劉洋

（陜西省地方電力（集團）有限公司榆林供電局，陜西榆林 719000）

0.引言

由于電力資源的使用存在明顯的波峰和波谷特征，因此，需要變電站需要按照用戶的實際使用需求對電能資源的分配做出合理的調(diào)整，最大限度滿足用戶的用電需求[1]。就變電站資源的自動化調(diào)度這一問題，許多專家和學者也開展了相關(guān)研究，以某機場的10kV變電站為研究對象，利用“四型機場”的理念設(shè)計了電能綜合分配管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了對資源的高效調(diào)度。但在調(diào)度過程中缺少對時間因素的考慮，因此仍存在一定的提升空間。通過將電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)與監(jiān)控信息進行有效整合，實現(xiàn)了電力資源分配效果的優(yōu)化提升，但其在具體的實施過程中是通過調(diào)度資源改善監(jiān)控信息的穩(wěn)定性，因此被動性較強。但該方法中將監(jiān)控信息應(yīng)用于資源調(diào)度中的方法是十分具有研究價值的。

為此，本文設(shè)計了一種基于監(jiān)控信息的智能變電站自動化調(diào)度系統(tǒng)，通過對監(jiān)控到的用電信息進行特征分析，實現(xiàn)對電力資源的合理調(diào)度，并通過實驗驗證了該系統(tǒng)的實際應(yīng)用價值。通過本文的研究，希望為相關(guān)變電站的資源調(diào)度問題提供幫助。

1.硬件設(shè)計

1.1 監(jiān)控裝置

由于變電站的供電范圍相對較大，在不同時段的用電特征也不同[2]，需要監(jiān)控設(shè)備具有高精度、高效率監(jiān)測效果。為此，本文選用OM-ACM-A802單相電量數(shù)據(jù)采集設(shè)備作為監(jiān)測裝置，具有高度的集成化特性，能夠?qū)崿F(xiàn)對交流電壓、電流值的有效測量，同時也可以對變電站設(shè)備的有功功率、無功功率、功率因數(shù)以及運行頻率等參量進行實時采集。內(nèi)置的RS-485通訊接口可以利用Modbus-RTU通訊協(xié)議將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫畔⒅行?，同時ESD保護電路確保設(shè)備在供電異常環(huán)境下穩(wěn)定運行。

1.2 PLC裝置

PLC作為調(diào)度命令的模糊控制器，其需要對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行全面分析，要求其具有強大的數(shù)據(jù)處理能力，本文選用某公司的CPU 204 M84產(chǎn)品作為系統(tǒng)的主控裝置。該設(shè)備通過可擴展I/O實現(xiàn)與監(jiān)測設(shè)備之間的連接，2個CD-57C接口支持組網(wǎng)通信方式的實施，采用八進制編碼模式對命令進行加密處理，避免惡意攻擊帶來的安全問題，內(nèi)附4個擴展模塊可以滿足海量用電數(shù)據(jù)的存儲需求，自帶的PID自整定模式可以確保與其連接的多個監(jiān)測裝置同時收到命令，并且運算功能強大。

2.軟件設(shè)計

2.1 監(jiān)控數(shù)據(jù)分析

實現(xiàn)對電能資源有效調(diào)度的前提是對用電需求做出準確分析，本文首先對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行分析。

當OM-ACM-A802通過RS-485將采集到的用電數(shù)據(jù)信息發(fā)送至PLC的主控裝置時，按照時段對數(shù)據(jù)進行劃分。本文通過以數(shù)據(jù)的均值為中心，統(tǒng)計了固定時間內(nèi)用電量的離散程度，得到用電量變化趨勢，其模式如圖1所示。

圖1 固定時刻用電量分布統(tǒng)計圖

如圖1所示，A為對固定時刻用電量監(jiān)測結(jié)果的均值，r為數(shù)據(jù)篩選半徑，通過這樣的方式實現(xiàn)對無效數(shù)據(jù)的過濾。對于篩選半徑的制定，以監(jiān)控數(shù)據(jù)的離散程度為標準，以最終的統(tǒng)計數(shù)據(jù)達到整體的80%以上為目標[3]。

在此基礎(chǔ)上，對24h內(nèi)的用電情況進行分析，確定用電波峰以及波谷時期的電能需求閾值，并將其作為資源調(diào)度的依據(jù)。

2.2 電力資源調(diào)度

在得到用電需求特征后，基于PLC的PID自整定對實際變電站設(shè)備的運行狀態(tài)與用電需求進行自適應(yīng)調(diào)整，實現(xiàn)對資源的合理調(diào)度。

首先，將上文分析得到的用電特征作為目標值，對OM-ACM-A802監(jiān)控到的t時刻變電站運行有功功率、無功功率狀態(tài)進行分析，其方式為：

其中，γ表示分析結(jié)果，Py表示變電站的有功功率，Pw表示變電站的無功功率，P表示上文統(tǒng)計的閾值上限。

當γ=1時，表示變電站的運行狀態(tài)與實際用電需求一致，無須進行調(diào)度處理；當γ>1時，表示變電站的供電量大于實際用電需求，此時PLC利用I/O將有功功率下調(diào)到γ=1狀態(tài)；當γ<1時，表示變電站的供電量大于實際用電需求，此時PLC利用I/O將有功功率上調(diào)到γ=1狀態(tài)。

通過上述研究，實現(xiàn)對電能資源的有效調(diào)度。

3.應(yīng)用測試

利用本文設(shè)計的智能變電站自動化調(diào)度系統(tǒng)進行實驗測試，以此對其調(diào)度的效果做出客觀評價。

3.1 實驗平臺構(gòu)造

本文構(gòu)建的實驗平臺是由4臺計算機和一個路由器集成構(gòu)成的，并將網(wǎng)速為千兆的以太網(wǎng)作為連接，以此為基礎(chǔ)構(gòu)成一個小型的計算機集群系統(tǒng)，實驗所用的計算機操作系統(tǒng)均為Windows10，內(nèi)存大小為64G，Java的版本型號為9.0，Hadoop的版本型號為10.2.2。為了確保實驗的操作可以在穩(wěn)定狀態(tài)下被傳輸，Hadoop平臺使用的編程語言為Java。通過將4臺計算機安裝在同一個局域網(wǎng)內(nèi)，為其各自分配一個獨立的IP地址。

3.2 實驗結(jié)果

在上述基礎(chǔ)上，對變電站的電能資源進行調(diào)度，其結(jié)果如表1所示。

從表1中可以看出，用電波峰和波谷分別出現(xiàn)在2:00～4:00以及14:00～22:00階段，在本文設(shè)計系統(tǒng)的調(diào)度下，電能資源的供應(yīng)量與實際需求之間具有較高的擬合度，且差異始終在50kV以內(nèi)。說明本文提出的方法能夠?qū)崿F(xiàn)對變電站資源的有效調(diào)度。

表1 電能資源自動化調(diào)度結(jié)果

4.結(jié)語

變電站作為控制電能供應(yīng)的主要節(jié)點，是關(guān)系到用戶用電質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如何實現(xiàn)在滿足用電需求的前提下，最大限度降低對電能資源的浪費是變電站需要重點關(guān)注的問題。本文設(shè)計了一種基于監(jiān)控信息的智能變電站自動化調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)了供電量與用電量之間的高度擬合，通過本文的研究，以期為變電站的資源調(diào)度提供參考價值。