無線通信技術(shù)在電網(wǎng)安全調(diào)度中的應(yīng)用

居強

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當(dāng)前電網(wǎng)調(diào)度的自動化水平不斷提升，越來越多的電力企業(yè)的變電站運行開始依賴于電網(wǎng)自動化設(shè)備，逐漸轉(zhuǎn)變成為無人值守的變電站運行模式。在電網(wǎng)日常運行的過程中，變電站的綜合自動化設(shè)備、信息傳輸信道、主站電力設(shè)備等形成了一個完整的閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。當(dāng)其中某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時，變電站將會處于失去管理和控制的危險狀態(tài)，使電網(wǎng)無法穩(wěn)定運行[1]。無線通信技術(shù)是一種通過電磁波信號傳輸，并且能夠在自由空間當(dāng)中進(jìn)行傳播，是一種全新的信息交換模式。當(dāng)前無線通信技術(shù)在航天領(lǐng)域、交通運輸領(lǐng)域等方面應(yīng)用十分廣泛，但在電網(wǎng)運行中的應(yīng)用及研究相對較少?；诖耍疚拈_展無線通信技術(shù)在電網(wǎng)安全調(diào)度中的應(yīng)用研究。

1 基于無線通信技術(shù)的電網(wǎng)安全調(diào)度方法

1.1 電網(wǎng)安全調(diào)度任務(wù)讀取

在進(jìn)行電網(wǎng)安全調(diào)度前，首先應(yīng)當(dāng)根據(jù)電力企業(yè)日常運行標(biāo)準(zhǔn)，及相關(guān)信息實行對電網(wǎng)安全調(diào)度任務(wù)的讀取，以此為后期電網(wǎng)安全調(diào)度工作提供信息的不同調(diào)度集成狀態(tài)，其具體讀取步驟可分為三步，下面對三步分別進(jìn)行設(shè)計：

步驟一：選取電力企業(yè)日常生產(chǎn)和運行過程中的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點作為電網(wǎng)安全調(diào)度的原始數(shù)據(jù)，同時對信息的數(shù)據(jù)進(jìn)行條件轉(zhuǎn)化，選擇符合要求的電網(wǎng)數(shù)據(jù)調(diào)度節(jié)點[2]。定義調(diào)度任務(wù)的執(zhí)行指令在此時處于優(yōu)先調(diào)度狀態(tài)，根據(jù)當(dāng)前電網(wǎng)的運行現(xiàn)狀，選擇相應(yīng)的電網(wǎng)安全調(diào)度優(yōu)先執(zhí)行條件。此時，在電網(wǎng)中部分調(diào)度節(jié)點可通過如下公式對其進(jìn)行定位：

公式（1）中：f(n)表示為電網(wǎng)調(diào)度定位節(jié)點；n 表示為電網(wǎng)調(diào)度過程中濾波轉(zhuǎn)換的次數(shù)；i 表示為在不同調(diào)度狀態(tài)下，執(zhí)行電網(wǎng)調(diào)度任務(wù)的電網(wǎng)調(diào)度傳輸路徑；K 表示為電網(wǎng)調(diào)度節(jié)點的序列分布平方和。

步驟二：根據(jù)上述對電網(wǎng)安全調(diào)度節(jié)點的定位，下述將持續(xù)對定位調(diào)度節(jié)點進(jìn)行讀取。在讀取中應(yīng)先根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度的準(zhǔn)備狀態(tài)，當(dāng)電網(wǎng)處于就緒狀態(tài)時，集成調(diào)度工作屬于不可執(zhí)行狀態(tài)，發(fā)生執(zhí)行等待的主要原因是I/O 轉(zhuǎn)換尚未完成。此時需要持續(xù)等待調(diào)度數(shù)據(jù)集成狀態(tài)，等時間到達(dá)間隔段，或等待調(diào)度數(shù)據(jù)的控制發(fā)生中斷，便可持續(xù)對得到的電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)待執(zhí)行的任務(wù)進(jìn)行讀取。

圖1：電網(wǎng)安全調(diào)度完成周期示意圖

步驟三：完成對電網(wǎng)安全調(diào)度的讀取后，利用最大似然估計原理，對調(diào)度數(shù)據(jù)節(jié)點進(jìn)行篩選。在篩選中，以不同區(qū)間段的節(jié)點共線度作為篩選依據(jù)，當(dāng)節(jié)點所處的共線度為π 時，表示電網(wǎng)調(diào)度任務(wù)節(jié)點在電網(wǎng)中處于水平面上，此時應(yīng)去除不在同一水平面上的其信息階段。當(dāng)節(jié)點所處的共線度為π/4 時，需要通過設(shè)定調(diào)度節(jié)點篩選閾值，計算下級調(diào)度節(jié)點的最小誤差，其計算公式如（2）所示：

