大型輸電線路的智能三維調(diào)度仿真分析

劉繼男 孫艷鶴 方媛 鐵軍 范純鈺

摘? 要： 針對(duì)大型輸電線路在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)會(huì)延長(zhǎng)調(diào)度時(shí)間，為了縮短大型輸電線路的智能三維調(diào)度仿真分析的時(shí)間，提出大型輸電線路的智能三維調(diào)度仿真分析。通過(guò)輸電線路數(shù)據(jù)利用率可調(diào)度分析和輸電線路的響應(yīng)時(shí)間可調(diào)度分析，明確了輸電線路數(shù)據(jù)利用率的可調(diào)度分析存在的缺點(diǎn);根據(jù)數(shù)據(jù)信息的傳輸時(shí)間具有不確定性，構(gòu)建輸電線路三維調(diào)度適應(yīng)度函數(shù);最后利用輸電線路三維調(diào)度仿真平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了大型輸電線路的智能三維調(diào)度仿真分析。結(jié)果表明，提出的仿真分析方法相比于傳統(tǒng)仿真分析方法，在三維調(diào)度過(guò)程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻憫?yīng)時(shí)間縮短了3.7 s。

關(guān)鍵詞： 輸電線路; 三維調(diào)度; 可調(diào)度; 適應(yīng)度函數(shù); 仿真平臺(tái); 響應(yīng)時(shí)間

中圖分類號(hào)： TN99?34; TM773? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)： 1004?373X（2020）13?0163?04

Intelligent three?dimensional dispatching simulation analysis on large transmission lines

LIU Jinan1， 2， SUN Yanhe2， FANG Yuan3， TIE Jun2， FAN Chunyu2

（1. Shenyang Institute of Engineering， Shenyang 110136， China;

2. State Grid Liaoning Electric Power Co.， Ltd.， Shenyang 110004， China;

3. Shenyang Economic and Technological Development Zone Thermal Power Co.， Ltd.， Shenyang 110027， China）

Abstract： In view that the scheduling duration of large transmission lines will be prolonged during data transmission， an intelligent three?dimensional dispatching simulation analysis on large transmission lines is proposed to shorten the duration of intelligent three?dimensional dispatching simulation analysis. The shortcomings of schedulable analysis on the data utilization rate of transmission lines are clarified by the schedulable analysis on the data utilization rate of transmission lines and that on the response time of transmission lines. In view that the transmission duration of data information is uncertain， the fitness function of three?dimensional scheduling of transmission lines is constructed. A three?dimensional dispatching simulation platform for transmission lines is used to complete the intelligent three?dimensional dispatching simulation analysis on the large transmission lines. The results show that， in comparison with the traditional simulation analysis method， the response time of data transmission of the proposed simulation analysis method in the three?dimensional scheduling process is shortened by 3.7 seconds.

Keywords： transmission line; three?dimensional scheduling; schedulable performance; fitness function; simulation platform; response time

0? 引? 言

在電力網(wǎng)絡(luò)中，大型輸電線路發(fā)生異常故障時(shí)，能夠迅速采用智能三維調(diào)度的方式保證輸電線路的正常運(yùn)行，對(duì)提升大型輸電線路的傳輸穩(wěn)定性具有重要意義。在大型輸電線路中，智能三維調(diào)度仿真分析方法基本上都是基于輸電線路工頻穩(wěn)態(tài)量，容易受到輸電線路接地電阻的影響[1]。因此，研究一種智能三維調(diào)度仿真分析方法對(duì)保障大型輸電線路的安全傳輸具有重要意義。

