張智鵬

（國(guó)網(wǎng)陜西西咸新區(qū)供電公司，陜西 西安 712000）

0 引 言

近年來(lái)，電力結(jié)構(gòu)不斷擴(kuò)大，智能電網(wǎng)建設(shè)不斷發(fā)展，電力調(diào)度的復(fù)雜程度和重要程度逐漸提高，為電力調(diào)度控制帶來(lái)了一定的困難。電力調(diào)度控制的網(wǎng)路建設(shè)是組成智能電網(wǎng)的重要部分，由于傳統(tǒng)的電力調(diào)度控制系統(tǒng)在對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行集成時(shí)存在維護(hù)和擴(kuò)展困難的問(wèn)題，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)調(diào)度控制的運(yùn)行效率，破壞了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為了提高地區(qū)電網(wǎng)的控制能力和可靠用戶的接納能力，對(duì)多種結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效存儲(chǔ)，建成快速可靠的電力調(diào)度控制系統(tǒng)是十分必要的。對(duì)于電力調(diào)度控制系統(tǒng)的建設(shè)，需要引入先進(jìn)成熟的信息技術(shù)，使電力調(diào)度控制與管理更加標(biāo)準(zhǔn)化和科學(xué)化[1]。本文結(jié)合研究地區(qū)調(diào)度控制的實(shí)際業(yè)務(wù)需求和發(fā)展需要，設(shè)計(jì)基于改進(jìn)遺傳算法的電力調(diào)度控制系統(tǒng)，在一定傳輸規(guī)約的情況下，完成對(duì)電力的調(diào)度，并通過(guò)通信通道與各變電站實(shí)現(xiàn)電力數(shù)據(jù)信息的交換，為提高電力調(diào)度控制水平提供了參考依據(jù)，對(duì)加強(qiáng)電力調(diào)度控制建設(shè)和系統(tǒng)運(yùn)行效率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 基于改進(jìn)遺傳算法的電力調(diào)度控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體功能模塊架構(gòu)設(shè)計(jì)

本文系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用分布式結(jié)構(gòu)，基于Windows 2010的操作系統(tǒng)平臺(tái)上運(yùn)行，通信及通信接口的實(shí)現(xiàn)都以開(kāi)放性為原則，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)電力信息的共享。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一化問(wèn)題，在系統(tǒng)集成過(guò)程中預(yù)留擴(kuò)展接口，在進(jìn)行功能模塊設(shè)計(jì)中充分考慮后期系統(tǒng)軟件的拓展性，使本文系統(tǒng)能夠在后期集成中減少對(duì)于系統(tǒng)架構(gòu)的整合與修改，為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，通過(guò)物理層的隔離將電力調(diào)度控制與實(shí)時(shí)系統(tǒng)分開(kāi)，進(jìn)行機(jī)器和網(wǎng)絡(luò)的雙套CPU系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具體功能模塊架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

由圖1可知，登錄模塊設(shè)計(jì)中，根據(jù)不同的登錄用戶類別，導(dǎo)入不同的操作菜單，對(duì)于電力數(shù)據(jù)的查詢與應(yīng)用具有不同的權(quán)限設(shè)置。門戶展示模塊能夠進(jìn)行電力數(shù)據(jù)信息的發(fā)布和電力信息預(yù)警，形成及時(shí)的信息數(shù)據(jù)反饋，進(jìn)行系統(tǒng)功能檢索。能量管理模塊能夠采集線路負(fù)載、氣象情況等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的發(fā)電控制，進(jìn)行用電負(fù)荷預(yù)測(cè)，分析電壓穩(wěn)定，通過(guò)遙測(cè)功能采集各變電站線路的電壓、電流，為本文電力調(diào)度控制系統(tǒng)提供底層數(shù)據(jù)支撐，管理各類異常數(shù)據(jù)[2]。

1.2 控制器設(shè)計(jì)

在本文的電力調(diào)度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要涉及對(duì)電力數(shù)據(jù)的采集與處理，實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度控制。在本文系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中利用無(wú)源晶片處理技術(shù)，協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)換并標(biāo)準(zhǔn)化處理電網(wǎng)中調(diào)度控制信息的傳輸和接收過(guò)程中的外部晶格，本文控制器主要組成部分為數(shù)字信號(hào)處理器和單片機(jī)，通訊采用雙口RAM結(jié)構(gòu)，具體如圖2所示。