公式（2）中：Ei表示為電網(wǎng)安全調(diào)度節(jié)點最小誤差；K 表示為在相同水平面上的信息節(jié)點；δ 表示為電網(wǎng)安全調(diào)度節(jié)點的序列分布平方和； 表示為電網(wǎng)調(diào)度節(jié)點發(fā)生誤差計算的次數(shù)。根據(jù)上述計算公式（2），當(dāng)電網(wǎng)調(diào)度過程中，未知節(jié)點接收到多個定位節(jié)點的路由信息時，可保留此部分?jǐn)?shù)據(jù)，當(dāng)共線度的余弦絕對值在0～D 之間時，根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度節(jié)點閾值，對其進(jìn)行選擇性刪除。綜上所述，根據(jù)電網(wǎng)運行過程中的不同狀態(tài)，整合電網(wǎng)中不同節(jié)點的共線度，完成對電力安全調(diào)度工作前的讀取操作。

1.2 電網(wǎng)安全調(diào)度時間周期規(guī)劃

當(dāng)前，電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)調(diào)度通常會處于四個不同的狀態(tài)，分別為等待狀態(tài)、就緒狀態(tài)、執(zhí)行狀態(tài)和持續(xù)等待狀態(tài)[3]。根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度的日常規(guī)律，建立如圖1所示的電網(wǎng)安全調(diào)度完成周期示意圖。

圖1 中，A 表示為電網(wǎng)安全調(diào)度任務(wù)創(chuàng)建后的初始狀態(tài)；B 表示為優(yōu)先執(zhí)行電網(wǎng)安全調(diào)度程序；C 表示為電網(wǎng)調(diào)度優(yōu)先執(zhí)行權(quán)限被剝奪；D 表示為事件發(fā)生中斷；E 表示為等待電網(wǎng)調(diào)度時的I/O轉(zhuǎn)換；F表示為電網(wǎng)調(diào)度命令產(chǎn)生；G表示為調(diào)度命令處于掛起狀態(tài)；H 表示為電網(wǎng)調(diào)度尚未發(fā)生；I 表示為所有電網(wǎng)調(diào)度指令回到初始狀態(tài)；J 表示為所有電網(wǎng)調(diào)度指令等待執(zhí)行。根據(jù)電力系統(tǒng)在實際運行過程中，產(chǎn)生的不同狀態(tài)，完成對電網(wǎng)安全調(diào)度的時間周期規(guī)劃。

1.3 基于無線通信技術(shù)的電網(wǎng)安全調(diào)度流程

表1：兩種調(diào)度方法電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)集數(shù)量對比

在電網(wǎng)調(diào)度操作平臺當(dāng)中，分別執(zhí)行對電網(wǎng)調(diào)度信息的管理、信息制定以及相應(yīng)的套餐管理。利用無線通信技術(shù)，將上述執(zhí)行操作過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸，并存儲在電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)庫當(dāng)中。再根據(jù)信息的時效性傳遞特征，通過電力網(wǎng)關(guān)完成從電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)庫中對電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)度。由于通過上文可知，在調(diào)度過程中，會存在未知的調(diào)度節(jié)點，因此根據(jù)本文上述公式（1）得出在不同電網(wǎng)調(diào)度狀態(tài)下的可信度最大的調(diào)度節(jié)點。假定調(diào)度定位節(jié)點的分布不均勻可能會造成電網(wǎng)調(diào)度傳遞存在差異。為此在完成上述操作后，計算調(diào)度數(shù)據(jù)無線通信信息的可信度。計算公式如下：

