基于智能控制的電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

王世彥，向星雨，徐劍佩，高優(yōu)梁，沈海軍

(1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司建設(shè)分公司，浙江 杭州 310000；2.浙江省送變電工程有限公司，浙江 杭州 310000)

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模持續(xù)增加，復(fù)雜程度也隨之增加[1-2]。為了確保電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備的正常運(yùn)行，需要借助大量的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供支撐。由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分別來(lái)自不同的廠家，軟件的安裝以及管理模式也存在明顯的差異?，F(xiàn)階段，如何有效對(duì)電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制成為社會(huì)各界專家關(guān)注的熱點(diǎn)話題。

國(guó)內(nèi)相關(guān)專家給出了一些較好的研究成果，段慧等[3]通過(guò)新能源電網(wǎng)并網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)確定狀態(tài)估計(jì)等效設(shè)備，將電力設(shè)備的靈敏度轉(zhuǎn)換為電站靈敏度，同時(shí)結(jié)合系統(tǒng)需求，構(gòu)建智能控制系統(tǒng)；陳宏勝等[4]在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層使用雙活技術(shù)，結(jié)合虛擬化技術(shù)構(gòu)建電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)。由于以上2種系統(tǒng)未能對(duì)電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備中的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，導(dǎo)致遠(yuǎn)程結(jié)果不理想以及響應(yīng)時(shí)間增加。為此，結(jié)合智能控制數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)一種基于智能控制的電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文系統(tǒng)不僅能夠有效提升數(shù)據(jù)預(yù)處理能力，獲取滿意的遠(yuǎn)程控制結(jié)果，同時(shí)還能夠有效減少響應(yīng)時(shí)間。

1 基于小波去噪的電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備數(shù)據(jù)預(yù)處理

小波理論具有比較好的時(shí)頻特性[5-6]，在各個(gè)領(lǐng)域均得到了十分廣泛的應(yīng)用，尤其是在噪聲消除方面[7-8]具有更大的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)小波基函數(shù)越來(lái)越逼近光滑性度量，則說(shuō)明算法具有較好的收斂性能。

其中，分解層數(shù)的確定對(duì)信號(hào)的取舍產(chǎn)生一定程度的影響。層數(shù)越大，說(shuō)明電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備中的噪聲和信號(hào)差異越明顯，更加有效促進(jìn)信號(hào)的分離。另一方面，信號(hào)重構(gòu)過(guò)程中分解層數(shù)越多，丟失的信號(hào)也就越大，對(duì)應(yīng)的重構(gòu)誤差也會(huì)隨之增加。

對(duì)于含有N個(gè)數(shù)據(jù)的信號(hào)而言，需要選擇最大分解層數(shù)K，同時(shí)滿足式(1)中的約束條件，即

K=log2N

(1)

在上述確定的電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備中噪聲預(yù)處理約束條件基礎(chǔ)上，采用小波變換算法實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備中噪聲預(yù)處理，得到

(2)

Q(n)為降噪后的電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備噪聲信號(hào)數(shù)據(jù)；a0為電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備噪聲信號(hào)初始頻帶值；u為小波變化系數(shù)。

為了保留電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備中的細(xì)節(jié)系數(shù)，并且不需要選擇有效的分解數(shù)據(jù)。在上述分析基礎(chǔ)上，電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備中所包含噪聲數(shù)據(jù)均需要滿足正態(tài)分布?；谛〔ㄏ禂?shù)概率分布的分解層數(shù)選擇方法操作流程如圖1所示。

圖1 基于小波系數(shù)概率分布的操作流程

由圖1可知，需要對(duì)各層的小波系數(shù)進(jìn)行分解，以此為依據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)。當(dāng)滿足需求，則需要進(jìn)行分解；反之則停止分解。根據(jù)小波分解系數(shù)流程即可判定電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備是否服從正態(tài)分布，即高斯白噪聲。

在上述分析基礎(chǔ)上，主要利用分解層數(shù)選擇方法最終的分解數(shù)量，有效保留電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備中的有效信息。由于高階的dk中含有少量有效信息，所以存在的數(shù)據(jù)并不全部都是誤差，進(jìn)而獲取的分解系數(shù)也不會(huì)超過(guò)設(shè)定的最大分解層數(shù)K。其中，正態(tài)分布的檢驗(yàn)可以通過(guò)Kolmogorov-Smirnov實(shí)現(xiàn)，具體的計(jì)算式為：

(3)

(4)

C(k)和C(d)為相關(guān)程度；xe(k)和d(k)為電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備的主要特征。

