李永光, 黃輝, 常星, 王中偉

(1.國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司,新疆 烏魯木齊 830000; 2.中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)計(jì)算技術(shù)研究所有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110168)

0 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展,用電量成倍增長(zhǎng),部分城市用電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出城市自身發(fā)電量,造成電力資源緊張。在電力資源需大于供的背景下,高壓電站遠(yuǎn)程調(diào)配控制的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性給高壓電站間控制提出了挑戰(zhàn)。面對(duì)高強(qiáng)度的高壓調(diào)配數(shù)據(jù)處理,現(xiàn)有控制方法普遍采用單信息處理分析與多任務(wù)資源差量分析方法,主旨在于提高高壓電資源調(diào)配的合理性。實(shí)際上電能調(diào)配的重復(fù)計(jì)算過程產(chǎn)生的時(shí)間差量是造成現(xiàn)有算法控制精度低、實(shí)時(shí)性差的關(guān)鍵因素。

基于上述思想,結(jié)合控制電站間的廣域網(wǎng)算法與多Agent的分布特性［1-2］,對(duì)控制方法進(jìn)行優(yōu)化,提升算法精度與高壓電站間實(shí)時(shí)控制效果。

1 基于廣域網(wǎng)和多Agent的高壓電站間實(shí)時(shí)控制方法實(shí)現(xiàn)

1.1 基于廣域網(wǎng)和多Agent的控制信道模型建立

根據(jù)高壓電控制過程中的高壓數(shù)據(jù)多樣性特征,為了避免不同高壓參量數(shù)據(jù)傳輸過程中的相互擾動(dòng),采用廣域網(wǎng)+多Agent的優(yōu)化方案［3］,將不同特征的高壓數(shù)據(jù)參量劃分為多個(gè)Agent數(shù)據(jù)點(diǎn),在廣域網(wǎng)整體空間下,組建Agent多點(diǎn)控制網(wǎng)絡(luò)［4］,構(gòu)建專有通信信號(hào)模型。具體優(yōu)化過程可根據(jù)對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)功能的不同,劃分為兩個(gè)階段,分別為編碼生成階段與信道傳輸階段。

編碼生成階段:基于廣域網(wǎng)整體數(shù)據(jù)控制協(xié)議,采用Polar編碼作為優(yōu)化編碼方式［5-6］,將選取的編碼方式應(yīng)用于信道E,通過對(duì)信道構(gòu)成參量的歸一計(jì)算［7］,如圖1所示。圖1中:m1、m2為不同的優(yōu)化信道;x1、x2為數(shù)據(jù)交互狀態(tài)的不同種類;E2為另一種原始信道;y1、y2為x1、x2對(duì)應(yīng)的編碼。E2的編碼生成系數(shù)對(duì)應(yīng)信道轉(zhuǎn)換系數(shù)為:

圖1 二次編碼信道優(yōu)化模型

E2=(y1,y2|m1,m2)=E(y1|m1⊕m2)E(y2|m2)

(1)

式中:EK為信道對(duì)應(yīng)優(yōu)化信道系數(shù)k的約束條件。EK:XK→YK,其中K=2k且k≥0。若將信道編碼條件量設(shè)定為k=1,其編碼生成系數(shù)對(duì)應(yīng)信道約束為E2:X2→Y2。在這個(gè)過程中,編碼會(huì)對(duì)信道進(jìn)行數(shù)據(jù)二次重組,得到二次編碼優(yōu)化對(duì)應(yīng)信道關(guān)聯(lián)系數(shù):

(2)

式中:F為矩陣相似變化系數(shù)。根據(jù)編碼二次優(yōu)化對(duì)應(yīng)的信道構(gòu)建關(guān)系,二者之間為映射關(guān)系,整個(gè)映射關(guān)系可通過函數(shù)式描述為:

(x1,x2)→(m1,m2)H2

(3)

通過代入廣域網(wǎng)控制信道E的生成序列(x1,x2),獲得一個(gè)與原編碼生成信道E對(duì)應(yīng)的新的信道生成序列(m1,m2)。所對(duì)應(yīng)的映射序列H2為:

(4)

