基于改進遺傳算法的電力調度控制系統(tǒng)

張智鵬

（國網(wǎng)陜西西咸新區(qū)供電公司，陜西 西安 712000）

0 引 言

近年來，電力結構不斷擴大，智能電網(wǎng)建設不斷發(fā)展，電力調度的復雜程度和重要程度逐漸提高，為電力調度控制帶來了一定的困難。電力調度控制的網(wǎng)路建設是組成智能電網(wǎng)的重要部分，由于傳統(tǒng)的電力調度控制系統(tǒng)在對各子系統(tǒng)進行集成時存在維護和擴展困難的問題，嚴重影響了電網(wǎng)調度控制的運行效率，破壞了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為了提高地區(qū)電網(wǎng)的控制能力和可靠用戶的接納能力，對多種結構數(shù)據(jù)進行高效存儲，建成快速可靠的電力調度控制系統(tǒng)是十分必要的。對于電力調度控制系統(tǒng)的建設，需要引入先進成熟的信息技術，使電力調度控制與管理更加標準化和科學化[1]。本文結合研究地區(qū)調度控制的實際業(yè)務需求和發(fā)展需要，設計基于改進遺傳算法的電力調度控制系統(tǒng)，在一定傳輸規(guī)約的情況下，完成對電力的調度，并通過通信通道與各變電站實現(xiàn)電力數(shù)據(jù)信息的交換，為提高電力調度控制水平提供了參考依據(jù)，對加強電力調度控制建設和系統(tǒng)運行效率具有重要的現(xiàn)實意義。

1 基于改進遺傳算法的電力調度控制系統(tǒng)硬件設計

1.1 系統(tǒng)總體功能模塊架構設計

本文系統(tǒng)設計采用分布式結構，基于Windows 2010的操作系統(tǒng)平臺上運行，通信及通信接口的實現(xiàn)都以開放性為原則，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫電力信息的共享。為了實現(xiàn)系統(tǒng)標準和系統(tǒng)結構的統(tǒng)一化問題，在系統(tǒng)集成過程中預留擴展接口，在進行功能模塊設計中充分考慮后期系統(tǒng)軟件的拓展性，使本文系統(tǒng)能夠在后期集成中減少對于系統(tǒng)架構的整合與修改，為了保證系統(tǒng)的安全運行，通過物理層的隔離將電力調度控制與實時系統(tǒng)分開，進行機器和網(wǎng)絡的雙套CPU系統(tǒng)設計，具體功能模塊架構設計如圖1所示。

由圖1可知，登錄模塊設計中，根據(jù)不同的登錄用戶類別，導入不同的操作菜單，對于電力數(shù)據(jù)的查詢與應用具有不同的權限設置。門戶展示模塊能夠進行電力數(shù)據(jù)信息的發(fā)布和電力信息預警，形成及時的信息數(shù)據(jù)反饋，進行系統(tǒng)功能檢索。能量管理模塊能夠采集線路負載、氣象情況等實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)動態(tài)的發(fā)電控制，進行用電負荷預測，分析電壓穩(wěn)定，通過遙測功能采集各變電站線路的電壓、電流，為本文電力調度控制系統(tǒng)提供底層數(shù)據(jù)支撐，管理各類異常數(shù)據(jù)[2]。

1.2 控制器設計

在本文的電力調度控制系統(tǒng)設計中，主要涉及對電力數(shù)據(jù)的采集與處理，實現(xiàn)電力調度控制。在本文系統(tǒng)總體結構設計中利用無源晶片處理技術，協(xié)調轉換并標準化處理電網(wǎng)中調度控制信息的傳輸和接收過程中的外部晶格，本文控制器主要組成部分為數(shù)字信號處理器和單片機，通訊采用雙口RAM結構，具體如圖2所示。

由圖2可知，本文控制器結構采用基于恒頻濾波器對邏輯處理芯片進行設計，帶有智能電源模塊，其數(shù)字信號處理為主要核心部分，同時包括了信號轉換與功率預處理程序等，本文電力調度控制系統(tǒng)通信依賴于寬帶系統(tǒng)，通過電源電路進行信號的輸入，用于接收電力調度配置以及電力數(shù)據(jù)信息反饋[3]。數(shù)據(jù)采集和傳輸分別運用外設部件互聯(lián)的局部并行總線和芯片系統(tǒng)，進行實時電力調度和傳輸?shù)淖詣涌刂?。為了防止本文系統(tǒng)的硬件故障，采用中間繼電器保證系統(tǒng)的實時性，在系統(tǒng)正常運行的工況下對電池進行管理與監(jiān)控，實現(xiàn)外部電源的自動化切換。

2 基于改進遺傳算法的電力調度控制系統(tǒng)軟件設計

2.1 電力數(shù)據(jù)監(jiān)測及處理

對電網(wǎng)中主要設備的運行數(shù)據(jù)進行采集，雙位遙信接入各電力設備數(shù)據(jù)監(jiān)測信號，并對繼電保護動作等事件進行記錄，并存儲在歷史事件庫中，對采集到的數(shù)據(jù)信息進行判斷，若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常及時發(fā)出告警信號，支持事件信息的打印與語音輸出[4]。經(jīng)過采集得到的數(shù)據(jù)必須滿足電力調度控制系統(tǒng)和集控中心的技術要求，能夠將各類電網(wǎng)數(shù)據(jù)進行交互轉換，滿足調度控制數(shù)據(jù)的實時響應，在數(shù)據(jù)傳輸與融合中，支持多種網(wǎng)絡通信協(xié)議，實現(xiàn)多目標源信息的處理，傳輸采樣數(shù)據(jù)。根據(jù)遙信信號，進行遙信故障處理，根據(jù)獲取的事故信號，對事故的變位情況實現(xiàn)自動化判定，對于遙測的處理可以在其越限時進行告警，能夠將多源遙測量集成，進行功率到電量的計算及相應的處理。同時，將電能平衡率、輸電線路功率等電力監(jiān)測數(shù)據(jù)進行記錄并整理，存儲于數(shù)據(jù)庫中，本文系統(tǒng)提供用戶語言計算以及公式計算功能，實現(xiàn)對電力實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與處理。

