基于GSPN 的區(qū)域綜合能源能耗控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張虔，孫悅

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司泰州供電分公司，江蘇泰州 225300）

GSPN 是廣域網(wǎng)環(huán)境中一種隨機(jī)的信號(hào)調(diào)取模型，可通過(guò)數(shù)字交換機(jī)設(shè)備對(duì)過(guò)載量的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，從而得到準(zhǔn)確的信號(hào)參量性能建模條件。在區(qū)域性綜合能源調(diào)度體系中，由于輸入端電壓容量水平的提升，整個(gè)電網(wǎng)環(huán)境中的電量傳輸能力也會(huì)逐漸增強(qiáng)，在此情況下，一部分電子可不經(jīng)過(guò)整合處理直接進(jìn)入電網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)主機(jī)，并在其中生成長(zhǎng)期存儲(chǔ)記憶[1]。受到電信號(hào)沖擊的影響，該類(lèi)型傳輸電子的數(shù)量級(jí)水平越高，區(qū)域性綜合能源調(diào)度網(wǎng)絡(luò)的電能消耗量也就越大，特別是在電量集中供應(yīng)時(shí)期，頻繁的電量過(guò)度消耗問(wèn)題會(huì)造成電網(wǎng)續(xù)航能力的持續(xù)下降，從而造成電信號(hào)參量出現(xiàn)不可逆的損傷情況[2]。

為更好應(yīng)對(duì)電信號(hào)損傷問(wèn)題，傳統(tǒng)BDD 型能耗控制系統(tǒng)通過(guò)靜態(tài)子樹(shù)分析的方式，強(qiáng)化底層電量在單位時(shí)間內(nèi)的傳輸應(yīng)用能力，再借助既定硬件模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電信號(hào)傳輸量的分層疏導(dǎo)，最后將剩余電量整合到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)主機(jī)中，完成對(duì)電網(wǎng)續(xù)航能力的持續(xù)促進(jìn)。然而該系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)長(zhǎng)內(nèi)所具備的調(diào)節(jié)能力有限，并不能完全解決電子量過(guò)度消耗的問(wèn)題。為避免上述情況的發(fā)生，設(shè)計(jì)了基于GSPN 的區(qū)域綜合能源能耗控制系統(tǒng)，聯(lián)合能源信號(hào)整合構(gòu)件、能耗量統(tǒng)計(jì)單元對(duì)區(qū)域性能源網(wǎng)絡(luò)中的電信號(hào)進(jìn)行集中整合，再按照GSPN基礎(chǔ)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算能源信號(hào)輸出量與電子量綜合處理權(quán)限的具體數(shù)值水平。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

區(qū)域綜合能源能耗控制系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)由能耗控制電路、能源信號(hào)整合構(gòu)件、能耗量統(tǒng)計(jì)單元三部分共同組成，具體搭建方法如下。

1.1 能耗控制電路

能耗控制電路在區(qū)域性綜合能源調(diào)度體系中負(fù)責(zé)提供電量單元所需的應(yīng)用電子，可以在STC15F2K60S2設(shè)備的作用下，實(shí)現(xiàn)由高壓輸入電量到低壓輸出電量的轉(zhuǎn)換處理。一般情況下，隨電壓差降值的增大，接入電路環(huán)境中的高壓電容數(shù)值水平也會(huì)不斷增大，直至高、低壓電容之間的物理差數(shù)值能夠完全承載能耗電子量的擊穿作用[3-4]。此次設(shè)計(jì)的能耗控制電路示意圖如圖1 所示。

圖1 能耗控制電路示意圖

圖1 中的IRB6620 元件作為能耗控制電路的核心應(yīng)用設(shè)備，負(fù)責(zé)提供與能耗電阻相關(guān)的傳輸電子量，由于高、低壓電容設(shè)備均具有較強(qiáng)的電感適應(yīng)性，因此該元件結(jié)構(gòu)可在更改區(qū)域性電量傳輸水平的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)能耗電子的準(zhǔn)確收集，并可在能耗繼電器設(shè)備的作用下，完成對(duì)電子信息參量分配與平均處理。

1.2 能源信號(hào)整合構(gòu)件

能源信號(hào)整合構(gòu)件可以連接能耗控制系統(tǒng)電路與底層電量輸出設(shè)備，并可以根據(jù)GSPN 模型的連接需求，更改能耗電子量的現(xiàn)有存儲(chǔ)形式，以此提高底層應(yīng)用電子的傳輸能力[5-6]，其結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。PLC 設(shè)備同時(shí)負(fù)載能耗控制電路、能源量輸出設(shè)備、區(qū)域電量單元的連接需求，可在提取電量傳輸信息的同時(shí)將上述文件參量整合成包狀傳輸形式，一方面將這些信息數(shù)據(jù)反饋至下級(jí)設(shè)備結(jié)構(gòu)體，另一方面也可較好地適應(yīng)能耗控制電路中的電量傳輸需求[7]。主控界面能夠顯示底層電感單元中的電信號(hào)采集情況，由于PLC 設(shè)備存在于能源信號(hào)整合構(gòu)件中部，而當(dāng)電子量途經(jīng)該設(shè)備結(jié)構(gòu)時(shí)，一部分傳輸電子可被完全吸收，這也是主控界面實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)始終小于實(shí)際電路數(shù)值水平的主要原因。

