个节点包括整合边缘计算设备和能量路由器两者的边缘能量路由器及其对应的计算负载。各个节点具有与之经由能量传输线路相连的邻近的节点且具有与之经由信息通信通路相连的邻近的节点。例如图1中节点之间的实体连线可以表示能量传输线路101，虚线可以表示节点之间的信息通信通路102。考虑到相邻的节点之间的地理关系，相邻的一对节点之间可以仅通过能量传输线路
101进行能量传输，可以仅通过信息通信通路102进行通信，可以通过能量传输线路101进行能量传输且同时通过信息通信通路102进行通信，也可以既没有能量传输线路101也没有信息通信通路102。但须知，对于任何一个节点，通常其总与边缘能量路由器系统中的至少一个邻近的节点存在能量传输线路101和/或信息通信通路102，从而成为边缘能量路由器系统的有机的一部分。
[0025] 在本示例中，可以通过一个无向图G(V,ζ)表示该边缘能量路由器系统，其中V表示系统中N个不同的节点，而ζ为无向图的边集，用来表示节点存在的能量传输线路。边e(l)＝(i,j)＝(j,i)表示第i个边缘能量路由器和第j个边缘能量路由器间存在能量传输和交换。
[0026] 对于边缘能量路由器系统中的各个节点，如图2所示，例如在本示例中该节点包含整合边缘计算设备和能量路由器两者的边缘能量路由器201，边缘能量路由器201可以与该区域内的终端设备(下文中简称为ED)202进行通信连接，从而接收ED 202发送的计算任务，ED 202的数量可以有若干个，例如ED1，…，EDn，具体的数量在此不做限定。如图3所示，本公开的控制方法可以包括：在步骤S301a中为该节点的计算负载建立第一任务变化模型，所述第一任务变化模型配置为，基于所述计算负载的任务的当前时刻的变化量、第一输入扰动量和第一随机变化率，同时抵抗所述计算负载的任务的当前时刻的变化量，来确定所述计算负载的当前时刻的变化量的变化率。也即本示例中可以在计算任务对应的第一任务变化模型设计第一输入扰动量和第一随机变化率。在短时间内对于该节点，通过第一输入扰动量来描述因外部因素来引起的计算负载的变化量的变化率，并通过第一随机变化率来模拟边缘能量路由器201自身的任务量改变的随机性。本示例中在所建立的第一任务变化模型还需要用于抵抗当前时刻的计算负载的任务的变化量，以实现系统的收敛，从而满足边缘能量路由器系统的鲁棒性的需求。
[0027] 进一步的，如图3所示，该区域内的边缘能量路由器201可以具有与之经由能量传输线路101相连的邻近的节点且具有与之经由信息通信通路102相连的邻近的节点。具体的能量传输线路101以及信息通信通路102的数量视具体相连接的数量而定，在此不做限定。例如，当该边缘能量路由器201的负载消耗过高时，局部能量不足以弥补其消耗，则边缘能量路由器201可以通过已有的能量传输线路101获取相连接的其他边缘能量路由器中富裕的电能。可以在步骤S301b，为该节点与之相连的各条能量传输线路建立第一功率变化模型，所述第一功率变化模型配置为，基于当前时刻的该能量传输线路关于能量传输功率变化量的控制信息，同时抵抗该能量传输线路的预定时间段之前的时刻的能量传输功率变化量，来确定该能量传输线路的当前时刻的能量传输功率变化量的变化率。本示例中考虑到能量传输与边缘能量路由器201的发送给该能量传输线路关于能量传输功率变化量的控制信息之间具有一定的时延。为了满足边缘能量路由器系统的鲁棒性，对于各条能量传输线路101的第一功率变化模型还用于抵抗该能量传输线路的预定时间段之前的时刻的能量传输功率变化量。
[0028] 类似的，当节点的边缘能量路由器201中的任务量过大时，局部能量不足以弥补其消耗，则当前节点的边缘能量路由器201可以将部分计算任务通过已有的信息通信通路102调度到其他节点。因此本示例中在步骤S301c中还可以为该节点与之相连的各条信息通信通路建立第二任务变化模型，所述第二任务变化模型配置为，基于当前时刻的该信息通信通路关于任务调度变化量的控制信息，同时抵抗该信息通信通路的预定时间段之前的时刻的任务调度变化量，来确定该信息通信通路的当前时刻的任务调度变化量的变化率。也即本示例中考虑到信息通信通路102上的任务调度与边缘能量路由器201的发送给该信息通信通路102关于任务调度变化量的控制信息之间具有一定的时延。为了满足边缘能量路由器系统的鲁棒性，对于各条信息通信通路102的第二任务变化模型还用于抵抗该信息通信通路的预定时间段之前的时刻的任务调度变化量。
