基于監(jiān)控信息的智能變電站自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)

劉洋

（陜西省地方電力（集團(tuán)）有限公司榆林供電局，陜西榆林 719000）

0.引言

由于電力資源的使用存在明顯的波峰和波谷特征，因此，需要變電站需要按照用戶的實(shí)際使用需求對(duì)電能資源的分配做出合理的調(diào)整，最大限度滿足用戶的用電需求[1]。就變電站資源的自動(dòng)化調(diào)度這一問題，許多專家和學(xué)者也開展了相關(guān)研究，以某機(jī)場(chǎng)的10kV變電站為研究對(duì)象，利用“四型機(jī)場(chǎng)”的理念設(shè)計(jì)了電能綜合分配管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)資源的高效調(diào)度。但在調(diào)度過程中缺少對(duì)時(shí)間因素的考慮，因此仍存在一定的提升空間。通過將電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)與監(jiān)控信息進(jìn)行有效整合，實(shí)現(xiàn)了電力資源分配效果的優(yōu)化提升，但其在具體的實(shí)施過程中是通過調(diào)度資源改善監(jiān)控信息的穩(wěn)定性，因此被動(dòng)性較強(qiáng)。但該方法中將監(jiān)控信息應(yīng)用于資源調(diào)度中的方法是十分具有研究?jī)r(jià)值的。

為此，本文設(shè)計(jì)了一種基于監(jiān)控信息的智能變電站自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)，通過對(duì)監(jiān)控到的用電信息進(jìn)行特征分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力資源的合理調(diào)度，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。通過本文的研究，希望為相關(guān)變電站的資源調(diào)度問題提供幫助。

1.硬件設(shè)計(jì)

1.1 監(jiān)控裝置

由于變電站的供電范圍相對(duì)較大，在不同時(shí)段的用電特征也不同[2]，需要監(jiān)控設(shè)備具有高精度、高效率監(jiān)測(cè)效果。為此，本文選用OM-ACM-A802單相電量數(shù)據(jù)采集設(shè)備作為監(jiān)測(cè)裝置，具有高度的集成化特性，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)交流電壓、電流值的有效測(cè)量，同時(shí)也可以對(duì)變電站設(shè)備的有功功率、無功功率、功率因數(shù)以及運(yùn)行頻率等參量進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。內(nèi)置的RS-485通訊接口可以利用Modbus-RTU通訊協(xié)議將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫畔⒅行?，同時(shí)ESD保護(hù)電路確保設(shè)備在供電異常環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 PLC裝置

PLC作為調(diào)度命令的模糊控制器，其需要對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行全面分析，要求其具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，本文選用某公司的CPU 204 M84產(chǎn)品作為系統(tǒng)的主控裝置。該設(shè)備通過可擴(kuò)展I/O實(shí)現(xiàn)與監(jiān)測(cè)設(shè)備之間的連接，2個(gè)CD-57C接口支持組網(wǎng)通信方式的實(shí)施，采用八進(jìn)制編碼模式對(duì)命令進(jìn)行加密處理，避免惡意攻擊帶來的安全問題，內(nèi)附4個(gè)擴(kuò)展模塊可以滿足海量用電數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求，自帶的PID自整定模式可以確保與其連接的多個(gè)監(jiān)測(cè)裝置同時(shí)收到命令，并且運(yùn)算功能強(qiáng)大。

2.軟件設(shè)計(jì)

2.1 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析

實(shí)現(xiàn)對(duì)電能資源有效調(diào)度的前提是對(duì)用電需求做出準(zhǔn)確分析，本文首先對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析。

當(dāng)OM-ACM-A802通過RS-485將采集到的用電數(shù)據(jù)信息發(fā)送至PLC的主控裝置時(shí)，按照時(shí)段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分。本文通過以數(shù)據(jù)的均值為中心，統(tǒng)計(jì)了固定時(shí)間內(nèi)用電量的離散程度，得到用電量變化趨勢(shì)，其模式如圖1所示。