由圖2可知，本文控制器結(jié)構(gòu)采用基于恒頻濾波器對(duì)邏輯處理芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，帶有智能電源模塊，其數(shù)字信號(hào)處理為主要核心部分，同時(shí)包括了信號(hào)轉(zhuǎn)換與功率預(yù)處理程序等，本文電力調(diào)度控制系統(tǒng)通信依賴于寬帶系統(tǒng)，通過(guò)電源電路進(jìn)行信號(hào)的輸入，用于接收電力調(diào)度配置以及電力數(shù)據(jù)信息反饋[3]。數(shù)據(jù)采集和傳輸分別運(yùn)用外設(shè)部件互聯(lián)的局部并行總線和芯片系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)電力調(diào)度和傳輸?shù)淖詣?dòng)控制。為了防止本文系統(tǒng)的硬件故障，采用中間繼電器保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，在系統(tǒng)正常運(yùn)行的工況下對(duì)電池進(jìn)行管理與監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)外部電源的自動(dòng)化切換。

2 基于改進(jìn)遺傳算法的電力調(diào)度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 電力數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)及處理

對(duì)電網(wǎng)中主要設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，雙位遙信接入各電力設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)信號(hào)，并對(duì)繼電保護(hù)動(dòng)作等事件進(jìn)行記錄，并存儲(chǔ)在歷史事件庫(kù)中，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行判斷，若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常及時(shí)發(fā)出告警信號(hào)，支持事件信息的打印與語(yǔ)音輸出[4]。經(jīng)過(guò)采集得到的數(shù)據(jù)必須滿足電力調(diào)度控制系統(tǒng)和集控中心的技術(shù)要求，能夠?qū)⒏黝愲娋W(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行交互轉(zhuǎn)換，滿足調(diào)度控制數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)響應(yīng)，在數(shù)據(jù)傳輸與融合中，支持多種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)源信息的處理，傳輸采樣數(shù)據(jù)。根據(jù)遙信信號(hào)，進(jìn)行遙信故障處理，根據(jù)獲取的事故信號(hào)，對(duì)事故的變位情況實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化判定，對(duì)于遙測(cè)的處理可以在其越限時(shí)進(jìn)行告警，能夠?qū)⒍嘣催b測(cè)量集成，進(jìn)行功率到電量的計(jì)算及相應(yīng)的處理。同時(shí)，將電能平衡率、輸電線路功率等電力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄并整理，存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中，本文系統(tǒng)提供用戶語(yǔ)言計(jì)算以及公式計(jì)算功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與處理。

2.2 基于改進(jìn)遺傳算法調(diào)度電力資源

遺傳算法雖具有良好的可擴(kuò)展性和較強(qiáng)的群體搜索能力，但仍存在不足之處，如在編碼上缺乏規(guī)范性，容易陷入局部收斂問(wèn)題，因此本文基于改進(jìn)遺傳算法實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度。在電力調(diào)度控制系統(tǒng)中存在著一定的函數(shù)關(guān)系，運(yùn)用電力系統(tǒng)調(diào)度資源映射調(diào)度任務(wù)的間接實(shí)數(shù)編碼方式，將電力調(diào)度任務(wù)劃分成的子任務(wù)個(gè)數(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源分配，并進(jìn)行對(duì)應(yīng)編號(hào)，其中子任務(wù)的總數(shù)為：

式中，t為本文系統(tǒng)中的所有調(diào)度任務(wù)；S(i)為第i個(gè)任務(wù)所具有的子任務(wù)個(gè)數(shù)。按照任務(wù)順序進(jìn)行基因染色體編碼后，對(duì)染色體進(jìn)行解碼操作，完成第w任務(wù)中的子任務(wù)所需要的時(shí)間為：

式中，m為本文系統(tǒng)中的所有資源數(shù)量；n為子任務(wù)個(gè)數(shù)；p為第p個(gè)worker節(jié)點(diǎn)資源；t(p,i)為第p個(gè)worker執(zhí)行中第i個(gè)子任務(wù)所需時(shí)間[5]。在初始種群中設(shè)置相關(guān)參數(shù)，計(jì)算個(gè)體適應(yīng)度，進(jìn)行交叉操作和變異操作，適當(dāng)調(diào)整其交叉和變異概率，其個(gè)體選擇概率為：

