構(gòu)建電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)研究分析

陳欽柱 姚冬 陳林聰

摘要：設(shè)計了一款多電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)度自動控制系統(tǒng)。系統(tǒng)架構(gòu)的硬件運行環(huán)境是基于云平臺構(gòu)建的，能夠?qū)Χ嚯娋W(wǎng)的調(diào)度模塊及調(diào)峰執(zhí)行單元間的關(guān)系進行協(xié)調(diào)和平衡。運用分解組態(tài)端結(jié)構(gòu)的方式對PLC調(diào)峰指令進行了完善，并以控制指令的流通周期為依據(jù)改進了數(shù)據(jù)循環(huán)運行流程。模擬對比實驗表明所構(gòu)建的調(diào)度自動控制系統(tǒng)顯著縮短了調(diào)峰控制數(shù)據(jù)循環(huán)時長，并使調(diào)度運行模式的穩(wěn)定性得以有效提升。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)調(diào)度;自動控制系統(tǒng);云平臺;調(diào)峰調(diào)度;實現(xiàn)路徑

中圖分類號：TP391

文獻標(biāo)志碼：A

ResearchandAnalysisontheKeyTechnologiesofConstructingPowerGridDispatchingControlSystemArchitecture

CHENQinzhu，YAODong，CHENLincong

（ResearchInstituteofElectricPowerScience，HainanPowerGridCo.Ltd.，Haikou570311，China）

Abstract：Thispapermainlycompleteddesignofloadofpowergriddispatchautomaticcontrolsystem.Thehardwarerunningenvironmentofsystemisbasedonacloudplatform，sinceitcancoordinateandbalancethepowergridschedulingmoduleandpeakshavingofexecutionunits.Byusingdecompositionofimplementationsidestructure，thePLCconfigurationmodeisimproved.Theinstructioncycleanddatacyclearealsoimprovedbyperfectionofitsexistenceformandtheoperationalprocess.Simulationexperimentresultsshowthattheconstructedandtheschedulingofthecontrolsystemsignificantlyareshortened.Thestabilityofthedispatchingoperationisincreased.

Keywords：powergridscheduling;automaticcontrolsystem;cloudplatform;peakregulation;implementationpath

0引言

在配電系統(tǒng)中隨著靈活性設(shè)備（包括分布式電源、儲能及主動負(fù)荷等）及風(fēng)電等可再生能源（包括集中式、分布式）的接入數(shù)量的不斷增加，配電網(wǎng)運行模式更加靈活多變，并且可再生能源均面臨著消納難題，極大的增加了電網(wǎng)調(diào)度的難度，逐漸向主動配電網(wǎng)轉(zhuǎn)變的配電網(wǎng)同輸電網(wǎng)間的聯(lián)系更加緊密。同時改革不斷推進的電力市場會催生出配電側(cè)更多的獨立利益體，需建立并完善輸、配電網(wǎng)及用戶間的互動機制。傳統(tǒng)以輸電網(wǎng)為主的電網(wǎng)調(diào)度調(diào)控需轉(zhuǎn)變?yōu)獒槍Ω骷夒娋W(wǎng)的協(xié)調(diào)運行（多層級廣泛智能化），并具備協(xié)同優(yōu)化調(diào)度分層輸配的功能。

1需求分析

隨著智能電網(wǎng)的深入發(fā)展和完善，“調(diào)控一體化”已成為電網(wǎng)發(fā)展的趨勢，為確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，需將電力系統(tǒng)的全過程監(jiān)控（包括發(fā)電、輸電、變電、配電和用電）納入到調(diào)度控制系統(tǒng)中，日常生產(chǎn)生活對用電量的需求不斷增加，電網(wǎng)的實際總負(fù)荷在用電高峰期經(jīng)常超過預(yù)期上限，為確保供電設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，可通過投放發(fā)電機組（一個或多個，即調(diào)峰調(diào)度機組）以避免系統(tǒng)中的供電設(shè)備長期處于超負(fù)擔(dān)運行狀態(tài)，目前應(yīng)用調(diào)峰調(diào)度機組已成為保證電網(wǎng)同步調(diào)整運/執(zhí)行水平的重要手段，這就需電網(wǎng)設(shè)備具備較高的執(zhí)行效力，系統(tǒng)中相關(guān)調(diào)峰數(shù)據(jù)總量的傳統(tǒng)確定方法（基于對調(diào)峰調(diào)度原理的深度解析應(yīng)用）主要通過使用PC+可編程控制器完成，控制調(diào)配這些調(diào)峰數(shù)據(jù)則通過PLC調(diào)節(jié)框架的引入完成。但此種方法在調(diào)度過程中存在調(diào)度運行模式的穩(wěn)定性不足問題，同時不斷增加的電網(wǎng)數(shù)據(jù)總量會明顯延長調(diào)峰控制數(shù)據(jù)的循環(huán)時間。目前云平臺在電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)中表現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢，云平臺主要由云服務(wù)器（包含全部服務(wù)器端的運行軟件）、云電腦（包含全部客戶端的運行軟件）、多種網(wǎng)絡(luò)組件構(gòu)成，云服務(wù)器向客戶端服務(wù)器傳輸信息數(shù)據(jù)過程中，可同時保持獨立工作狀態(tài)，云電腦可使電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的綜合執(zhí)行效力更好的滿足實際需要[1]。本文基于云平臺搭建理論設(shè)計了一種多電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)，進一步完善電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)度策略，保持均勻用電負(fù)荷。