圖1 固定時(shí)刻用電量分布統(tǒng)計(jì)圖

如圖1所示，A為對(duì)固定時(shí)刻用電量監(jiān)測(cè)結(jié)果的均值，r為數(shù)據(jù)篩選半徑，通過這樣的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)無效數(shù)據(jù)的過濾。對(duì)于篩選半徑的制定，以監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的離散程度為標(biāo)準(zhǔn)，以最終的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)達(dá)到整體的80%以上為目標(biāo)[3]。

在此基礎(chǔ)上，對(duì)24h內(nèi)的用電情況進(jìn)行分析，確定用電波峰以及波谷時(shí)期的電能需求閾值，并將其作為資源調(diào)度的依據(jù)。

2.2 電力資源調(diào)度

在得到用電需求特征后，基于PLC的PID自整定對(duì)實(shí)際變電站設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)與用電需求進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的合理調(diào)度。

首先，將上文分析得到的用電特征作為目標(biāo)值，對(duì)OM-ACM-A802監(jiān)控到的t時(shí)刻變電站運(yùn)行有功功率、無功功率狀態(tài)進(jìn)行分析，其方式為：

其中，γ表示分析結(jié)果，Py表示變電站的有功功率，Pw表示變電站的無功功率，P表示上文統(tǒng)計(jì)的閾值上限。

當(dāng)γ=1時(shí)，表示變電站的運(yùn)行狀態(tài)與實(shí)際用電需求一致，無須進(jìn)行調(diào)度處理；當(dāng)γ>1時(shí)，表示變電站的供電量大于實(shí)際用電需求，此時(shí)PLC利用I/O將有功功率下調(diào)到γ=1狀態(tài)；當(dāng)γ<1時(shí)，表示變電站的供電量大于實(shí)際用電需求，此時(shí)PLC利用I/O將有功功率上調(diào)到γ=1狀態(tài)。

通過上述研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能資源的有效調(diào)度。

3.應(yīng)用測(cè)試

利用本文設(shè)計(jì)的智能變電站自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，以此對(duì)其調(diào)度的效果做出客觀評(píng)價(jià)。

3.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)造

本文構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是由4臺(tái)計(jì)算機(jī)和一個(gè)路由器集成構(gòu)成的，并將網(wǎng)速為千兆的以太網(wǎng)作為連接，以此為基礎(chǔ)構(gòu)成一個(gè)小型的計(jì)算機(jī)集群系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)所用的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)均為Windows10，內(nèi)存大小為64G，Java的版本型號(hào)為9.0，Hadoop的版本型號(hào)為10.2.2。為了確保實(shí)驗(yàn)的操作可以在穩(wěn)定狀態(tài)下被傳輸，Hadoop平臺(tái)使用的編程語言為Java。通過將4臺(tái)計(jì)算機(jī)安裝在同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)，為其各自分配一個(gè)獨(dú)立的IP地址。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在上述基礎(chǔ)上，對(duì)變電站的電能資源進(jìn)行調(diào)度，其結(jié)果如表1所示。

從表1中可以看出，用電波峰和波谷分別出現(xiàn)在2:00～4:00以及14:00～22:00階段，在本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的調(diào)度下，電能資源的供應(yīng)量與實(shí)際需求之間具有較高的擬合度，且差異始終在50kV以內(nèi)。說明本文提出的方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變電站資源的有效調(diào)度。

表1 電能資源自動(dòng)化調(diào)度結(jié)果

4.結(jié)語

變電站作為控制電能供應(yīng)的主要節(jié)點(diǎn)，是關(guān)系到用戶用電質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如何實(shí)現(xiàn)在滿足用電需求的前提下，最大限度降低對(duì)電能資源的浪費(fèi)是變電站需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。本文設(shè)計(jì)了一種基于監(jiān)控信息的智能變電站自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了供電量與用電量之間的高度擬合，通過本文的研究，以期為變電站的資源調(diào)度提供參考價(jià)值。