圖2 能源信號(hào)整合構(gòu)件結(jié)構(gòu)圖

1.3 能耗量統(tǒng)計(jì)單元

能耗量統(tǒng)計(jì)單元作為區(qū)域綜合能源能耗控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)，由電信號(hào)中心、能源基站、局域電網(wǎng)三部分共同組成。其中，電信號(hào)中心可聯(lián)合多級(jí)能耗量主機(jī)對(duì)底層控制終端進(jìn)行集中調(diào)配，并可以將收集的傳輸電子量用于后續(xù)的能耗平均處理[8-9]。能源基站作為電量集群組織的下級(jí)應(yīng)用元件，可在感知路由器連接能力的同時(shí)，感知電表設(shè)備的實(shí)際示數(shù)水平，從而使得電量采集器設(shè)備的物理功能得到有效促進(jìn)。局域電網(wǎng)則能夠準(zhǔn)確記錄電量采集器的現(xiàn)有示數(shù)水平，并根據(jù)電表設(shè)備的連接需求妥善分配已存儲(chǔ)的傳輸電量。

圖3 能耗量統(tǒng)計(jì)單元示意圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

聯(lián)合各級(jí)硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)單元，按照GSPN 基礎(chǔ)模型設(shè)計(jì)、能源信號(hào)輸出量計(jì)算、電子量綜合處理權(quán)限確定的處理流程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟件執(zhí)行環(huán)境搭建，硬軟件兩相結(jié)合完成基于GSPN 的區(qū)域綜合能源能耗控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.1 GSPN基礎(chǔ)

GSPN 模型可為區(qū)域綜合能源能耗量提供一個(gè)相對(duì)平衡的傳輸管控空間，在能耗控制電路、能源信號(hào)整合構(gòu)件等多個(gè)硬件結(jié)構(gòu)的作用下，該模型可在統(tǒng)籌電量傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)，確定系統(tǒng)主機(jī)所具備的控制應(yīng)用能力，一方面能夠避免能耗電子出現(xiàn)過(guò)度累積的行為，另一方面也可實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸能耗量的有效調(diào)度[10-11]。在不考慮其他干擾條件的情況下，GSPN 模型構(gòu)建受到電子量區(qū)域調(diào)試系數(shù)、能源消耗量?jī)身?xiàng)物理指標(biāo)的直接影響。電子量區(qū)域調(diào)試系數(shù)最小值為xmin，在綜合調(diào)控環(huán)境中，該項(xiàng)物理量所能達(dá)到的極限值越小，GSPN 模型的控制作用能力也就越強(qiáng)。能源消耗量可表示為φ，受到系統(tǒng)控制行為的影響，該項(xiàng)物理量的數(shù)值水平越高，能耗電子所能達(dá)到的傳輸距離也就越遠(yuǎn)。聯(lián)立上述物理量，可將GSPN 基礎(chǔ)模型定義為：

式中，e1代表第一個(gè)能耗量系數(shù)特征值，en代表第n個(gè)能耗量系數(shù)特征值。

2.2 能源信號(hào)輸出量

能源信號(hào)輸出量是指區(qū)域能耗數(shù)據(jù)在單位時(shí)間內(nèi)的目標(biāo)傳輸量，在電信號(hào)覆蓋區(qū)間內(nèi)，目標(biāo)數(shù)值量越大，系統(tǒng)主機(jī)所具備的調(diào)試控制能力也就越強(qiáng)[12]。能源信號(hào)輸出量指的是能耗數(shù)據(jù)信息在單位時(shí)間內(nèi)所具備的指令響應(yīng)能力，由于GSPN 模型的存在，信號(hào)文件在系統(tǒng)環(huán)境中的傳輸能力不宜過(guò)快或過(guò)慢，過(guò)快會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息難以停留，從而影響系統(tǒng)主機(jī)對(duì)綜合能源能耗情況的判斷能力；過(guò)慢則會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息出現(xiàn)明顯堆積，對(duì)系統(tǒng)主機(jī)造成較大的控制壓力[13-14]。設(shè)為單位時(shí)間內(nèi)的能源信號(hào)量輸出均值，k為特征控制系數(shù)，聯(lián)立式（1）可將能源信號(hào)輸出量數(shù)值定義為：