[0029] 然后在步骤S302中可以为该节点的边缘能量路由器，基于第一任务变化模型、第一功率变化模型和第二任务变化模型建立功率平衡模型。接着在步骤S303中还可以为该节点的边缘能量路由器，建立交流母线的频率偏差变化模型，所述交流母线的频率偏差变化模型被配置为基于当前时刻的频率偏差和当前时刻的功率变化，来确定当前时刻的频率偏差的变化率。也即为了进一步满足节点的功率平衡和系统的鲁棒性的要求，本示例中可以结合前述建立的第一任务变化模型、第一功率变化模型和第二任务变化模型建立功率平衡模型。并依据所建立的功率平衡模型相应的得到该边缘能量路由器内部的交流母线频率偏差变化模型。
[0030] 接着，可以在步骤S304中，基于所述第一任务变化模型、第一功率变化模型、第二任务变化模型、功率平衡模型和频率偏差变化模型，执行联合求解(即联合系统中的各个节点求解)，以确定各个节点的控制参数。例如可以以交流母线频率偏差变化模型的鲁棒性和稳定性作为目标，建立系统的微分方程组，并求解该微分方程组，由此获得各个节点的控制参数。
[0031] 在步骤S305中，由各个节点的边缘能量路由器根据该节点对应的控制参数执行控制。也即可以通过求解所获得的各个节点的控制参数来执行控制。
[0032] 利用根据本公开的实施例的用于边缘能量路由器系统的控制方法，可以针对边缘能量路由器系统的各个节点，考虑到该节点受到的多种不确定性、随机性、外部干扰以及时延对各个节点内部的功率平衡以及频偏的共同作用来建立相应的模型，并通过求解模型获得控制参数，通过控制参数由边缘能量路由器来执行控制，从而有效解决了各个节点内部的交流频率偏差稳定和鲁棒性的控制问题。
[0033] 在一些实施例中，所述第一任务变化模型包括第一抵抗项、第一扰动项和第一随机项。其中所述第一抵抗项被配置为抵抗所述计算负载的任务的当前时刻的变化量，所述第一扰动项基于所述第一输入扰动量来确定。所述第一随机项模拟第一随机变化率对于所述计算负载的任务的当前时刻的变化量的作用效果。为了体现外部因素引起的扰动和自身因素引起的随机扰动，本示例中可以为第一任务变化模型设置相应的第一扰动项和第一随机项。其中第一抵抗项可以被配置为抵抗当前时刻的计算负载的任务的变化量。第一扰动项可以根据第一输入扰动量来确定。第一随机项可以根据指定的随机过程进行配置。示例性的例如可以采用维纳随机过程w(t)来模拟任务量变化的随机性。
[0034] 例如使用 来描述第一输入扰动量，从而本示例中可以将第一任务变化模型表示为公式(1)：
[0035]
[0036] 其中 为计算任务变化量的变化率， 为计算负载的时间常数， 为计算负载的系统系数， 表示为当前时刻的计算任务的改变量。其中， 用作第
一抵抗项的示例(符号“‑”实现抵抗)，但须知第一抵抗项的实现方式不限于此。例如可以基于公式(1)可以同时除以dt，由此 可以用作第一随机变化率对于所述计
算负载的任务的当前时刻的变化量的作用效果的示例(用乘法实现作用效果)，但须知该作用效果的实现方式也不限于此。本文中其他抵抗项和随机变化率对于其他参数的变化量的作用效果与此类似，也可以采取类似的算法来实现，在此不赘述。
[0037] 在一些实施例中，所述第一功率变化模型包括第二抵抗项和能量控制项，所述第二抵抗项被配置为抵抗该能量传输线路的预定时间段之前的时刻的能量传输功率变化量，所述能量控制项基于当前时刻的该能量传输线路关于能量传输功率变化量的控制信号与该能量传输线路的控制系数来确定。如图1所示，由于节点与节点之间的能量传输依靠其相连的能量传输线路101，相比控制信号的传输，能量传输具有一定的时延，因此本示例中的第二抵抗项被配置为抵抗该能量传输线路101的预定时间段之前的时刻的能量传输功率变化量。而对于任意的能量调度的控制信号，可以依据其相应的控制系数确定最终能量传输线路101上的能量传输变化量。也即当某个边缘能量路由器的负载消耗过高时，局部能量不足以弥补其消耗，则边缘能量路由器可以通过已有的能量传输线路获取相连接的其他边缘能量路由器中富裕的电能。本示例中各个能量传输线路101的第一功率变化模型可以建模为公式(2)：