傳統(tǒng)大型輸電線路的智能三維調(diào)度仿真分析方法是基于輸電線路檢測(cè)的智能三維調(diào)度仿真分析方法。該方法首先利用輸電線路檢測(cè)法提取大型輸電線路紅外圖像中的導(dǎo)線，利用深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取圖像中的絕緣子，獲取輸電線路元件區(qū)域，對(duì)元件區(qū)域內(nèi)的灰度和溫濕度進(jìn)行分析，將輸電線路中的發(fā)熱點(diǎn)提取出來(lái)[2]，然后采用漫水填充算法將大型輸電線路中的過(guò)熱區(qū)域進(jìn)行分割，實(shí)現(xiàn)輸電線路的智能三維調(diào)度仿真分析。這種分析方法在進(jìn)行智能三維調(diào)度仿真分析時(shí)具有較高的分析準(zhǔn)確度，但是分析的過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)[3]。

針對(duì)傳統(tǒng)智能三維調(diào)度仿真分析方法存在的問(wèn)題，本文提出一種大型輸電線路的智能三維調(diào)度仿真分析方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，提出的智能三維調(diào)度仿真分析方法在進(jìn)行三維調(diào)度仿真分析時(shí)具有較高的精度，且計(jì)算量小，可以有效提高大型輸電線路的智能三維調(diào)度仿真分析的可靠性。

1? 智能三維調(diào)度仿真分析方法

1.1? 構(gòu)建三維調(diào)度適應(yīng)度函數(shù)

為了使大型輸電線路中所有的數(shù)據(jù)信息傳輸都滿足規(guī)定的響應(yīng)時(shí)間要求，必須在構(gòu)建三維調(diào)度適應(yīng)度函數(shù)前，對(duì)其進(jìn)行可調(diào)度分析。分析大型輸電線路的可調(diào)度有兩種方式：輸電線路的數(shù)據(jù)利用率可調(diào)度分析和輸電線路的響應(yīng)時(shí)間可調(diào)度分析[4]。輸電線路數(shù)據(jù)的可調(diào)度分析是通過(guò)驗(yàn)證輸電線路內(nèi)數(shù)據(jù)信息調(diào)度所占的比例是否低于門限值，判斷數(shù)據(jù)信息的調(diào)度是否可以實(shí)施;響應(yīng)時(shí)間的可調(diào)度分析是通過(guò)驗(yàn)證每一個(gè)數(shù)據(jù)信息的響應(yīng)時(shí)間是否小于數(shù)據(jù)信息的截止期，判斷數(shù)據(jù)信息的可調(diào)度是否可以實(shí)施[5]。輸電線路的數(shù)據(jù)利用率可調(diào)度分析在計(jì)算時(shí)操作簡(jiǎn)單，比較適用于消息組，因此可以用于大型輸電線路的在線可調(diào)度分析。

輸電線路的數(shù)據(jù)利用率可調(diào)度分析與響應(yīng)時(shí)間可調(diào)度分析相比，還存在一些缺點(diǎn)，分析時(shí)沒(méi)有涉及任何與響應(yīng)時(shí)間有關(guān)的數(shù)據(jù)信息[6]。輸電線路數(shù)據(jù)利用率的可調(diào)度分析只能作為大型輸電線路中數(shù)據(jù)信息可以有效調(diào)度的充分條件，如果智能三維調(diào)度仿真分析方法通過(guò)了可調(diào)度分析，那就說(shuō)明該分析方法可以滿足所有數(shù)據(jù)信息的響應(yīng)時(shí)間要求;如果沒(méi)有通過(guò)可調(diào)度分析，那就說(shuō)明該分析方法可能滿足要求，也可能不滿足要求[7]。輸電線路數(shù)據(jù)可調(diào)度分析流程如圖1所示。

大型輸電線路的三維調(diào)度仿真分析方法是通過(guò)對(duì)輸電線路處理機(jī)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行修正并加以利用的，在處理機(jī)中調(diào)度數(shù)據(jù)信息相當(dāng)于將數(shù)據(jù)信息的執(zhí)行序列化[8]。然而大型輸電線路的智能三維調(diào)度與數(shù)據(jù)信息的調(diào)度之間具有不同的特點(diǎn)，由于大型輸電線路中引入了網(wǎng)絡(luò)，為了使數(shù)據(jù)信息更好地服務(wù)于輸電線路，因此，分析大型輸電線路的三維調(diào)度仿真必須結(jié)合輸電線路的可調(diào)度性能進(jìn)行分析，才能使調(diào)度滿足輸電線路的性能要求[9]。在分析輸電線路可調(diào)度的同時(shí)，還要從輸電線路的性能角度分析。

