田祚堡，王代春，鄒澤華，郭人維

(1.三峽水利樞紐梯級(jí)調(diào)度通信中心成都調(diào)控部，四川 成都 610094；2.三峽水利樞紐梯級(jí)調(diào)度通信中心成都調(diào)控中心，四川 成都 610094)

0 引言

當(dāng)前水電站中各類運(yùn)行設(shè)備規(guī)模逐漸擴(kuò)大，對水電站進(jìn)行合理的調(diào)度和控制，能夠保障水電站運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性[1]。相關(guān)領(lǐng)域研究人員嘗試引入更加現(xiàn)代化的人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對水電站的智能調(diào)控[2]。但現(xiàn)有水電站調(diào)控技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)調(diào)度精度低、調(diào)度指令下達(dá)不及時(shí)、調(diào)度質(zhì)量差等問題，嚴(yán)重影響水電站的正常運(yùn)行[3]。調(diào)控一體化最主要的目的是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和對數(shù)據(jù)的管理。因此，本文基于調(diào)控一體化，設(shè)計(jì)了大型梯級(jí)水電智能調(diào)度機(jī)器人。

1 大型梯級(jí)水電智能調(diào)度機(jī)器人設(shè)計(jì)

1.1 智能調(diào)度機(jī)器人調(diào)控一體化總體框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合水電站在運(yùn)行過程中的智能調(diào)度需要，將調(diào)度機(jī)器人的結(jié)構(gòu)劃分為兩部分，第一部分實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視控制功能，第二部分實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行控制功能[4]。根據(jù)上述兩種功能的一體化設(shè)計(jì)需要，構(gòu)建如圖1所示的智能調(diào)度機(jī)器人調(diào)控一體化總體框架結(jié)構(gòu)。

圖1 智能調(diào)度機(jī)器人調(diào)控一體化總體框架結(jié)構(gòu)

在實(shí)現(xiàn)圖1中所示功能時(shí)，機(jī)器人需要實(shí)現(xiàn)對水電站運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)分析和感知，并輔助水電站調(diào)控人員實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)任務(wù)的調(diào)度[5]。實(shí)時(shí)監(jiān)控控制位于安全分區(qū)的生產(chǎn)控制范圍內(nèi)，接收來自上級(jí)調(diào)度中心下達(dá)的指令和要求，并由機(jī)器人向下級(jí)各個(gè)設(shè)備運(yùn)行管控進(jìn)行傳遞[6]。同時(shí)，將其與安全運(yùn)行實(shí)現(xiàn)聯(lián)合控制能夠充分體現(xiàn)調(diào)度機(jī)器人的調(diào)控一體化特征。

1.2 導(dǎo)入梯級(jí)水電站群優(yōu)化調(diào)度算法

將梯級(jí)水電站群優(yōu)化調(diào)度控制看作對負(fù)荷的優(yōu)化分配，通過梯級(jí)發(fā)電計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化制定，并對水電站內(nèi)部負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化配置。采取多樣的決策和控制目標(biāo)能夠使調(diào)度具備更高的合理性。同時(shí)針對不同的調(diào)度任務(wù)，對調(diào)度策略進(jìn)行最優(yōu)選擇。假設(shè)在水電站運(yùn)行過程中共包含X個(gè)調(diào)度任務(wù)，第一步需要先確定調(diào)度任務(wù)中各個(gè)子任務(wù)的具體數(shù)量，可按照下述公式計(jì)算得出：

(1)

公式(1)中，N表示為調(diào)度任務(wù)中的子任務(wù)數(shù)量；Sx表示為調(diào)度子任務(wù)的數(shù)位；i表示為子任務(wù)編號(hào)。第一步，根據(jù)公式(1)確定調(diào)度任務(wù)中的子任務(wù)數(shù)量，第二步，按照相應(yīng)順序，在機(jī)器人的worker中完成調(diào)度資源的排序，并對相應(yīng)資源進(jìn)行編碼。第三步，在調(diào)度的過程中還需要在相應(yīng)條件下才能夠確保調(diào)度合理，其約束條件可用公式(2)表示：

mins.t=A·o·b

(2)

