廣西電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心 唐 佳 周智成 潘連榮 謝代鈺 劉津銘

伴隨著我國(guó)以特高壓電網(wǎng)為核心的大規(guī)模電網(wǎng)的開(kāi)發(fā)，配電網(wǎng)的運(yùn)行方式產(chǎn)生了重大變化，其調(diào)度方式也越來(lái)越多樣化。而網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代的到來(lái)，也使得智能配電網(wǎng)的調(diào)度系統(tǒng)得到了穩(wěn)定開(kāi)發(fā)，配電網(wǎng)的大規(guī)模開(kāi)發(fā)以及安全性運(yùn)行均受到極大影響，而發(fā)展智能配電網(wǎng)的前提，是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)設(shè)計(jì)調(diào)度系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)、實(shí)現(xiàn)國(guó)民用電的用電安全。配電網(wǎng)設(shè)計(jì)的調(diào)度系統(tǒng)是一種綜合性較強(qiáng)的管理技術(shù)，涵蓋了計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信的諸多方面。

文獻(xiàn)[1]中提出了一種配電網(wǎng)調(diào)度方法，考慮配電網(wǎng)運(yùn)行中的負(fù)荷波動(dòng)率對(duì)配電網(wǎng)源荷進(jìn)行優(yōu)化，在主體博弈的基礎(chǔ)上運(yùn)行配電網(wǎng)會(huì)有極佳的調(diào)度效果；文獻(xiàn)[2]中提出了對(duì)智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)進(jìn)行第二次防失誤的操作，提升配電網(wǎng)的狀態(tài)感知與管控風(fēng)險(xiǎn)能力，可更安全的控制配電網(wǎng)。本文在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上，做了更深層次的探索，為我國(guó)智能配電網(wǎng)的發(fā)展做參考。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的智能配電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)硬件模塊的總體結(jié)構(gòu)，主要由各類(lèi)服務(wù)器、存儲(chǔ)裝置、網(wǎng)絡(luò)裝置和語(yǔ)音識(shí)別裝置組成。

1.1 語(yǔ)音識(shí)別裝置

此系統(tǒng)中的語(yǔ)音識(shí)別模塊硬件[3]的總體結(jié)構(gòu)主要由語(yǔ)音識(shí)別芯片、主控單片機(jī)、寄存器和USB 轉(zhuǎn)串口組成（圖1）。語(yǔ)音識(shí)別模塊中核心的語(yǔ)音識(shí)別芯片采用WT588D 芯片，此芯片的識(shí)別技術(shù)是根據(jù)固定詞匯的方法進(jìn)行識(shí)別的，使用前，用戶(hù)將需識(shí)別內(nèi)容的拼音字符按順序?qū)懭胫靼迳系腞OM 芯片中，當(dāng)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行工作時(shí)，主控單片機(jī)會(huì)將這些內(nèi)容一一寫(xiě)入寄存器內(nèi)，每次的語(yǔ)音內(nèi)容經(jīng)過(guò)語(yǔ)音識(shí)別芯片地辨別與管理后，再與提前輸入好的固定詞匯進(jìn)行配對(duì)，重合率最高的被認(rèn)為是識(shí)別結(jié)果，然后反饋給主控芯片，由主控芯片將結(jié)果通過(guò)USB 轉(zhuǎn)串口反饋給上位機(jī)。

圖1 語(yǔ)音識(shí)別硬件簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)圖

WT588D 芯片具有識(shí)別率的準(zhǔn)確度高、脫機(jī)識(shí)別、非特定語(yǔ)音識(shí)別、可播放語(yǔ)音等特點(diǎn)。其非特定語(yǔ)音識(shí)別的中文語(yǔ)音模型，是在語(yǔ)言建模的基礎(chǔ)上經(jīng)大量中文語(yǔ)音數(shù)據(jù)的解析后建立起來(lái)的，算法工程師進(jìn)行了無(wú)數(shù)次地抽樣，根據(jù)式樣語(yǔ)音的特點(diǎn)和差別，選擇了其中表現(xiàn)最佳的語(yǔ)音識(shí)別基元的特點(diǎn)，創(chuàng)建了最優(yōu)中文語(yǔ)音模型并應(yīng)用到芯片上。