[0038]
[0039] 其中 为第m条能量传输线路的时间常数， 为第m条能量传输线路的控制系数, 为控制第m条传输线上能量传输变化量的控制信号，τ(t)为第m条能量传输线路上的时延大小。
[0040] 在一些实施例中，所述第二任务变化模型包括第三抵抗项和任务控制项，所述第三抵抗项被配置为抵抗该信息通信通路的预定时间段之前的时刻的任务调度变化量，所述任务控制项基于当前时刻的该信息通信通路关于任务调度变化量的控制信号与该信息通信通路的控制系数来确定。如图1所示，由于节点与节点之间的任务调度依靠其相连的信息通信通路102，相比控制信号的传输，任务调度也可以考虑一定的时延，当然任务调度的时延相比于能量传输的时延要低，因此具体建模过程中也可以不考虑任务调度的时延。在考虑任务调度的时延的情况下，本示例中的第二抵抗项被配置为抵抗该信息通信通路102的预定时间段之前的时刻的能量传输功率变化量。而对于任意的任务调度的控制信号，可以依据其相应的控制系数确定最终信息通信通路102上的任务调度变化量。也即当边缘节点的任务量过大时，局部能量不足以弥补其消耗，则边缘能量路由器可以将部分计算任务调度到其他边缘能量路由器中执行。本示例中各个信息通信通路102的第二任务变化模型可以建模为公式(3)：
[0041]
[0042] 其中， 为第l条信息通信通路的时间常数， 为第l条信息通信通路的控制系数， 为控制第l条信息通信通路上调度任务变化量的控制信号，τ(t)为第l条信息通信通路上的时延大小。
[0043] 在一些实施例中，如图4所示，在该节点中还可以包括传统发电设备203和储能设备204。其中传统发电设备203可以在该节点内部进行电能供应，储能设备204可以进行储能，并在应急情况下通过储能设备向节点其他设备供应能量。如图5所示，本公开的控制方法还可以在步骤S501d中为该节点的传统发电设备建立第二功率变化模型，所述第二功率变化模型配置为，基于当前时刻的传统发电设备关于发电功率变化量的控制信息，同时抵抗所述传统发电设备的发电功率的当前时刻的变化量，来确定所述传统发电设备当前时刻的发电功率变化量的变化率。传统发电设备203可以通过边缘能量路由器来发送相应的控制信号来进行控制。因此可以根据控制信号以及其相应的系统系数来描述传统发电设备基于控制信号的发电功率变化量。类似的为了保证系统的收敛，需要抵抗传统发电设备的发电功率的当前时刻的变化量。
[0044] 当然还可以在步骤S501e中为该节点的储能设备204建立第三功率变化模型，所述第三功率变化模型配置为抵抗当前时刻的频率偏差以及当前时刻所述储能设备204的储能功率变化量，来确定当前时刻的储能设备204的储能功率变化量的变化率。为了保证系统的收敛以及鲁棒，储能设备204的储能功率的变化需要同时抵抗频率偏差的改变和当前时刻储能设备204自身的储能功率变化量。具体的，其他的建模求解过程可以参考前述过程，在此不做赘述。
[0045] 在一些实施例中，所述第二功率变化模型包括第四抵抗项和发电控制项，所述第四抵抗项配置为抵抗所述传统发电设备的发电功率的当前时刻的变化量，所述发电控制项基于当前时刻的传统发电设备关于发电功率变化量的控制信号与所述传统发电设备的控制系数来确定。本示例中可以根据传统发电设备203关于发电功率变化量的控制信号与所述传统发电设备的控制系数来确定。本示例中可以将第二功率变化模型建模为公式(4)：
[0046]
[0047] 其中 为传统发电设备的时间常数， 为传统发电设备的控制系数。
[0048] 在一些实施例中，储能设备204的第三功率变化模型需要配置为抵抗当前时刻的频率偏差以及当前时刻储能设备204的储能功率变化量，来确定当前时刻的储能设备204的储能功率变化量的变化率。例如可以将第三功率变化模型建模为公式(5)：
[0049]k
[0050] 其中 为储能设备的时间常数，Δf (t)为节点k内部的交流母线频率偏差，为节点k当前时刻的储能功率变化量。