利用上述大型輸電線路的可調(diào)度分析，將本次輸電線路三維調(diào)度的每一道工序的響應(yīng)時(shí)間設(shè)置為最小。由于數(shù)據(jù)信息的傳輸采用的是多代理之間的協(xié)作進(jìn)行調(diào)度，數(shù)據(jù)信息的傳輸時(shí)間具有不確定性，因此，要以數(shù)據(jù)信息的傳輸路徑長(zhǎng)短與速度作商，作為傳輸時(shí)間。數(shù)據(jù)信息的傳輸速度由用戶控制輸入，當(dāng)速度大于實(shí)際速度時(shí)，數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)臅r(shí)間在整個(gè)調(diào)度中會(huì)下降，其目標(biāo)函數(shù)為：

構(gòu)建的具體操作如下：大型輸電線路數(shù)據(jù)組中的每一行代表三維調(diào)度工序的一種調(diào)度序列，其中，輸電線路分組數(shù)量是由用戶根據(jù)實(shí)際情況定義的。這種調(diào)度序列是通過(guò)解碼完成后，填充到輸電線路的任務(wù)等待隊(duì)列中，但是由于隊(duì)列中的數(shù)據(jù)實(shí)際上只是輸電線路調(diào)度信息某一個(gè)數(shù)據(jù)的引用[10]。因此，在給輸電線路的等待調(diào)度任務(wù)填充調(diào)度開(kāi)始和結(jié)束的時(shí)間時(shí)，實(shí)際上就是填充數(shù)據(jù)信息調(diào)度信息表中的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間。三維調(diào)度適應(yīng)度函數(shù)構(gòu)建流程如圖2所示。

基于數(shù)據(jù)的調(diào)度需求，將數(shù)據(jù)信息的響應(yīng)時(shí)間設(shè)置為最小，依托輸電線路的可調(diào)度分析，構(gòu)建輸電線路的三維調(diào)度適應(yīng)度函數(shù)。接下來(lái)通過(guò)輸電線路三維調(diào)度仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)大型輸電線路的智能三維調(diào)度仿真分析。

1.2? 設(shè)計(jì)輸電線路三維調(diào)度仿真平臺(tái)

分析了大型輸電線路的可調(diào)度后，構(gòu)建適應(yīng)度函數(shù)，最后通過(guò)輸電線路調(diào)度的三維仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)仿真分析。大型輸電線路的工作人員希望在仿真平臺(tái)中可以幫助他們完成輸電數(shù)據(jù)調(diào)度管理、輸電線路管理[11]。三維調(diào)度仿真平臺(tái)在工作人員的操作下完成數(shù)據(jù)信息的管理和調(diào)度，并將調(diào)度操作的結(jié)果通過(guò)平臺(tái)中的3D動(dòng)畫(huà)顯示出來(lái)，最后對(duì)調(diào)度結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析[12]。輸電線路的調(diào)度三維仿真平臺(tái)示意圖如圖3所示。

輸電線路調(diào)度三維仿真平臺(tái)必須可以適應(yīng)輸電線路多變的環(huán)境，在分析之前必須先建立多個(gè)調(diào)度仿真模塊，該模塊可以將三維調(diào)度適應(yīng)度函數(shù)嵌入到輸電線路中[13]，對(duì)輸電線路的數(shù)據(jù)信息傳輸進(jìn)行仿真分析，完成輸電線路數(shù)據(jù)的處理。為了進(jìn)一步利用適應(yīng)度函數(shù)的特點(diǎn)，促進(jìn)三維調(diào)度的人機(jī)交互，必須設(shè)立適應(yīng)度函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)的輸入和輸出進(jìn)行管理。確定了數(shù)據(jù)的基本輸入口后，就可以明確每一個(gè)模塊之間的數(shù)據(jù)流。三維調(diào)度仿真平臺(tái)模塊框架圖如圖4所示。