式中，f代表區(qū)域性綜合能源調(diào)度體系中的能耗電導(dǎo)系數(shù)，代表基于GSPN 模型的電信號(hào)傳輸特征值。

2.3 電子量綜合處理權(quán)限

電子量綜合處理權(quán)限是基于GSPN 模型的能耗數(shù)據(jù)定義條件，若綜合能源信號(hào)的輸出量數(shù)值，則可認(rèn)為在區(qū)域性綜合能源調(diào)度體系中，電子量綜合處理權(quán)限所覆蓋的物理范圍越大，系統(tǒng)主機(jī)所具備的能耗控制力也就越強(qiáng)。假定在GSPN 模型作用下，能源能耗電量具備極強(qiáng)的自主傳輸能力，且隨著系統(tǒng)控制指令傳輸量的增大，各級(jí)硬件設(shè)備對(duì)于數(shù)據(jù)信息參量的促傳作用能力也會(huì)逐漸增強(qiáng)，直至能夠完全適應(yīng)高壓輸入端與低壓輸出端之間的電量壓差水平[15-16]。設(shè)b1、b2分別為兩個(gè)不同的能耗量數(shù)據(jù)傳輸周期參量值，聯(lián)立式（2）可將電子量綜合處理權(quán)限條件定義為：

式中，ΔC代表單位時(shí)間內(nèi)的能源數(shù)據(jù)消耗值，p代表能耗系數(shù)參量值，h代表能源數(shù)據(jù)的既定傳輸系數(shù)值。至此，完成各項(xiàng)物理系數(shù)值的計(jì)算與處理，在GSPN 模型的支持下實(shí)現(xiàn)區(qū)域綜合能源能耗控制系統(tǒng)的順利應(yīng)用。

3 性能測(cè)試

性能測(cè)試在某區(qū)域性綜合能源調(diào)度體系中進(jìn)行，首先將終端設(shè)備獨(dú)立，分別在其中輸入基于GSPN 的區(qū)域綜合能源能耗控制系統(tǒng)源碼與傳統(tǒng)BDD 型控制系統(tǒng)源碼，當(dāng)主機(jī)應(yīng)用環(huán)境逐漸趨于穩(wěn)定后，記錄相關(guān)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的具體變化情況。

RBP 指標(biāo)為系統(tǒng)主機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)所具備的能耗電子量協(xié)調(diào)能力，根據(jù)慣有應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)判斷，RBP指標(biāo)數(shù)值越大，系統(tǒng)主機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)所具備的能耗電子量協(xié)調(diào)能力也就越強(qiáng)，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

表1 RBP指標(biāo)數(shù)值記錄

分析表1 可知，基于GSPN 的區(qū)域綜合能源能耗控制系統(tǒng)的RBP 指標(biāo)在前兩個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)內(nèi)呈現(xiàn)連續(xù)上升的數(shù)值變化趨勢(shì)，而在每一個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)中，保持絕對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值存在狀態(tài)，從第三個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)開(kāi)始，上升變化趨勢(shì)更加明顯，且平均上升量也開(kāi)始逐漸增大。傳統(tǒng)BDD 型控制系統(tǒng)的RBP 指標(biāo)在前三個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，一直保持不斷上升的數(shù)值變化狀態(tài)，從第四個(gè)單位時(shí)長(zhǎng)開(kāi)始，逐漸趨于持續(xù)性下降狀態(tài)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的最大數(shù)值結(jié)果僅能達(dá)到41.15%，與基于GSPN 的區(qū)域綜合能源能耗控制系統(tǒng)最大值74.43%相比下降了33.28%。

QDE 指標(biāo)反映了因控制系統(tǒng)作用而緩解的電量消耗情況，一般情況下QDE 指標(biāo)數(shù)值越大，因控制系統(tǒng)作用而緩解的電量消耗情況越明顯，實(shí)驗(yàn)數(shù)值如表2 所示。

分析表2 可知，基于GSPN 的區(qū)域綜合能源能耗控制系統(tǒng)的QDE 指標(biāo)在前35 min 的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，數(shù)值一直保持不斷上升趨勢(shì)，從第40 min 開(kāi)始，則開(kāi)始呈現(xiàn)小幅波動(dòng)的數(shù)值變化形式。傳統(tǒng)BDD 型控制系統(tǒng)的QDE 指標(biāo)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，則一直保持不斷下降的數(shù)值變化狀態(tài)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的最大數(shù)值結(jié)果僅達(dá)到了43.15%，與基于GSPN 的區(qū)域綜合能源能耗控制系統(tǒng)最大值82.41%相比下降了39.26%。

表2 QDE指標(biāo)數(shù)值記錄

4 結(jié)束語(yǔ)

與傳統(tǒng)BDD 型控制系統(tǒng)相比，區(qū)域綜合能源能耗控制系統(tǒng)在GSPN 模型的作用下，借助能源信號(hào)整合構(gòu)件、能耗量統(tǒng)計(jì)單元等多個(gè)硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)，通過(guò)計(jì)算能源信號(hào)輸出量的方式，定義電子量的綜合處理權(quán)限，不僅解決了區(qū)域性綜合能源調(diào)度體系中電子能耗量過(guò)大的問(wèn)題，也有效避免了電信號(hào)的嚴(yán)重?fù)p失行為，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)環(huán)境的較好保護(hù)。