[0051] 在一些实施例中，如图6所示，在该节点中还可以包括可再生能源发电设备205。可再生能源发电设备205也可以作为节点的供能设备。可再生能源发电设备205可以是光伏发电设备、风力发电机或者水力发电机。对于此类节点，如图7所示，本公开控制方法还可以在步骤701f中为该节点的可再生能源发电设备建立第四功率变化模型，所述第四功率变化模型被配置为，基于所述可再生能源发电设备205当前时刻的发电量的变化量、第二输入扰动量和第二随机变化率，同时抵抗所述可再生能源发电设备205当前时刻的发电量的变化量，来确定所述可再生能源发电设备205当前时刻的发电变化量的变化率。本示例中以采用光伏发电设备为例作为可再生能源发电设备205为例进行举例说明。考虑到光伏发电设备可能受到外界干扰，如光照强度的突然变化，为了更真实地对光伏发电设备进行描述，本示例中通过第二输入扰动量来描述因外部因素来引起的光伏发电功率变化量的变化率，并通过第二随机变化率来模拟节点中光伏变化的随机性。本示例中在所建立的第四功率变化模型还需要用于抵抗当前时刻的光伏发电设备自身发电功率的变化量，以实现系统的收敛，从而满足边缘能量路由器系统的鲁棒性的需求。具体其他的建模求解过程可以参考前述过程，在此不做赘述。
[0052] 在一些实施例中，所述第四功率变化模型包括第五抵抗项、第二扰动项和第二随机项，其中，所述第五抵抗项被配置为抵抗所述可再生能源发电设备当前时刻的发电量的变化量，所述第二扰动项基于所述第二输入扰动量来确定，所述第二随机项被配置为模拟所述第二随机变化率对于当前时刻所述可再生能源发电设备的发电量的变化量的作用效果。为了体现外部因素引起的扰动和可再生能源发电设备自身因素引起的随机扰动，本示例中可以为第四功率变化模型设置相应的第五抵抗项、第二扰动项和第二随机项。其中第二随机项模拟第二随机变化率对于可再生能源发电设备当前时刻的发电变化量的作用效果。其中第五抵抗项可以被配置为抵抗当前时刻的可再生能源发电设备发电功率的变化量。第二扰动项可以根据输入的指定扰动项来确定。第二随机项可以根据指定的随机过程进行配置。示例性的例如可以采用维纳随机过程w(t)来模拟可再生能源发电设备发电功率的随机性，使用 来描述第二输入扰动量，从而本示例中可以将第四功率变化模型表示为公式(6)：
[0053]
[0054] 其中， 为可再生能源发电设备的时间常数， 为可再生能源发电设备的系统系数， 为可再生能源发电设备的扰动输入， 为当前时刻光伏发电设备的发电功率变化量。
[0055] 在一些实施例中，如图8所示，在一些节点中还可以包括普通负载206，例如普通负载206可以是区域内的路灯等设备。在节点包含普通负载206的情况下，本公开的控制方法还可以在步骤S901g中为该节点的普通负载建立第五功率变化模型，所述第五功率模型被配置为，基于所述普通负载当前时刻的负载功率的变化量、第三输入扰动量和第三随机变化率，同时抵抗所述普通负载当前时刻的负载功率的变化量，来确定所述普通负载当前时刻的负载功率的变化量的变化率。本示例中以节点内的普通用电设备为例作为普通负载206为例进行举例说明。考虑到普通用电设备负荷可能受到外界干扰，如用户用电的突然变化，为了更真实地对普通用电设备进行描述，本示例中通过第三输入扰动量来描述因外部因素来引起的普通负载的负载功率的变化率，并通过第三随机变化率来模拟节点中负载变化的随机性。本示例中在所建立的第五功率变化模型还需要用于抵抗当前时刻的普通负载自身耗能的变化量，以实现系统的收敛，从而满足边缘能量路由器系统的鲁棒性的需求。当然还可以在步骤S302中基于第一任务变化模型、第一功率变化模型、第五功率变化模型和第二任务变化模型建立功率平衡模型。并在步骤S303中基于所述第一任务变化模型、第一功率变化模型、第五功率变化模型、第二任务变化模型、功率平衡模型和频率偏差变化模型，执行联合求解以确定控制参数。其他具体的建模求解过程可以参考前述过程，在此不做赘述。