在上述分析的基礎(chǔ)上，采用離群值確定不同小波的閾值，經(jīng)過(guò)計(jì)算獲取對(duì)應(yīng)的閾值。分別對(duì)各小波系數(shù)進(jìn)行預(yù)處理，最后進(jìn)行信號(hào)重構(gòu)[9-10]，進(jìn)而獲取電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備消噪后的數(shù)據(jù)曲線。

2 基于智能控制的電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

電網(wǎng)管理是對(duì)電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制等相關(guān)操作，經(jīng)過(guò)一系列操作，電網(wǎng)相關(guān)工作人員可以更加高效地對(duì)電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)[11-12]，同時(shí)還能夠快速完成電網(wǎng)參數(shù)配置。

電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的主要目的是滿足電網(wǎng)管理人員的需求，同時(shí)配備專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，對(duì)特定設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)判定電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備是否發(fā)生故障，進(jìn)而制定對(duì)應(yīng)的解決方案。

當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)的管理員需要查看電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)或者對(duì)配置進(jìn)行修正，電網(wǎng)管理員主要利用客戶端瀏覽器登陸到控制中心的Web服務(wù)器上。用戶通過(guò)認(rèn)證后，可以采用網(wǎng)頁(yè)點(diǎn)擊的形式調(diào)用Web服務(wù)器的設(shè)備管理模塊，同時(shí)借助設(shè)備控制服務(wù)器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備的配置和查詢工作。

遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備控制服務(wù)器也可以在設(shè)定時(shí)間內(nèi)將采集到的電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備信息傳輸?shù)娇刂浦行?，由控制中心將上?bào)的數(shù)據(jù)放置到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

全部電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備在部署過(guò)程中，全部由1臺(tái)控制器統(tǒng)一完成。由于系統(tǒng)是由多個(gè)不同的服務(wù)器和電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備共同組成，證明被控制的電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備和各服務(wù)器之間存在連接。在系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要結(jié)合智能控制技術(shù)展開相關(guān)模塊的設(shè)計(jì)[13-14]。分析以上操作流程可知，控制中心服務(wù)器的主要組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 控制中心服務(wù)器的組成結(jié)構(gòu)

2.1 用戶管理模塊

a.用戶的添加、修改以及刪除?？刂浦行姆?wù)器可支持多個(gè)管理員同步操作，系統(tǒng)需要優(yōu)先將全部管理的姓名以及聯(lián)系方式等相關(guān)信息存儲(chǔ)到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)塊。系統(tǒng)內(nèi)的超級(jí)管理員主要負(fù)責(zé)用戶的添加、刪除以及修改等相關(guān)工作，而一般管理員只負(fù)責(zé)對(duì)自身的聯(lián)系方式和身份信息進(jìn)行修改。

在使用過(guò)程中，用戶的個(gè)人信息可能會(huì)發(fā)生改變，如用戶的狀態(tài)以及到期時(shí)間等，所以需要及時(shí)將全部變化保存到數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，方便下次用戶查詢即可獲取最新的信息。

對(duì)系統(tǒng)中不再使用或者不允許登錄的用戶賬號(hào)，需要將其在系統(tǒng)內(nèi)刪除，同時(shí)保留更大的存儲(chǔ)空間，有效減少系統(tǒng)的開銷。

當(dāng)經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)，用戶身份合法之后，才能夠?qū)?duì)應(yīng)管轄范圍內(nèi)的電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備進(jìn)行管理。

b.用戶權(quán)限管理。為了通過(guò)一般管理員對(duì)電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備進(jìn)行有效控制，在系統(tǒng)內(nèi)部還設(shè)定了超級(jí)網(wǎng)絡(luò)管理員，主要負(fù)責(zé)一般管理員的權(quán)限分配工作。其主要負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的全部用戶進(jìn)行分類處理，全面降低使用權(quán)限復(fù)雜度，確保系統(tǒng)內(nèi)的用戶可以得到統(tǒng)一有效的管理。

c.會(huì)話監(jiān)控。為了有效避免系統(tǒng)內(nèi)的一般管理員在登陸系統(tǒng)后進(jìn)行一些非法和惡意操作，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理員登陸系統(tǒng)后的全部操作進(jìn)行記錄。