在三維調(diào)度仿真平臺(tái)的基本模塊確定的同時(shí)，還要分析每一個(gè)模塊之間的數(shù)據(jù)流關(guān)系，這樣很容易對(duì)每一個(gè)模塊進(jìn)行層次劃分[14]。將適應(yīng)度函數(shù)劃分為界面的輸入層，操作者只需要控制界面層就可以完成數(shù)據(jù)錄入;布局設(shè)計(jì)子模塊可以為后臺(tái)調(diào)度仿真層提供數(shù)據(jù)支持;實(shí)景顯示模塊可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸出，便于輸出結(jié)果的分析與管理;數(shù)據(jù)層位于平臺(tái)的最底端，為大型輸電線路的三維調(diào)度仿真分析提供數(shù)據(jù)支持，從而實(shí)現(xiàn)大型輸電線路的智能三維調(diào)度仿真分析[15]。

2? 仿真測(cè)試

2.1? 構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

大型輸電線路的智能三維調(diào)度仿真分析測(cè)試，是通過(guò)構(gòu)建一個(gè)基于CAN總線的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行測(cè)試。模型結(jié)構(gòu)如圖5所示。

2.2? 實(shí)驗(yàn)方法及步驟分析

本文設(shè)計(jì)的仿真分析方法主要測(cè)量大型輸電線路的性能指標(biāo)，即測(cè)試每一個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)消息的響應(yīng)時(shí)間。所采用的實(shí)驗(yàn)方案如下：

1） 將大型輸電線路中的主節(jié)點(diǎn)作為同步的基準(zhǔn)，以20 ms作為一個(gè)基準(zhǔn)周期，發(fā)送同步幀，確保輸電線路的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)處于同步狀態(tài);

2） 同步后的次節(jié)點(diǎn)均作為輸電線路數(shù)據(jù)消息的發(fā)送方，其中A，B節(jié)點(diǎn)都以不同的周期來(lái)發(fā)送周期性數(shù)據(jù)消息，C節(jié)點(diǎn)在三維調(diào)度仿真平臺(tái)下發(fā)送非周期性數(shù)據(jù)消息;

3） 次節(jié)點(diǎn)都作為輸電線路數(shù)據(jù)消息的發(fā)送方，主節(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)消息的接收方，同時(shí)，還要計(jì)算數(shù)據(jù)消息的響應(yīng)時(shí)間。

2.3? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

利用上述實(shí)驗(yàn)方法和步驟，分別采用傳統(tǒng)仿真分析方法和本文設(shè)計(jì)的仿真分析方法，在數(shù)據(jù)的三維調(diào)度仿真過(guò)程中，得到了數(shù)據(jù)傳輸響應(yīng)時(shí)間對(duì)比曲線如圖6所示。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以得到：采用傳統(tǒng)仿真分析方法時(shí)，大型輸電線路數(shù)據(jù)在調(diào)度仿真過(guò)程中的響應(yīng)時(shí)間在0.7～0.8 s之間，導(dǎo)致輸電線路三維調(diào)度仿真分析的時(shí)間延長(zhǎng)，通過(guò)計(jì)算得出10次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)傳輸響應(yīng)時(shí)間的平均值為7.4 s;而采用本文設(shè)計(jì)的仿真分析方法，數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程的響應(yīng)時(shí)間基本上都在0.3～0.4 s之間，大大減少了仿真分析的時(shí)間，計(jì)算得出10次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)傳輸響應(yīng)時(shí)間的平均值為3.7 s。因此，可以得出本文設(shè)計(jì)的仿真分析方法在數(shù)據(jù)的調(diào)度仿真過(guò)程中，可以縮短分析的時(shí)間。