2.2 基于改進遺傳算法調度電力資源

遺傳算法雖具有良好的可擴展性和較強的群體搜索能力，但仍存在不足之處，如在編碼上缺乏規(guī)范性，容易陷入局部收斂問題，因此本文基于改進遺傳算法實現(xiàn)電力調度。在電力調度控制系統(tǒng)中存在著一定的函數(shù)關系，運用電力系統(tǒng)調度資源映射調度任務的間接實數(shù)編碼方式，將電力調度任務劃分成的子任務個數(shù)進行網(wǎng)絡資源分配，并進行對應編號，其中子任務的總數(shù)為：

式中，t為本文系統(tǒng)中的所有調度任務；S(i)為第i個任務所具有的子任務個數(shù)。按照任務順序進行基因染色體編碼后，對染色體進行解碼操作，完成第w任務中的子任務所需要的時間為：

式中，m為本文系統(tǒng)中的所有資源數(shù)量；n為子任務個數(shù)；p為第p個worker節(jié)點資源；t(p,i)為第p個worker執(zhí)行中第i個子任務所需時間[5]。在初始種群中設置相關參數(shù)，計算個體適應度，進行交叉操作和變異操作，適當調整其交叉和變異概率，其個體選擇概率為：

式中，j為系統(tǒng)中資源個數(shù)，為避免算法的局部收斂，設定收斂依據(jù)，在樣本計算中進行不同個體之間的相似性判斷，連續(xù)經(jīng)過并行變異處理，若種群中最優(yōu)個體數(shù)量為明顯變化，說明已經(jīng)搜索到全局最優(yōu)解，實現(xiàn)電力任務調度。

2.3 建立電力調度運行控制模型

本文以網(wǎng)絡線損最小化為電力調度控制系統(tǒng)的控制目標，對研究區(qū)域內的電網(wǎng)電力進行調度控制，建立電力調度運行控制模型，具體表達式為：

式中，q為網(wǎng)絡支路數(shù)；d為開關狀態(tài)；Rv為支路v的電阻；Gv和Qv分別為研究區(qū)域內電網(wǎng)中支路v流過的有功和無功；Uv為母線電壓。根據(jù)不同時段的用電需求，在特定時間段進行網(wǎng)絡線損最小化目標函數(shù)的調整。判斷研究區(qū)域配電網(wǎng)的各類開關的開關狀態(tài)，通過相應措施獲取新的網(wǎng)絡拓撲結構，實現(xiàn)系統(tǒng)控制和優(yōu)化目的[6]。本文通過改進遺傳算法獲取電力調度控制系統(tǒng)的最優(yōu)解后，需要對該最優(yōu)解所對應的研究區(qū)域配電網(wǎng)結構進行有效性的判定，判斷網(wǎng)絡結構是否為輻射狀，根據(jù)實際需要選擇最合適的安全控制層次，完成本文系統(tǒng)設計。

3 實驗論證分析

為驗證本文系統(tǒng)的可行性，將針對系統(tǒng)的性能指標進行測試，利用Windows平臺的仿真軟件工具進行效果評估，由電力調度控制人員從服務端進行身份驗證，登錄系統(tǒng)，其被測服務器環(huán)境的具體配置如表1所示。

表1 測試服務器環(huán)境具體配置

由表1可知本文實驗測試環(huán)境，設置用戶訪問電力數(shù)據(jù)的數(shù)量為400個，測試開始時間為2022年1月12日下午15:30，測試持續(xù)時間為5 min，測試迭代次數(shù)為2 000次，其具體測試結果如表2 所示。

表2 系統(tǒng)性能測試

由表2 可知，本文系統(tǒng)通過驗證平臺對登錄用戶進行了身份驗證，本文電力調度控制系統(tǒng)能夠對測試操作給予及時的響應，響應時間均在3 s內，其中調度控制測試的響應時間最長，響應時間為2.8 s，但均在響應時間的合理范圍內，在負載測試中，本文系統(tǒng)在不同負載環(huán)境下均保持運行穩(wěn)定，證明本文系統(tǒng)具有可行性，能夠滿足系統(tǒng)用戶需求。

4 結 論

本文通過系統(tǒng)總體結構設計和系統(tǒng)總體功能模塊架構設計完成了本文電力調度控制系統(tǒng)的硬件設計，通過電力數(shù)據(jù)監(jiān)測及處理，基于改進遺傳算法，建立電力調度運行控制模型，完成了系統(tǒng)的軟件設計，取得了一定的研究成果。同時，由于時間和條件的限制，本文研究還存在著諸多不足，有待于深入探討，如對于電力數(shù)據(jù)的監(jiān)測方法涉及的較少，對于本文系統(tǒng)的自動化功能建設還需要逐步完善，從而提高信息采集的準確性，在今后的研究中還將不斷優(yōu)化電力數(shù)據(jù)的共享模式，提高電網(wǎng)運行效率，減少系統(tǒng)響應時間，實現(xiàn)系統(tǒng)性能的優(yōu)化。