2.2 系統(tǒng)配置模塊

主要負(fù)責(zé)為超級(jí)管理員提供配置控制中心服務(wù)器的關(guān)鍵信息接口。

2.3 電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備管理模塊

a.串口管理。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)管理員成功登錄系統(tǒng)的控制中心服務(wù)器后，需要及時(shí)檢測(cè)被控制電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備和其他設(shè)備之間的通信鏈路是否存在異常。當(dāng)串口處于可控狀態(tài)下時(shí)，系統(tǒng)可以借助串口對(duì)不同的設(shè)備窗口進(jìn)行有效控制。

b.電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備信息維護(hù)。系統(tǒng)中的電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備是由多個(gè)不同的部分組成，當(dāng)系統(tǒng)管理員成功登陸系統(tǒng)后，需要優(yōu)先對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行查詢，同時(shí)將其進(jìn)行記錄，保存到對(duì)應(yīng)的服務(wù)器中[15]。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)全部電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備的管理和遠(yuǎn)程控制，需要提供相關(guān)的設(shè)備信息。在系統(tǒng)內(nèi)，全部的信息無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)添加或者更新，需要借助管理組的用戶將電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備的IP地址以及端口等相關(guān)信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)還可以實(shí)時(shí)更新或者添加相關(guān)的設(shè)備信息。

系統(tǒng)內(nèi)全部的可控設(shè)備信息需要在設(shè)備信息列表中顯示，同時(shí)表格的右邊包含2個(gè)按鈕，分別為修改按鈕和刪除按鈕，點(diǎn)擊不同的按鈕即可進(jìn)行不同的操作。

c.歷史記錄管理?？刂浦行姆?wù)器對(duì)電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備中的歷史信息進(jìn)行保存以及統(tǒng)計(jì)分析，為后續(xù)歷史數(shù)據(jù)查詢提供理論依據(jù)。

后臺(tái)數(shù)據(jù)管理模塊的設(shè)計(jì)主要為了存儲(chǔ)大量的用戶信息和相關(guān)的權(quán)限信息，同時(shí)還能夠?qū)崟r(shí)查詢電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和歷史數(shù)據(jù)。

在上述分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合智能控制技術(shù)獲取電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備的遠(yuǎn)程控制操作流程，如圖3所示。

圖3 電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)操作流程

3 實(shí)驗(yàn)分析

為了驗(yàn)證本文系統(tǒng)的綜合有效性，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

3.1 電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備數(shù)據(jù)預(yù)處理能力測(cè)試

為了驗(yàn)證本文系統(tǒng)的預(yù)處理能力，優(yōu)先對(duì)系統(tǒng)的去噪性能進(jìn)行測(cè)試，選取信噪比作為測(cè)試指標(biāo)。其中，信噪比的取值越高，說(shuō)明數(shù)據(jù)去噪結(jié)果越理想。具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備數(shù)據(jù)預(yù)處理能力測(cè)試結(jié)果

分析表1中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備中的數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪后，信噪比取值得到明顯提升，充分證明本文系統(tǒng)能夠有效清除數(shù)據(jù)的噪聲，具有較好的數(shù)據(jù)預(yù)處理能力。

3.2 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間測(cè)試結(jié)果分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證本文系統(tǒng)的優(yōu)越性，實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)比系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間變化情況，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。

表2 不同遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間測(cè)試結(jié)果對(duì)比

表2(續(xù))

由表2中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，相比其他2種遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，本文系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間明顯更低一些。主要是因?yàn)楸疚南到y(tǒng)對(duì)電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備中的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行了噪聲剔除，有效簡(jiǎn)化了人工對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的繁瑣步驟，進(jìn)而有效減少系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。

3.3 電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備遠(yuǎn)程控制性能測(cè)試

為了驗(yàn)證電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的控制性能，實(shí)驗(yàn)分別分析使用系統(tǒng)控制前后的電壓變化情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4 所示。

圖4 本文系統(tǒng)控制性能測(cè)試結(jié)果分析

分析圖4中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在使用本文系統(tǒng)前，電壓的波動(dòng)頻率比較大。但是采用本文系統(tǒng)后，系統(tǒng)的電壓呈穩(wěn)定變化趨勢(shì)。由此可見，本文系統(tǒng)可以為電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備提供比較穩(wěn)定的電壓。

在負(fù)載突變情況下，進(jìn)一步分析本文系統(tǒng)的控制性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 負(fù)載突變本文系統(tǒng)控制性能測(cè)試

分析圖5中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)負(fù)載發(fā)生突變，本文系統(tǒng)能夠以最快的速度將電壓控制在穩(wěn)定狀態(tài)，說(shuō)明本文系統(tǒng)具有較快的調(diào)整速度。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)存在的一系列問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種基于智能控制的電網(wǎng)牽張?jiān)O(shè)備遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，該系統(tǒng)具有較好的數(shù)據(jù)預(yù)處理能力，同時(shí)還能夠有效降低系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，獲取滿意的遠(yuǎn)程控制結(jié)果。