公式(2)中，s表示為機(jī)器人智能調(diào)度約束條件；t表示為調(diào)度任務(wù)中的子任務(wù)數(shù)量；A表示為線性矩陣；o表示為整數(shù)變量；b表示為轉(zhuǎn)換參數(shù)。將上述算法導(dǎo)入機(jī)器人程序中，利用其實(shí)現(xiàn)對梯級(jí)水電站群的優(yōu)化調(diào)度。

1.3 機(jī)器人智能決策與智能監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)

通過上述導(dǎo)入的調(diào)度算法，對安全事故發(fā)生原因進(jìn)行推理，并給出相應(yīng)的調(diào)度策略。將機(jī)器人的決策模塊劃分為兩種不同的工作模式，一種為輔助決策工作模式，一種為直接決策工作模式。針對多重故障類水電站運(yùn)行事件，考慮到導(dǎo)致事件發(fā)生原因較多，因此需要采用第一種輔助決策工作模式，結(jié)合時(shí)空序列信息，通過計(jì)算和分析的方式實(shí)現(xiàn)其策略處置。針對水電站在日常運(yùn)行中常出現(xiàn)的問題或只能由于單一因素影響而造成的事件，可采用第二種直接決策工作模式，自動(dòng)給出解決策略。

在智能調(diào)度機(jī)器人的智能監(jiān)控模塊中，引入信息過濾、大數(shù)據(jù)分析以及信息整合技術(shù)，對來自多個(gè)數(shù)據(jù)源的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行交互融合，提取關(guān)鍵信息，實(shí)現(xiàn)對水電站運(yùn)行狀態(tài)的感知。在這一模塊中，調(diào)度智能機(jī)器人需要完成對數(shù)據(jù)的獲取、分析以及處理，針對具體事件進(jìn)行動(dòng)態(tài)感知，最后結(jié)合上述決策模塊生成相應(yīng)的解決策略。

1.4 機(jī)器人調(diào)度執(zhí)行模塊與終端展示設(shè)計(jì)

針對智能調(diào)度機(jī)器人的調(diào)度執(zhí)行模塊和重點(diǎn)展示進(jìn)行設(shè)計(jì)。利用這一模塊對水電站運(yùn)行狀況、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、報(bào)警信息等內(nèi)容以直觀立體的形式進(jìn)行多維度展現(xiàn)，全景式解析展示。在結(jié)合信息傳輸、三維立體模型展示等技術(shù)后，確保調(diào)度機(jī)器人具備對調(diào)度過程及具體執(zhí)行情況的可視化展示功能。針對部分簡單的操作對機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)操作設(shè)置，在沒有調(diào)度中心發(fā)送操作指令的情況下，機(jī)器人可以自主完成簡單的或重復(fù)性的工作任務(wù)，以此減輕調(diào)度中心的調(diào)度負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)水電調(diào)度的自動(dòng)化和智能化。

2 對比實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證調(diào)度機(jī)器人是否能夠?qū)崿F(xiàn)電子化的指令執(zhí)行操作，并確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有可對比性，選擇將本文設(shè)計(jì)的調(diào)度機(jī)器人作為實(shí)驗(yàn)組，將基于遺傳算法的調(diào)度機(jī)器人作為對照組，對比兩組機(jī)器人的實(shí)際運(yùn)行情況。選擇將調(diào)度機(jī)器人下達(dá)調(diào)度指令時(shí)的質(zhì)量作為評價(jià)指標(biāo)，質(zhì)量越高，機(jī)器人在執(zhí)行調(diào)度指令時(shí)越能夠達(dá)到理想效果。針對機(jī)器人下達(dá)調(diào)度指令時(shí)的質(zhì)量可通過誤擾率和占線率以及信道阻塞時(shí)長實(shí)現(xiàn)量化評價(jià)。誤擾率、占線率與信道阻塞時(shí)長與接收和發(fā)送指令時(shí)的質(zhì)量均成反比例關(guān)系，誤擾率、占線率與信道阻塞時(shí)長數(shù)值越小，則質(zhì)量越優(yōu)。在記錄各個(gè)指令的誤擾率、占線率與信道阻塞時(shí)長時(shí)，可按照下述公式計(jì)算得出，其中誤擾率的計(jì)算公式為：

χ=e/K×100

(3)