[0056] 在一些实施例中，所述第五功率变化模型包括第六抵抗项、第三扰动项和第三随机项，其中，所述第六抵抗项被配置为抵抗所述普通负载当前时刻的负载功率的变化量，所述第三扰动项基于第三输入扰动量来确定，所述第三随机项被配置为模拟第三随机变化率对于当前时刻所述普通负载的负载功率的变化量的作用效果。为了体现外部因素引起的扰动和普通负载206自身因素引起的随机扰动，本示例中可以为第五功率变化模型设置相应的第六抵抗项、第三扰动项和第三随机项。其中第三随机项模拟第三随机变化率对于普通负载206当前时刻的负载功率的作用效果。其中第六抵抗项可以被配置为抵抗当前时刻的普通负载206负载功率的变化量。第三扰动项可以根据输入的指定扰动项来确定。第三随机项可以根据指定的随机过程进行配置。示例性的例如可以采用维纳随机过程w(t)来模拟普通负载206功率变化的随机性，使用 来描述第三输入扰动量，从而本示例中可以将第五功率变化模型表示为公式(7)：
[0057]
[0058] 其中， 为普通负载的时间常数， 为普通负载的系统系数， 为普通负载的扰动输入， 为当前时刻普通负载的负载功率变化量。
[0059] 在一些实施例中，为该节点的边缘能量路由器，在步骤S302中基于第一任务变化模型、第一功率变化模型和第二任务变化模型建立功率平衡模型。如图8所示，在节点包含传统发电设备、可再生能源发电设、普通负载、计算负载和储能设备，以及节点之间存在能量调度和任务调度的情况下，建立如下公式(8)所定义的功率平衡模型：
[0060]
[0061] 其中f(k,l)表示任务调度的方向，取1或者‑1，‑1表示节点k通过第l条信息通信通路接受来自其它节点的调度任务，相反则表示将任务调度给其它节点。同理，g(k,m)表示能量传输的方向，m为第m条能量传输线路。L和M分别表示系统中共存在多少条信息通信通路和能量传输线路。其中E表示计算任务量和能耗之间的比值。示例性的，若该节点不包含某个接入要素(例如但不限于可再生能源发电设备)则将对应的项置0即可获得相应的功率平衡模型，以此类推，可以得到图2、图4、图6和图8中任一种结构的节点的功率平衡模型。
[0062] 在步骤S303中还可以为该节点的边缘能量路由器，建立如下公式(9)的交流母线的频率偏差变化模型，所述交流母线的频率偏差变化模型被配置为基于当前时刻的频率偏差和当前时刻的功率变化，来确定当前时刻的频率偏差的变化率。
[0063]
[0064] 其中Dk和Mk分别表示惯性常数和阻尼系数。
[0065] 在一些实施例中，步骤S304联合求解通过如下步骤执行：
[0066] S1001将所述联合求解所基于的各个模型整理为总系统微分方程。
[0067] 例如可以 对于 每一个节 点可以定 义系统状 态向量为 ：控制输入为
扰动输入向量为
[0068] 对于节点的边缘能量路由器定义其状态向量为n为节点总数，′表示转置，控制向量为
[0069] 对于整个边缘能量路由器系统，定义系统的状态变量为x(t)＝[x1(t)′,x2n ER 1 2 n ER(t)′,…,x(t)′,x (t)′]′，控制输入为u(t)＝[u (t)′,u (t)′,…,x (t)′,u (t)′]′，扰动
1 2 n
输入为v(t)＝[v(t)′,v(t)′,…，v(t)′]′。
[0070] 系统的输出母线频率偏差变化为z(t)＝[Δf1(t),Δf2(t),…,Δfn(t)]′。
[0071] 整理上述建模方程，可以得到如下公式(10)的系统微分方程：
[0072]
[0073] 其中，A、Ad、B、C、R、D均为由公式(1)‑(9)整理得到的常数矩阵，x为总的系统状态矩阵，u为总的控制输入矩阵，v为总的外部扰动输入矩阵。
[0074] 本发明控制方法通过控制传统发电设备的发电量、边缘能量路由器间的能量传输和任务调度量从而维持各个边缘能量路由器节点的内部功率平衡，同时保证各个边缘能量路由器节点内部的交流母线频率稳定和鲁棒性。可以在步骤S1002中基于所述总系统微分方程通过李雅普诺夫泛函方法求得线性不等式矩阵，如公式(11)所示。
[0075]
[0076] 其中Ω＝AX+XA′+BY+Y′B′+S，S、X、Y均为线性不等式矩阵中的矩阵变量，Υ表示扰动因子，I表示单位矩阵，A表示系统状态矩阵对应的常数系数矩阵，Ad表示带时延的能量传输及任务调度对应的常数系数矩阵，B表示控制输入对应的常数矩阵，C表示扰动对应的常数系数矩阵，D表示系统对应的常数系数矩阵，R表示随机过程对应的常数系数矩阵，′表示矩阵的转置，A、Ad、B、C、R、D可由公式(1)‑(9)整理获得，h表示时延函数τ(t)的导数。
