SOA架構(gòu)電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化系統(tǒng)研究

李 偉，花 潔，亓玉國(guó)

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 佛山供電局，廣東 佛山 528000)

隨著電網(wǎng)主網(wǎng)配送電自動(dòng)化水平的發(fā)展，電力主網(wǎng)的輸出穩(wěn)定性和可靠性研究受到人們的關(guān)注，構(gòu)建電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化系統(tǒng)，結(jié)合輸配電自動(dòng)化水平的不斷提升，需要構(gòu)建優(yōu)化的電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)融合數(shù)據(jù)分析模型，結(jié)合自動(dòng)化的數(shù)據(jù)信息采集和參數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化控制。研究電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，在物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議下建立電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)融合數(shù)據(jù)的采集模型，提高電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)融合分析能力，從而提高電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化水平[1]。

對(duì)電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)是建立在對(duì)電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模參數(shù)分析和信息融合基礎(chǔ)上，結(jié)合融合數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集和輸出可靠性控制[2]，建立電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模參數(shù)分析模型，傳統(tǒng)方法中，對(duì)電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模融合和信息調(diào)度的方法主要有基于聯(lián)合參數(shù)分析的電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)融合方法、基于物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)控制的電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化設(shè)計(jì)方法等[3-4]，采用特征分析和網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)，在大數(shù)據(jù)融合基礎(chǔ)上，建立電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化模型，但傳統(tǒng)方法進(jìn)行電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化設(shè)計(jì)的信息融合度水平不高，系統(tǒng)穩(wěn)定性不好。對(duì)此，本文提出基于SOA構(gòu)架的電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。首先構(gòu)建電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化系統(tǒng)的功率因素和功耗參數(shù)解析模型，結(jié)合輸電控制的載荷測(cè)量方法進(jìn)行電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)估計(jì)，然后采用傳感器進(jìn)行電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化系統(tǒng)的阻抗比與振蕩阻尼特征參數(shù)采集，在SOA架構(gòu)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)模塊，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)ZigBee組網(wǎng)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化組網(wǎng)控制。最后進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，展示了本文方法在提高電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化融合能力方面的優(yōu)越性能。

1 系統(tǒng)總體構(gòu)架和功能結(jié)構(gòu)分析

1.1 總體結(jié)構(gòu)構(gòu)架和主網(wǎng)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化部署

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化融合，結(jié)合ZigBee物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)控制協(xié)議，構(gòu)建電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化系統(tǒng)傳輸節(jié)點(diǎn)分布模型，設(shè)計(jì)3層體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)分組構(gòu)造[5]，得到電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的3層結(jié)構(gòu)體系，如圖1所示。

圖1 三層結(jié)構(gòu)體系Fig.1 Three-layer structure system

根據(jù)圖1所示的電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的3層結(jié)構(gòu)體系，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)接口傳輸控制方法，進(jìn)行電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)分布設(shè)計(jì)[6]，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.2 System architecture design

根據(jù)圖2設(shè)計(jì)通信服務(wù)接口，采用AMBA AXI嵌入式的組件控制方法，構(gòu)建電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模參數(shù)分析模型，通過差異性特征檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)融合數(shù)據(jù)的聚類處理[7]。

1.2 主網(wǎng)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化部署

構(gòu)建電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化系統(tǒng)的功率因素和功耗參數(shù)解析模型，結(jié)合輸電控制的載荷測(cè)量方法進(jìn)行電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)估計(jì)和節(jié)點(diǎn)優(yōu)化部署設(shè)計(jì)[8]，構(gòu)建電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化系統(tǒng)單元縱向分析模型，得到主網(wǎng)節(jié)點(diǎn)分布函數(shù)如下：

(1)

式中，Dj為時(shí)滯項(xiàng)；mj為功耗參數(shù)；Wi為功率項(xiàng)；pi為輸電控制載荷量。

結(jié)合知識(shí)圖譜分析，構(gòu)建電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)融合數(shù)據(jù)的約束模型，得到聯(lián)合度特征參數(shù)測(cè)試分布為f(pi)=0.5Liln(1+pi)，其中Li為網(wǎng)絡(luò)調(diào)度數(shù)值。結(jié)合系統(tǒng)定值校核的方法，采用配電線路過電壓參數(shù)融合，得到配電線路過電壓在線監(jiān)測(cè)輸出表示如下：

F=f(pi+1)+…+f(pi)-miln(E0-Lipi)

(2)

式中，mi為功耗用量；E0為電壓參數(shù)對(duì)照值。

在T時(shí)刻內(nèi)，獲得線阻阻值，進(jìn)而得到隨機(jī)部署節(jié)點(diǎn)協(xié)議下下垂控制與虛擬阻抗聯(lián)合參數(shù)檢測(cè)輸出表示為：

E0+…+EN-Lipi-…-LN+1pN+1=0

(3)

式中，LN為在所限定的時(shí)間內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)流量；pN為所限定的時(shí)間內(nèi)輸電控制載荷量。

計(jì)算第i個(gè)變換器輸出電流分量，得到電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)融合的目標(biāo)狀態(tài)函數(shù)記為：

F=f(pN+1)+…+f(pi)-miln(E0-Lipi)-

…-mNln(EN-1+…+E0-Lipi-…-LNpN)

(4)