3? 結(jié)? 語(yǔ)

為了克服大型輸電線路在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)會(huì)延長(zhǎng)調(diào)度時(shí)間的缺陷，本文提出了大型輸電線路的智能三維調(diào)度仿真分析方法。通過(guò)對(duì)輸電線路數(shù)據(jù)利用率可調(diào)度分析和輸電線路的響應(yīng)時(shí)間可調(diào)度分析，構(gòu)建了輸電線路三維調(diào)度適應(yīng)度函數(shù)，最后利用輸電線路三維調(diào)度仿真平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了大型輸電線路的智能三維調(diào)度仿真分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的仿真分析方法在數(shù)據(jù)調(diào)度的響應(yīng)時(shí)間方面比傳統(tǒng)仿真分析方法縮短了3.7 s。希望本文的研究可以為大型輸電線路的智能三維調(diào)度仿真分析提供理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉曉，李軍鋒，郝騰飛.20 kV變電站的多層數(shù)據(jù)智能三維調(diào)度方法[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2018，18（19）：54?59.

[2] 何迪，王波，章禹，等.一種考慮設(shè)備可載性的輸電線路動(dòng)態(tài)應(yīng)急增容方法[J].電力建設(shè)，2017，38（9）：95?102.

[3] 胡敬朋.大型電力系統(tǒng)輸電線路故障自動(dòng)識(shí)別仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真，2018，35（2）：59?62.

[4] 黃姝娟，朱怡安，劉白林，等.嵌入式多核系統(tǒng)中三維立體調(diào)度模型的研究[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，36（5）：1020?1025.

[5] 茍文選，張芮晨，耿小亮.一種先進(jìn)的飛機(jī)吊掛結(jié)構(gòu)疲勞壽命仿真分析方法[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，35（5）：905?909.

[6] 隋杰，程會(huì)艷，余成武，等.星敏感器光軸熱穩(wěn)定性仿真分析方法[J].空間控制技術(shù)與應(yīng)用，2017，43（4）：37?41.

[7] 張光勇，侯劍.大數(shù)據(jù)分析下網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急資源實(shí)時(shí)調(diào)度仿真研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2018，35（4）：445?448.

[8] 趙權(quán)，耿新.標(biāo)記分布學(xué)習(xí)中目標(biāo)函數(shù)的選擇[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)與探索，2017，11（5）：708?719.

[9] 蘇玉，孔國(guó)利.改進(jìn)粒子群算法的目標(biāo)函數(shù)變化分類動(dòng)態(tài)優(yōu)化[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2017，40（7）：175?178.

[10] 邢麗娟，楊世忠.關(guān)于二次型目標(biāo)函數(shù)算法優(yōu)化仿真研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2018，35（6）：300?303.

[11] 汪群博，趙政文，張濤，等.MPSoC可調(diào)度性分析的價(jià)格時(shí)間自動(dòng)機(jī)模型[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，35（2）：292?297.

[12] 梁浩，晏立，沈項(xiàng)軍.全局固定優(yōu)先級(jí)實(shí)時(shí)調(diào)度算法分析[J].計(jì)算機(jī)工程，2017，43（12）：65?68.

[13] 周婷，王振龍，朱梅，等.基于混合編程的梯級(jí)水庫(kù)群綜合集成仿真調(diào)度平臺(tái)構(gòu)建[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2017（3）：153?155.

[14] 聶晶，石中堅(jiān).云平臺(tái)下海量數(shù)據(jù)沖擊中的可視化調(diào)度平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2017，40（8）：107?109.

[15] 倪識(shí)遠(yuǎn)，胡志堅(jiān)，傅晨宇.單回不對(duì)稱輸電線路分布參數(shù)的測(cè)量方法[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2018，33（5）：1086?1095.