[0077] 然后在步骤S1003中求解对称矩阵X＞0,S＞0以及Y满足所述线性不等式矩阵。
[0078] 接着在步骤S1004中，通过预设算法执行求解。例如，可以确定u*＝Kx,K＝YX‑1，其*中，u表示各个节点对应的控制参数，x表示所述总系统微分方程中的系统状态矩阵，K表示放大系数矩阵。
[0079] 在一些实施例中，所述预设算法还可以采用其他的方式来求解。
[0080] 例如，可以为该节点的各个模型设置相应的约束条件。
[0081] 例如由于每个边缘能量路由器的计算能力是有限的，因此 在数值上存在上下限 即相应的约束条件满足公式(12)：
[0082]
[0083] 再比如普通负载的功率变化以及可再生能源设备的发电功率变化 和 的上限分别为 和 下限为 和 即相应的约束条件满足公式(13)和(14)：
[0084]
[0085]
[0086] 又比如考虑到传统发电设备的发电功率限制以及防止传统发电设备的过度控制，传统发电设备的功率上限为 功率下限为 因此传统发电设备约束条件满足公式(15)：
[0087]
[0088] 储能设备的储能电池的充放电的约束条件满足公式(16)：
[0089]
[0090] 还比如能量传输线路和通信线路上传输的能量和任务调度量的上限分别为和 下限 和 即相应的约束条件满足公式(17)和(18)：
[0091]
[0092]
[0093] 在一些实施例中，求解Y进一步包括：以所述各个模型中的任务变化量和/或功率变化量的取值范围作为约束条件，求解Y，使之满足所述线性不等式矩阵并且无穷范数最小化。本示例中进一步考虑到仅通过求解该线性矩阵不等式得到控制信号可能会导致对传统发电设备的过度控制。因此本示例中可以通过将无穷范数||Y||∞最小化，来解决过度控制的问题，由此可以获得||Y||∞最小化为目标函数的优化问题，即公式(19a)‑公式(19i)：
[0094] minimize||Y||∞ 公式(19a)
[0095] 使得
[0096]
[0097]
[0098]
[0099]
[0100]
[0101]
[0102]
[0103] 在一些实施例中，求解Y是通过粒子群优化算法或强化学习算法来执行的。基于所得到的优化问题公式(19a)‑(19i)是一个凸优化问题，可以通过粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization)对该优化问题进行求解，也可以采用强化学习的方式对所得到的优化问题，也就是公式(19a)‑(19i)进行联合求解，从而获得边缘能量路由器系统各个节点的控制参数。通过所获得各个节点的控制参数对相应的节点进行控制即可保证边缘能量路由器系统各交流母线偏差稳定且防止过度控制。
[0104] 示例性的粒子群优化算法的计算步骤如图11所示。在步骤S1101中可以初始化粒子，然后在步骤S1102中计算出粒子合适的值。接着步骤S1103中计算出单个粒子个体经历过的最好位置gbest，以及粒子种群所经历过的最好位置pbest。再然后在步骤S1104中更新速度和位置。并在步骤S1105中判断迭代次数是否达到预设迭代次数的最大值，若未达到迭代次数的最大值，重复计算各个粒子个体合适的值。若已达到迭代次数的最大值，则可以结束迭代计算，输出求解获得的优化控制参数。
[0105] 本公开的控制方法所考虑的边缘能量路由器系统具备微型电力系统的自给自足的特点，即每一个节点可以通过边缘能量路由器分别与普通负载、传统发电设备、光伏发电设备以及储能设备等能量设备相连组成。本示例中每一个边缘能量路由器具有边缘计算的能力，而任务计算同样是耗能巨大的，因此本公开的控制方法利用计算负载描述这一耗能过程。在能量设备中，普通负载、计算负载、光伏发电设备、储能设备是不可控制的。考虑到减少化石燃料以及保护生态环境，消耗化石燃料的传统发电设备的发电量由边缘能量路由器中的控制模块进行控制。可控制的过程还包括边缘能量路由器间的能量传输和任务调度。本公开的控制方法可以对每个节点进行建模，具体可以包含光伏发电设备、传统发电设备、普通负载以及计算负载，并对边缘能量路由器间的任务调度和能量传输过程进行建模，进而根据前述建模获得每一个节点内部的功率平衡方程。然后可以以交流母线频率偏差变化值的鲁棒性和稳定性作为目标来进行联合求解确定控制参数。针对边缘能量路由器系统的各个节点，考虑到其受到多种不确定性、随机性、外部干扰以及时延的影响，本公开的方法可以解决各个节点内部的交流频率偏差稳定和鲁棒性的问题。