針對(duì)不同的線路的阻抗分布，求得PWM載波頻率，得到電力調(diào)度的線路阻抗：

(5)

式中，αF為所有電路抗阻數(shù)值；αpN為PWM的載波值。

式(5)表示多臺(tái)變換器并聯(lián)下物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)分布，運(yùn)用SOA架構(gòu)建立底層數(shù)據(jù)模塊，得到m次高頻諧波分量滿足：

ri(Si-Si-1)≥rk(Sk-Si+1)+rk+1(Si-Sk)

(6)

式中，ri為多臺(tái)變換器的電阻和值；Si為所屬面積的電流值；Sk為所屬面積的靜電力常量值。

根據(jù)阻抗檢測(cè)結(jié)果，得到SOA構(gòu)架協(xié)議下電力系統(tǒng)的主網(wǎng)調(diào)度傳遞函數(shù)為：

C(p)=(C1(p)，C2(p)，…，Cn(p))

(7)

(8)

式中，C(p)為可測(cè)試電容量數(shù)值。

由此構(gòu)建了電力系統(tǒng)的主網(wǎng)調(diào)度的學(xué)習(xí)模型，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架協(xié)議，實(shí)現(xiàn)電力主網(wǎng)節(jié)點(diǎn)部署控制。

2 電力主網(wǎng)調(diào)度算法

采用傳感器進(jìn)行電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化系統(tǒng)的阻抗比與振蕩阻尼特征參數(shù)采集，構(gòu)造電力系統(tǒng)的主網(wǎng)調(diào)度算法[9]，得到各個(gè)變換器的控制目標(biāo)函數(shù)：

(9)

式中，ds為電位移的等量值；wQ為電能承載量；gs為阻抗電壓值。

基于電壓和電流的高頻紋波值檢測(cè)結(jié)果，得到電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)融合數(shù)據(jù)的實(shí)體的概率密度狀態(tài)函數(shù)為：

(10)

式中，IGZa為電流數(shù)值；RGZa為電阻數(shù)值。此時(shí)vQ∈RZa，電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化融合的電壓補(bǔ)償輸出為：

CR(ni)=d(wi)

(11)

(12)

計(jì)算變換器輸出電流之差，得到電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)檢測(cè)輸出為：

(13)

構(gòu)建一個(gè)差分化數(shù)值模型，得到SOA構(gòu)架協(xié)議下電力系統(tǒng)的主網(wǎng)調(diào)度可靠性分布概率密度為：

pk(Sk+Si-1)+pk-1(Si+Sk)=pi(Si+Si-1)

(14)

由此得到優(yōu)化SOA架構(gòu)電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模融合模型為：

(15)

式中，Li=Si-Si+1。

根據(jù)SOA架構(gòu)電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)融合結(jié)果，提高SOA架構(gòu)電力主網(wǎng)調(diào)度水平[10]。

3 系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

在上述進(jìn)行了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化融合算法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用SOA架構(gòu)協(xié)議[11]，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)，硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。根據(jù)面向?qū)ο蟮墓δ芊?wù)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行SOA架構(gòu)電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化系統(tǒng)的對(duì)象結(jié)構(gòu)參數(shù)分析，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)ZigBee組網(wǎng)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化組網(wǎng)控制，通過差異性特征檢測(cè)，在總線控制模塊中實(shí)現(xiàn)簇首節(jié)點(diǎn)采樣和自適應(yīng)控制[12]，得到系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)現(xiàn)過程如圖4所示。

圖3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)配置Fig.3 System hardware configuration

圖4 系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)現(xiàn)過程Fig.4 Development process of system

4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析

通過實(shí)際系統(tǒng)仿真測(cè)試的方法進(jìn)行性能驗(yàn)證，采用主服務(wù)器軟件控制分析方法，建立電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)分析模型，得到結(jié)構(gòu)參數(shù)分析(表1)。

表1 電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)分析Tab.1 Structural parameters analysis of power grid dispatching automation system

根據(jù)表1的調(diào)度參數(shù)分布，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化融合處理，得到各相電壓輸出，如圖5所示。

圖5 電力主網(wǎng)調(diào)度各相電壓輸出Fig.5 Voltage output of each phase of power main network dispatching

分析上述仿真結(jié)果得知，電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化設(shè)計(jì)提高了電壓輸出的穩(wěn)定性，測(cè)試輸出性能，得到對(duì)比結(jié)果見表2，分析表2得知，本文方法進(jìn)行電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化融合，調(diào)度增益較大，輸出可靠性較高。

表2 調(diào)度可靠性對(duì)比Tab.2 Dispatching reliability comparison %

5 結(jié)語

構(gòu)建優(yōu)化的電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)融合數(shù)據(jù)分析模型，結(jié)合自動(dòng)化的數(shù)據(jù)信息采集和參數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化組網(wǎng)控制。本文提出基于SOA構(gòu)架的電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。構(gòu)建電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模參數(shù)分析模型，通過差異性特征檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)融合數(shù)據(jù)的聚類處理。在總線控制模塊中實(shí)現(xiàn)SOA架構(gòu)電力主網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化圖模數(shù)一體化系統(tǒng)的簇首節(jié)點(diǎn)采樣和自適應(yīng)控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。測(cè)試得知，本文方法提高了電力主網(wǎng)調(diào)度輸出的可靠性和穩(wěn)壓性。