1.2 防竊電裝置

系統(tǒng)中關(guān)鍵的防竊電模塊選擇了ATT7026EU微控器，其內(nèi)部集成了6路16位的A/D 轉(zhuǎn)換裝置，用數(shù)字接口控制配電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)SPI 接口實(shí)現(xiàn)與調(diào)度控制系統(tǒng)之間的交互，其SPI 接口負(fù)責(zé)傳遞芯片與外部微控制單元間以串行方式產(chǎn)生的參數(shù)。本次設(shè)計(jì)使用的微控器非線(xiàn)性測(cè)量誤差小于0.1%，使配電網(wǎng)地調(diào)度控制更精準(zhǔn)。在ATT7026EU 芯片中，支持3.3V±10%電壓供電，芯片引腳提供模擬和數(shù)字電路的電源，電網(wǎng)信號(hào)經(jīng)過(guò)插針網(wǎng)格陣列封裝進(jìn)行減一操作，最后輸入EMU仿真器中，得到的電力數(shù)據(jù)會(huì)存儲(chǔ)到寄存器中。本次設(shè)計(jì)的微控器ATT7026EU 中，為保持配電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了電源管理單元，芯片會(huì)在電壓過(guò)低時(shí)進(jìn)行復(fù)位操作。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 語(yǔ)音信號(hào)分析和預(yù)處理

語(yǔ)音識(shí)別模型[4]主要包括信號(hào)的預(yù)處理、信號(hào)的特征處理、模式匹配并分析三方面。信號(hào)預(yù)處理主要包括采集語(yǔ)音樣本、對(duì)于語(yǔ)音樣本進(jìn)行歸一化處理、預(yù)加重和加窗分幀等。利用語(yǔ)音信號(hào)頻率的標(biāo)準(zhǔn)范圍（300Hz～3.4kHz）來(lái)選取一個(gè)抗混疊濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)濾波處理，控制輸入信號(hào)的頻率低于采樣信號(hào)頻率，防止工頻電源（50Hz）的混疊干擾，這樣就能獲取大量離散的時(shí)間語(yǔ)音信號(hào)。而奈奎斯特采樣定理則表明，要保持所采樣語(yǔ)音的完整性，采樣頻段必須要超過(guò)最大頻段的二倍，且通常都會(huì)選取在5～10倍之間。信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換就會(huì)涉及到信息量化的運(yùn)算，為方便實(shí)踐采用1/2/3字節(jié)進(jìn)行量化。本文設(shè)計(jì)中的信號(hào)量化處理使用2/3字節(jié)。

信號(hào)的分析有時(shí)域和頻域兩個(gè)方向。時(shí)域分析通過(guò)傅里葉變換獲得短時(shí)能量和過(guò)零率等數(shù)據(jù)，有高準(zhǔn)確率、低計(jì)算率等優(yōu)點(diǎn)。假如Y(a)代表時(shí)域分析信息，Yb(a)代表經(jīng)過(guò)加窗分幀后的第b 幀的時(shí)間信息，Hb代表第b 幀時(shí)信號(hào)Yb(a)的短時(shí)能量信息，那么有如下公式：

公式（1）中，b=0,1n,2n,3n,…,；m 代表幀長(zhǎng)；n 代表幀移長(zhǎng)度。式（2）中，Hb一般代表某一幀信號(hào)的能量數(shù)據(jù)，進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別的端點(diǎn)檢測(cè)。短時(shí)過(guò)零率代表了某幀信號(hào)波的圖像經(jīng)過(guò)水平軸的次數(shù)，則：

式（3）中sgn[x]代表符號(hào)函數(shù)，式（4）中Lb代表信號(hào)Yb(a)的短時(shí)過(guò)零率。信號(hào)分析最佳辦法就是短時(shí)過(guò)零率，用其判斷語(yǔ)音內(nèi)容的清濁音最為有效。

2.2 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)解析模塊

本文設(shè)計(jì)的配電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的核心是對(duì)電源、配電網(wǎng)、儲(chǔ)能以及負(fù)荷的優(yōu)化調(diào)度控制。系統(tǒng)中的用戶(hù)信息采集模塊基于DS 平臺(tái)提供的電壓與電流變化量對(duì)比值，對(duì)電流和電壓互感器的參數(shù)進(jìn)行二次測(cè)量。具體過(guò)程如下：Ib=Ic×Hl；Vb=Vc×Hy；Pb=Pc×Hl×Hy；Qb=Qc×Hl×Hy。式中：Ib代表經(jīng)過(guò)配電變壓器后的電流數(shù)據(jù)；Vb代表經(jīng)過(guò)配電變壓器后的電壓數(shù)據(jù)；Pb代表經(jīng)過(guò)配電變壓器后的有功功率數(shù)據(jù)；Qb代表經(jīng)過(guò)配電變壓器后的無(wú)功功率數(shù)據(jù)；Ic代表系統(tǒng)測(cè)量的用戶(hù)端電流數(shù)據(jù)；Vc代表系統(tǒng)測(cè)量的用戶(hù)端電壓數(shù)據(jù)；Pc代表系統(tǒng)測(cè)量的用戶(hù)端有功功率數(shù)據(jù)；Qc代表系統(tǒng)測(cè)量的用戶(hù)端無(wú)功功率數(shù)據(jù)；Hl代表電流互感器的變化數(shù)據(jù)；Hy代表電壓互感器的變化數(shù)據(jù)。