[0106] 本公开的实施例还提供一种边缘能量路由器系统，如图12所示，所述边缘能量路由器系统包含多个节点100，各个节点包括整合边缘计算设备和能量路由器两者的边缘能量路由器及其对应的计算负载，各个节点具有与之经由能量传输线路101相连的邻近的节点且具有与之经由信息通信通路相连102的邻近的节点，所述边缘能量路由器系统还包括控制器1201，所述控制器1201可以被配置为执行前述的用于边缘能量路由器系统的控制方法，以确定各个节点100的控制参数，并传输给各个节点的边缘能量路由器。也即控制器1201可以与各个节点的边缘能量路由器通信连接并向各个节点的边缘能量路由器发送对应的控制参数。各个节点的边缘能量路由器可以被配置为：接收来自所述控制器的对应节点的控制参数，并根据所述对应节点的控制参数执行控制。控制器可以设置在某个指定的边缘能量路由器系统的节点区域，也可以布置在云端，具体的位置可以根据实际需要设置，在此不一一列举。控制器1201可以包括一个或多个处理器，处理器可以包括一个以上通用处理设备的处理设备，诸如微处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)等。更具体地，该处理器可以是复杂指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器、运行其他指令集的处理器或运行指令集的组合的处理器。该处理器还可以是一个以上专用处理设备，诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、片上系统(SoC)等。
[0107] 本公开的实施例还提供一种非瞬态计算机介质，其上存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令由边缘能量路由器系统中的控制器执行时，实现根据前述的用于边缘能量路由器系统的控制方法。本示例中，控制器可以布置在指定的某个区域，也可以布置在云端，控制器1201可以包括一个或多个处理器，处理器可以包括一个以上通用处理设备的处理设备。处理器还可以可通信地耦合到非瞬态计算机介质。非瞬态计算机介质可以是存储器/储存器，诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、相变随机存取存储器(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、闪存盘或其他形式的闪存、缓存、寄存器、静态存储器、光盘只读存储器(CD‑ROM)、数字通用光盘(DVD)或其他光学存储器、盒式磁带或其他磁存储设备，或被用于储存能够被计算机设备访问的信息或指令的任何其他可能的非暂时性的介质等。
[0108] 此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本公开的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。
[0109] 以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本公开。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本公开的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。
[0110] 以上实施例仅为本公开的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本公开的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