若將信道編碼條件量設(shè)定為k=2,根據(jù)此刻的廣域網(wǎng)信道矢量狀態(tài)［8］,可得到信道約束為E4:X4→Y4,如圖2所示。

圖2 四信道編碼優(yōu)化模型

圖2中:n1、n2、n3、n4為不同信道編碼優(yōu)化過程中所對(duì)應(yīng)的編碼分布距離;m3、m4為不同的優(yōu)化信道;x3、x4為數(shù)據(jù)交互狀態(tài)的不同種類;y3、y4為x3、x4對(duì)應(yīng)的編碼。

此時(shí),Polar編碼優(yōu)化下的信道E4對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換系數(shù)為:

(5)

信道傳輸階段:上述優(yōu)化所得信道中包含4種數(shù)據(jù)交互狀態(tài),分別對(duì)應(yīng)兩種發(fā)送狀態(tài)與兩種接收狀態(tài),為了保持兩種發(fā)送關(guān)系與兩種接收關(guān)系的平衡［9-10］,對(duì)信道編碼關(guān)系差值計(jì)算,計(jì)算后得到Polar編碼優(yōu)化信道的輸出關(guān)系為:

(6)

在上述優(yōu)化關(guān)系的基礎(chǔ)上,將廣域網(wǎng)原始信道E的生成序列(x1,x2,x3,x4)與其對(duì)應(yīng)生成的全新生成序列(m1,m2,m3,m4)的映射關(guān)系重新表述,其表達(dá)式:

(x1,x2,x3,x4)→(m1,m2,m3,m4)H4

(7)

其中:

(8)

通過計(jì)算求解H2與H4之間的關(guān)系,可以關(guān)聯(lián)得到:

HK=BKF?k

(9)

式中:BK為信道構(gòu)成過程中編碼轉(zhuǎn)換的比特翻轉(zhuǎn)矩陣,K=2k,k≥0;F?k為克羅內(nèi)克積［11］,F?k=F?F(k-1)。經(jīng)過上述一系列計(jì)算可以得到K信道Polar編碼優(yōu)化模型,如圖3所示。

圖3 K信道Polar編碼優(yōu)化模型

經(jīng)過對(duì)計(jì)算過程的整理,可以得到EK與EK之間信道傳輸編碼優(yōu)化關(guān)系為:

(10)

1.2 高壓電站間控制補(bǔ)償策略

完成高壓電站間控制第一步信道編碼優(yōu)化后,考慮到高壓電傳輸效率與電站存儲(chǔ)效率之間的不平衡性,一般情況下需要通過電站效率補(bǔ)償計(jì)算,提升電能控制數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)電能傳輸數(shù)據(jù)之間耦合系數(shù)［12］,達(dá)到最佳的數(shù)據(jù)結(jié)合效果。

基于上述思想,補(bǔ)償計(jì)算中采用Agent多點(diǎn)分布補(bǔ)償策略。具體控制補(bǔ)償策略操作過程為:將控制數(shù)據(jù)中高壓控制總值平均化計(jì)算,得到此時(shí)控制狀態(tài)下高壓控制總偏差值的Agent最小系數(shù)。根據(jù)當(dāng)前高壓電站電能存儲(chǔ)狀態(tài)與最大供電次數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系,建立Agent多點(diǎn)分布補(bǔ)償模型,實(shí)現(xiàn)對(duì)控制數(shù)據(jù)參量變化的實(shí)時(shí)跟蹤,確認(rèn)高壓控制過程中的補(bǔ)償位置與補(bǔ)償系數(shù)。

(1) 高壓控制的Agent平均最小差值計(jì)算公式,可以通過目標(biāo)函數(shù)關(guān)系的方式描述為f1(x):

minf1(x)=

(11)

式中:Psch(i)、PPV_sch(i)、Pf_sch(i)、Pb_sch(i)分別為1～4次補(bǔ)償點(diǎn)的高壓存儲(chǔ)量補(bǔ)償函數(shù)。

(2) 高壓電站電能存儲(chǔ)狀態(tài)與最大供電次數(shù)之間函數(shù)關(guān)系對(duì)應(yīng)的最小目標(biāo)函數(shù)f2(x)為:

minf2(x)=minNb

(12)

式中:Nb為高壓存儲(chǔ)量約束。

(3) 進(jìn)一步計(jì)算,得到Agent多點(diǎn)分布控制補(bǔ)償?shù)淖畲竽繕?biāo)函數(shù)f3(x)為:

maxf3(x)=maxQSOC(N)