式中，j為系統(tǒng)中資源個(gè)數(shù)，為避免算法的局部收斂，設(shè)定收斂依據(jù)，在樣本計(jì)算中進(jìn)行不同個(gè)體之間的相似性判斷，連續(xù)經(jīng)過(guò)并行變異處理，若種群中最優(yōu)個(gè)體數(shù)量為明顯變化，說(shuō)明已經(jīng)搜索到全局最優(yōu)解，實(shí)現(xiàn)電力任務(wù)調(diào)度。

2.3 建立電力調(diào)度運(yùn)行控制模型

本文以網(wǎng)絡(luò)線損最小化為電力調(diào)度控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)，對(duì)研究區(qū)域內(nèi)的電網(wǎng)電力進(jìn)行調(diào)度控制，建立電力調(diào)度運(yùn)行控制模型，具體表達(dá)式為：

式中，q為網(wǎng)絡(luò)支路數(shù)；d為開(kāi)關(guān)狀態(tài)；Rv為支路v的電阻；Gv和Qv分別為研究區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)中支路v流過(guò)的有功和無(wú)功；Uv為母線電壓。根據(jù)不同時(shí)段的用電需求，在特定時(shí)間段進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)線損最小化目標(biāo)函數(shù)的調(diào)整。判斷研究區(qū)域配電網(wǎng)的各類開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，通過(guò)相應(yīng)措施獲取新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制和優(yōu)化目的[6]。本文通過(guò)改進(jìn)遺傳算法獲取電力調(diào)度控制系統(tǒng)的最優(yōu)解后，需要對(duì)該最優(yōu)解所對(duì)應(yīng)的研究區(qū)域配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效性的判定，判斷網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是否為輻射狀，根據(jù)實(shí)際需要選擇最合適的安全控制層次，完成本文系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

3 實(shí)驗(yàn)論證分析

為驗(yàn)證本文系統(tǒng)的可行性，將針對(duì)系統(tǒng)的性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，利用Windows平臺(tái)的仿真軟件工具進(jìn)行效果評(píng)估，由電力調(diào)度控制人員從服務(wù)端進(jìn)行身份驗(yàn)證，登錄系統(tǒng)，其被測(cè)服務(wù)器環(huán)境的具體配置如表1所示。

表1 測(cè)試服務(wù)器環(huán)境具體配置

由表1可知本文實(shí)驗(yàn)測(cè)試環(huán)境，設(shè)置用戶訪問(wèn)電力數(shù)據(jù)的數(shù)量為400個(gè)，測(cè)試開(kāi)始時(shí)間為2022年1月12日下午15:30，測(cè)試持續(xù)時(shí)間為5 min，測(cè)試迭代次數(shù)為2 000次，其具體測(cè)試結(jié)果如表2 所示。

表2 系統(tǒng)性能測(cè)試

由表2 可知，本文系統(tǒng)通過(guò)驗(yàn)證平臺(tái)對(duì)登錄用戶進(jìn)行了身份驗(yàn)證，本文電力調(diào)度控制系統(tǒng)能夠?qū)y(cè)試操作給予及時(shí)的響應(yīng)，響應(yīng)時(shí)間均在3 s內(nèi)，其中調(diào)度控制測(cè)試的響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)，響應(yīng)時(shí)間為2.8 s，但均在響應(yīng)時(shí)間的合理范圍內(nèi)，在負(fù)載測(cè)試中，本文系統(tǒng)在不同負(fù)載環(huán)境下均保持運(yùn)行穩(wěn)定，證明本文系統(tǒng)具有可行性，能夠滿足系統(tǒng)用戶需求。

4 結(jié) 論

本文通過(guò)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)總體功能模塊架構(gòu)設(shè)計(jì)完成了本文電力調(diào)度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，通過(guò)電力數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)及處理，基于改進(jìn)遺傳算法，建立電力調(diào)度運(yùn)行控制模型，完成了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，取得了一定的研究成果。同時(shí)，由于時(shí)間和條件的限制，本文研究還存在著諸多不足，有待于深入探討，如對(duì)于電力數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)方法涉及的較少，對(duì)于本文系統(tǒng)的自動(dòng)化功能建設(shè)還需要逐步完善，從而提高信息采集的準(zhǔn)確性，在今后的研究中還將不斷優(yōu)化電力數(shù)據(jù)的共享模式，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率，減少系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能的優(yōu)化。