用戶(hù)信息采集模塊每15分鐘就會(huì)顯示一次配電變壓器測(cè)量的數(shù)據(jù)，將此數(shù)據(jù)與配電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)中的變壓器編碼對(duì)比，一致的數(shù)據(jù)將會(huì)被接入城市配電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)，與此同時(shí)，城市配電網(wǎng)的調(diào)度管理系統(tǒng)也會(huì)進(jìn)行調(diào)閱、查看歷史相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)監(jiān)控可獲得每日的最高電壓、最低電壓、最大電流時(shí)刻、最小電流時(shí)刻。

3 仿真實(shí)驗(yàn)

3.1 語(yǔ)音識(shí)別模塊測(cè)試結(jié)果及分析

本文設(shè)計(jì)所使用的命令短語(yǔ)內(nèi)容以智能配電網(wǎng)中常用的調(diào)度控制命令為主，短語(yǔ)長(zhǎng)度為5～9個(gè)字符不等，錄音人員方面選取了6名不同性別的學(xué)生，年齡在18～25歲之間，音頻均為普通話(huà)并在安靜的環(huán)境內(nèi)錄制。實(shí)驗(yàn)首先進(jìn)行語(yǔ)音文件的錄制，通過(guò)剪輯處理得到所需的語(yǔ)音信號(hào)并進(jìn)行預(yù)處理。通過(guò)基于MATLAB 的端點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)，獲取這些語(yǔ)音信號(hào)的開(kāi)始與結(jié)束的節(jié)點(diǎn)，再利用梅爾頻率倒譜系數(shù)提取語(yǔ)音信號(hào)，最后根據(jù)DTM 算法識(shí)別語(yǔ)音信號(hào)，與模板對(duì)比相似度高的即為識(shí)別結(jié)果。

本次6人錄制的語(yǔ)音文件分別當(dāng)作訓(xùn)練和測(cè)試樣本的正確數(shù)、錯(cuò)誤數(shù)、正確率分別為：音頻一17/3/85%、音頻二16/4/80%、音頻三18/2/90%、音頻四18/2/90%、音頻五20/0/100%、音頻六19/1/95%?？煽闯觯疚乃O(shè)計(jì)的語(yǔ)音識(shí)別模塊，其語(yǔ)音識(shí)別的正確率達(dá)到了80%以上，識(shí)別效果較好，所以此模塊可在本文提出的配電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)中穩(wěn)定地工作。

3.2 調(diào)度控制系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試及結(jié)果分析

本文設(shè)計(jì)的智能配電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)中的大多數(shù)負(fù)荷由高壓配電網(wǎng)供應(yīng)，只有少數(shù)的負(fù)荷由微電網(wǎng)群供應(yīng)，這就導(dǎo)致了智能配電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)非常依賴(lài)于高壓配電網(wǎng)，但是高壓配電網(wǎng)存在線(xiàn)路損耗，負(fù)荷總功率須小于發(fā)電總功率，所以判斷配電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)能否運(yùn)行的核心標(biāo)準(zhǔn)就是線(xiàn)路損耗。本次實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)雙層優(yōu)化調(diào)度模型計(jì)算出普通智能配電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的相關(guān)調(diào)度數(shù)據(jù)，然后再次計(jì)算出本文所提的基于語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)系統(tǒng)的相關(guān)調(diào)度數(shù)據(jù)，對(duì)比兩系統(tǒng)的線(xiàn)路損耗參數(shù)來(lái)驗(yàn)證本文系統(tǒng)是否可行。

由圖2可知，加入語(yǔ)音識(shí)別模塊的調(diào)度控制系統(tǒng)線(xiàn)路損耗平均值為144kWh，相比于普通調(diào)度控制系統(tǒng)的損耗平均值162kWh 降低了11.1%，本文所提系統(tǒng)更能安全穩(wěn)定地運(yùn)行且其供電質(zhì)量更高，所以本文設(shè)計(jì)的基于語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的智能配電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)是可行的。

圖2 兩個(gè)系統(tǒng)的線(xiàn)路損耗對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

智能配電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)達(dá)成了對(duì)資源的合理分配與高效利用的目的，而本文所提的基于語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的智能配電網(wǎng)調(diào)度控制提高了原系統(tǒng)的可靠性、靈活性、安全性與實(shí)用性，使配電網(wǎng)的調(diào)度控制系統(tǒng)趨于完整。但與此同時(shí)也帶來(lái)了一些問(wèn)題，如系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)、狀態(tài)同步、資源管理器的定位與計(jì)算等，所以今后還需繼續(xù)智能微電網(wǎng)地深入研究，切實(shí)地提高計(jì)算性能與降低成本等。