(13)

上述計(jì)算中,考慮了高壓存儲(chǔ)量約束、高壓輸出量約束與高壓總值均量約束三方面的約束條件。利用Agent多點(diǎn)分布計(jì)算的方式,對(duì)控制數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算。利用Agent多點(diǎn)分布計(jì)算的線性增益模型,提升高壓電數(shù)據(jù)的控制能力與控制總量。

在補(bǔ)償優(yōu)化計(jì)算后,控制電站間數(shù)據(jù)中的高壓數(shù)據(jù)狀態(tài)分為:數(shù)據(jù)跟蹤狀態(tài)與數(shù)據(jù)更新狀態(tài)兩種,其中數(shù)據(jù)更新狀態(tài)參照數(shù)據(jù)補(bǔ)償結(jié)果完成輸出更新。期間受到補(bǔ)償數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)之間的差異化確認(rèn)影響,會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)值的偏差,需要根據(jù)補(bǔ)償數(shù)據(jù)值,相應(yīng)調(diào)節(jié)更新閾值的自適應(yīng)控制系數(shù)。

1.3 高壓電站間自適應(yīng)控制算法

對(duì)高壓電站間控制更新閾值自適應(yīng)計(jì)算,以圖4中高壓控制線路為例,在S-M位置上S處初始控制電流數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的更新閾值定義為零序電流II,在此基礎(chǔ)上完成高壓電站間控制更新閾值自適應(yīng)計(jì)算。

圖4 高壓電站間控制數(shù)據(jù)模型

假設(shè)S位置上的側(cè)向控制系數(shù)所受到的更新正序阻抗與負(fù)序阻抗相等,并且滿足更新閾值阻抗數(shù)據(jù)為0時(shí)的系數(shù)大于正序阻抗對(duì)應(yīng)值。根據(jù)廣域網(wǎng)控制數(shù)據(jù)自適應(yīng)調(diào)整機(jī)制與Agent節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)流整定策略,S位置上0值阻抗對(duì)應(yīng)零序電流Ⅱ的更新閾值自適應(yīng)整定計(jì)算式為:

(14)

(15)

2 應(yīng)用測(cè)試

測(cè)試基于廣域網(wǎng)和多Agent的高壓電站間實(shí)時(shí)控制方法的實(shí)際應(yīng)用性能。參與測(cè)試的除提出控制方法外,還包括基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高壓電站間控制方法與大數(shù)據(jù)分析的高壓電站間控制方法,分別標(biāo)記為對(duì)比組1與對(duì)比組2。

2.1 設(shè)置測(cè)試條件

為了保證測(cè)試過程中的信道處理數(shù)據(jù)速度與傳輸速度的一致,將三種控制方法的信道編碼方式全部設(shè)置為Polar編碼。將三種算法同時(shí)接入測(cè)試環(huán)境,由仿真測(cè)試工具根據(jù)高壓電站運(yùn)行數(shù)據(jù),模擬生成高壓數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)高壓控制性能測(cè)試。在測(cè)試過程中,3種測(cè)試方法運(yùn)算產(chǎn)生的錯(cuò)誤與校驗(yàn)誤差將轉(zhuǎn)換為控制擾動(dòng)噪聲,對(duì)應(yīng)增加控制復(fù)雜系數(shù),增大控制方法的運(yùn)算成本,3種控制方法擾動(dòng)處理復(fù)雜度如表1所示。

表1 控制方法擾動(dòng)處理復(fù)雜度對(duì)比

由表1可以看出,相同Polar編碼的條件下,在高壓電站數(shù)據(jù)運(yùn)算復(fù)雜度設(shè)計(jì)上,提出控制方法的計(jì)算成本更低,對(duì)應(yīng)得到的計(jì)算速度最快。

2.2 高壓電擾動(dòng)噪聲控制效果分析

實(shí)際應(yīng)用中的高壓數(shù)據(jù)噪聲分布具有不確定性,為了獲得更加真實(shí)的控制結(jié)果,將上述測(cè)試過程中獲得的數(shù)值按照噪聲分布特點(diǎn)釋放,從而獲得符合不確定性分布的高斯噪聲擾動(dòng)控制曲線,如圖5所示。由虛線可以更加直觀地發(fā)現(xiàn),提出控制方法中的Agent多點(diǎn)分布計(jì)算能夠更好地在廣域網(wǎng)環(huán)境控制運(yùn)算復(fù)雜系數(shù),降低運(yùn)算成本。