公式（3）中：R 表示為調(diào)度數(shù)據(jù)無線通信信息的可信度；A表示為已知調(diào)度節(jié)點的執(zhí)行狀態(tài)；D 表示為未知調(diào)度節(jié)點的執(zhí)行狀態(tài)；n 表示為電網(wǎng)調(diào)度行為發(fā)生次數(shù)；c 表示為電網(wǎng)調(diào)度的優(yōu)先級；T 表示為調(diào)度完整周期；i 表示為調(diào)度節(jié)點信息量；j 表示為不同調(diào)度節(jié)點跳距。通過計算得出的Rcn+1值數(shù)值越低，則說明調(diào)度過程中越會造成調(diào)度的精準(zhǔn)度降低。因此，將可信度Rcn+1作為參照數(shù)據(jù)，當(dāng)電網(wǎng)調(diào)度節(jié)點數(shù)據(jù)滿足可信度要求時，可按照上述提出的周期完成電網(wǎng)安全調(diào)度。當(dāng)電網(wǎng)調(diào)度節(jié)點數(shù)據(jù)不滿足可信度要求時，應(yīng)當(dāng)直接跳轉(zhuǎn)到下一電網(wǎng)調(diào)度信息節(jié)點，以此完成對電網(wǎng)安全調(diào)度工作。當(dāng)出現(xiàn)電網(wǎng)運行問題時，可在第一時間通過調(diào)取調(diào)度數(shù)據(jù)信息的形式獲取數(shù)據(jù)，從而判斷存在問題的調(diào)度操作。

2 實驗論證分析

結(jié)合當(dāng)前電力企業(yè)的實際運行情況，選擇某地區(qū)電力企業(yè)作為實驗研究環(huán)境，對其進(jìn)行具體的對比實驗過程規(guī)劃。該電力企業(yè)配備550kV 變電站1 座，220kV 變點站2 座以110kV 變點站5 座，其運行時間均為1～2年。在電力企業(yè)正常運行的狀態(tài)下，550kV 變電站、220kV 變電站和110kV 變電站均通過通信光纜和高壓線路組成完整的整體。將電力企業(yè)中的電網(wǎng)作為實驗對象，獲取該企業(yè)最近一年的所有電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)信息，并建立相關(guān)的電網(wǎng)安全調(diào)度集合，分別利用本文調(diào)度方法及傳統(tǒng)調(diào)度方法對該電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)度，為保證實驗結(jié)果的有效性，在實驗過程中要求兩種調(diào)度方法均滿足電力企業(yè)的電網(wǎng)全覆蓋。比較兩種調(diào)度方法，完成各項調(diào)度任務(wù)的調(diào)度數(shù)量。將實驗結(jié)果記錄如表1所示。

根據(jù)表1 中的實驗結(jié)果得出，本文提出的基于無線通信技術(shù)的電網(wǎng)安全調(diào)度方法得到的數(shù)據(jù)集調(diào)度數(shù)量，明顯高于傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度方法，因此在對電網(wǎng)調(diào)度過程中，其調(diào)度效率更高。通過對實驗過程進(jìn)行分析，得出，產(chǎn)生這一實驗結(jié)果的主要原因，是由于在電網(wǎng)環(huán)境當(dāng)中，存在網(wǎng)絡(luò)帶寬問題，同時電力系統(tǒng)需要承受更大的開銷，并且會受到外界通信環(huán)境的影響十分嚴(yán)重。傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度方法在實際應(yīng)用中，進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)度時，調(diào)度主站與調(diào)控大廳無法實現(xiàn)與廠站自建的聯(lián)調(diào)，進(jìn)而造成有效調(diào)度數(shù)據(jù)較少的問題產(chǎn)生。而本文調(diào)度方法中引入了全新的無線通信技術(shù)，通過電磁波信號傳輸?shù)姆绞?，實現(xiàn)在干擾因素眾多的環(huán)境中，保證傳輸調(diào)度數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確，以此保證更多的數(shù)據(jù)集調(diào)度數(shù)量。因此，通過本文對比實驗證明，本文提出的基于無線通信技術(shù)的電網(wǎng)安全調(diào)度方法具有更高的調(diào)度效率，將該方法應(yīng)用于實際電網(wǎng)企業(yè)可以滿足在多維度電網(wǎng)環(huán)境下，對調(diào)度數(shù)據(jù)的穩(wěn)定、高效調(diào)度。

3 結(jié)束語

采用可靠的電網(wǎng)安全調(diào)度中的自動化通信手段，是保證電網(wǎng)安全調(diào)度的重要保障，本文通過開展無線通信技術(shù)在電網(wǎng)安全調(diào)度中的應(yīng)用研究，在其技術(shù)支撐方面，通過引入無線通信技術(shù)，進(jìn)一步提高電網(wǎng)安全調(diào)度的可操作性。同時，通過實驗證明，將無線通信技術(shù)引入到調(diào)度工作中，可以有效提高電網(wǎng)調(diào)度效率，保證電力企業(yè)的高效運行。