公式(3)中，χ表示為實(shí)驗(yàn)組或?qū)φ战M機(jī)器人在下達(dá)調(diào)度指令過程中產(chǎn)生的誤擾率；e表示為調(diào)度指令在傳輸過程中的誤碼；K表示為調(diào)度指令在傳輸過程中的總碼數(shù)。通過誤碼率的公式計(jì)算，得出的結(jié)果可以實(shí)現(xiàn)對規(guī)定時(shí)間內(nèi)調(diào)度指令數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_性。占線率的計(jì)算公式為：

S=r/b×100

(4)

公式(4)中，S表示為實(shí)驗(yàn)組或?qū)φ战M機(jī)器人在下達(dá)調(diào)度指令過程中產(chǎn)生的占線率；r表示為調(diào)度指令下達(dá)時(shí)出現(xiàn)站線情況的次數(shù)；b表示為共下達(dá)調(diào)度指令的次數(shù)。信道阻塞時(shí)長可利用機(jī)器人內(nèi)部自帶的時(shí)鐘芯片進(jìn)行測定。考慮到實(shí)驗(yàn)的客觀性，在實(shí)驗(yàn)組機(jī)器人和對照組機(jī)器人中各添加一個(gè)M48T08-150PC1型號(hào)的時(shí)鐘芯片。該型號(hào)時(shí)鐘芯片RTC總線接口為Parallel。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，將計(jì)算得出的誤擾率、占線率和通過M48T08-150PC1 型號(hào)時(shí)鐘芯片測定得出的信道阻塞時(shí)長數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并將結(jié)果繪制成表格(見表1)。

表1 實(shí)驗(yàn)組與對照組機(jī)器人調(diào)度指令接收發(fā)送質(zhì)量

根據(jù)表1中記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，實(shí)驗(yàn)組機(jī)器人在3次調(diào)度指令的下達(dá)時(shí)，其誤擾率、占線率和信道阻塞時(shí)長的數(shù)值均明顯小于對照組機(jī)器人。在實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)組機(jī)器人下達(dá)調(diào)度指令時(shí)其占線率均為0，說明不存在占線情況，而對照組機(jī)器人由于其指令傳輸通道有限，指令中數(shù)據(jù)過多或同時(shí)下達(dá)多條指令時(shí)極易出現(xiàn)占線情況。實(shí)驗(yàn)組機(jī)器人導(dǎo)入了梯級(jí)水電站群優(yōu)化調(diào)度算法，在這一算法的應(yīng)用下實(shí)現(xiàn)了對調(diào)度指令的規(guī)律性傳遞，且指令傳輸通道更多，因此不會(huì)出現(xiàn)占線問題。從誤擾率角度分析，實(shí)驗(yàn)組機(jī)器人的誤擾率均控制在5.0%以下，產(chǎn)生的誤碼對于調(diào)度指令下達(dá)結(jié)果不會(huì)造成影響。實(shí)驗(yàn)組機(jī)器人的誤擾率超過5.0%，在第3次下達(dá)調(diào)度指令時(shí)，其誤擾率超過了20.0%，下達(dá)指令當(dāng)中的誤碼會(huì)嚴(yán)重影響最終調(diào)度結(jié)果。

由此可以看出，實(shí)驗(yàn)組機(jī)器人下達(dá)調(diào)度指令的質(zhì)量更高，通過上述論述可得出，實(shí)驗(yàn)組調(diào)度機(jī)器人對水電智能調(diào)度效果更理想。

3 結(jié)語

為促進(jìn)水電站向著更智能化的方向發(fā)展，本文將調(diào)控一體化作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，設(shè)計(jì)了一種全新的水電智能調(diào)度機(jī)器人，通過對比實(shí)驗(yàn)的方式也進(jìn)一步驗(yàn)證了這一機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用優(yōu)勢。未來水電站的調(diào)度場景還將更加豐富，需要進(jìn)行調(diào)度控制的設(shè)備還會(huì)逐漸增加，因此，為了確保本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人能夠在未來水電站中實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)適應(yīng)性的應(yīng)用，還將從調(diào)度效率、調(diào)度精度等方面對機(jī)器人進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而促進(jìn)水電站整體運(yùn)行質(zhì)量的提升。