圖5 不確定性分布的高斯噪聲擾動(dòng)控制曲線

2.3 電站間數(shù)據(jù)控制效果分析

將上述測(cè)試結(jié)果應(yīng)用到控制方法的全局控制測(cè)試中,生成不同控制異常缺額數(shù)據(jù)下的控制方法測(cè)試數(shù)據(jù),對(duì)應(yīng)異常數(shù)據(jù)的缺額數(shù)值分別為30 Mvar、55 Mvar、80 Mvar、105 Mvar、130 Mvar、155 Mvar。三種控制方法對(duì)應(yīng)控制高壓母線數(shù)據(jù),采用30萬千伏的BUS32母線電壓,全局控制測(cè)調(diào)度效果對(duì)比結(jié)果詳見表2。

表2 高壓電站數(shù)據(jù)異常狀態(tài)下三種控制方法的數(shù)據(jù)調(diào)度效果

由表2可以看出,當(dāng)高壓輸出電壓異常波動(dòng)時(shí),對(duì)應(yīng)電站間控制數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)度誤差,誤差系數(shù)值大小根據(jù)電壓異常系數(shù)動(dòng)態(tài)波動(dòng)。整體來看,三種控制方法都能夠?qū)⒄{(diào)度系數(shù)控制在一定范圍內(nèi),但整體數(shù)值均向上浮動(dòng)。相比之下,提出方法的調(diào)度控制效果在三種控制方法中最好。在不同缺額條件下,提出控制方法能夠?qū)⒃鲩L(zhǎng)19.6%的缺額數(shù)據(jù)控制在1.1以下,結(jié)合30萬千伏的控制量,將調(diào)度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為控制精度數(shù)據(jù),得到三種控制方法的全局控制精度詳見表3。對(duì)應(yīng)控制性能如圖6所示。

表3 30萬千伏高壓電站間控制精度對(duì)比

圖6 30萬千伏下電站間數(shù)據(jù)控制運(yùn)算性能

從表3與圖6可以看出:

(1) 在控制高壓數(shù)據(jù)滿足實(shí)際使用30萬千伏處理時(shí),對(duì)比組1控制方法能夠?qū)⒖刂凭茸畲罂刂圃?.105,對(duì)比組2控制方法能夠?qū)⒖刂凭茸畲罂刂圃?.154,表明當(dāng)高壓數(shù)值達(dá)到30萬千伏時(shí),對(duì)比組2的控制精度不如對(duì)比組1的控制精度,正好證明了高壓控制的不確定性。相比之下,提出的控制方法能夠?qū)⒖刂凭茸畲罂刂圃?.028,控制精度更高。

(2) 結(jié)合表2數(shù)據(jù)分析表3可以發(fā)現(xiàn),三種控制方法中,提出方法的自適應(yīng)性最好,控制效果穩(wěn)定性最佳。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出一種基于廣域網(wǎng)和多Agent的高壓電網(wǎng)站間實(shí)時(shí)控制方法。根據(jù)高壓電站電路特點(diǎn),結(jié)合高壓控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)控制特征,從高壓數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)入手,對(duì)控制數(shù)據(jù)信道編碼與控制策略優(yōu)化計(jì)算。在滿足高壓電站基礎(chǔ)參量的情況下,利用廣域網(wǎng)與多Agent算法,修正控制參量,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高精度控制效果,其實(shí)用性意義在于可以有效應(yīng)對(duì)高斯噪聲擾動(dòng),保證不同工況下的數(shù)據(jù)調(diào)度效果,可以在相關(guān)領(lǐng)域大加推廣。

但提出方法存在一些未解決問題,如高壓電路與控制數(shù)據(jù)之間時(shí)差問題,需要在未來的研究中,不斷增加Agent分布數(shù)量,獲取更多數(shù)據(jù)來減小時(shí)間誤差帶來的控制誤差,將方法調(diào)試到最佳狀態(tài)。