2多電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)度控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1云平臺控制框架架構(gòu)

作為本文所構(gòu)建系統(tǒng)硬件運行環(huán)境的關(guān)鍵構(gòu)成，云平臺控制框架架構(gòu)如圖1所示。

主要由控制機、調(diào)度模塊、分層執(zhí)行單元等構(gòu)成，云網(wǎng)絡(luò)平臺會對接收到的多電網(wǎng)數(shù)據(jù)進行自動劃分，分別進入到系統(tǒng)自動控制機、自動調(diào)度模塊、調(diào)峰執(zhí)行單元中，進入到自動

控制機的多電網(wǎng)數(shù)據(jù)在PC+可編程控制器的作用下其原有排列順序會發(fā)生改變并根據(jù)云平臺抓取規(guī)則完成定義重排，當(dāng)數(shù)據(jù)節(jié)點保持穩(wěn)定時重排后的數(shù)據(jù)可快速保存于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，直至接收到多電網(wǎng)數(shù)據(jù)調(diào)用申請后（由客戶端云服務(wù)器提出），系統(tǒng)以既定拆分規(guī)則為依據(jù)將這些數(shù)據(jù)傳送至下級處理模塊完成同調(diào)峰調(diào)度節(jié)點間的有效融合，從而顯著提升了數(shù)據(jù)的完整度及傳輸質(zhì)量和效率。進入調(diào)度模塊、調(diào)峰執(zhí)行單元中的多電網(wǎng)數(shù)據(jù)包含對應(yīng)的云平臺操作信息，在弱化數(shù)據(jù)相關(guān)調(diào)峰調(diào)度節(jié)點功能的同時，調(diào)峰調(diào)度控制系統(tǒng)（如執(zhí)行周期）會同數(shù)據(jù)的重要性產(chǎn)生直接聯(lián)系，云平臺在接收到數(shù)據(jù)調(diào)用申請后（由客戶端云服務(wù)器傳送），通過進一步分析申請指令成分實現(xiàn)有效信息的提取，再向自動調(diào)度模塊、調(diào)峰執(zhí)行單元傳送[2]。

2.2多電網(wǎng)自動調(diào)度模塊設(shè)計

作為云平臺控制框架的主要構(gòu)成該模塊的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

多電網(wǎng)數(shù)據(jù)在云平臺中達(dá)到限定額度的情況下，系統(tǒng)會向自動調(diào)度模塊輸送一部分調(diào)峰調(diào)度節(jié)點（通過系統(tǒng)輸入設(shè)備完成）并同其PID控制設(shè)備相互結(jié)合，再對后續(xù)進入模塊的數(shù)據(jù)通過采用環(huán)形調(diào)節(jié)方式完成對其排列狀態(tài)的基礎(chǔ)調(diào)整過程。搭建自動調(diào)度模塊的關(guān)鍵設(shè)備采用了電子控制器，輔助控制結(jié)構(gòu)則采用了大量的PID控制結(jié)構(gòu)（均勻分布于該模塊周圍），電子控制器通間PID控制結(jié)構(gòu)保持平行連接的狀態(tài)，從而使電網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸流暢性得以顯著提高，更好的滿足電網(wǎng)調(diào)度需求。自動調(diào)度模塊接收到的電網(wǎng)數(shù)據(jù)大多以電信號的狀態(tài)存在，導(dǎo)致該模塊的調(diào)度功能在超過其數(shù)據(jù)總量承載上限的情況下會受到一定影響，本文通過將一個壓力傳感器（具備舒緩功能）安裝于自動調(diào)度模塊中作為其運行輔助設(shè)備以確保該模塊調(diào)節(jié)運行狀態(tài)的穩(wěn)定，從而可在承接直流電壓時（由系統(tǒng)供電設(shè)備提供）對多電網(wǎng)數(shù)據(jù)進行適當(dāng)?shù)奈眨⒃谀K脫機工作時對多電網(wǎng)數(shù)據(jù)通過自身儲存電壓的充分運用完成疏導(dǎo)、傳輸過程，以確保調(diào)度功能的有效發(fā)揮[3]。

2.3調(diào)峰執(zhí)行單元設(shè)計

傳統(tǒng)控制系統(tǒng)大多采用PLC框架結(jié)合調(diào)度指令的調(diào)度方式使數(shù)據(jù)膨脹現(xiàn)象得到緩解，但此種方法只能暫時緩解數(shù)據(jù)調(diào)度的壓力，隨著系統(tǒng)運行時間的持續(xù)增加，會使電網(wǎng)數(shù)據(jù)的門限存儲值不斷提高，數(shù)據(jù)的累積周期明顯超過了此種方式的調(diào)節(jié)速度，調(diào)峰組件的執(zhí)行效率會受到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫不斷增加的存儲數(shù)據(jù)量的直接影響而降低。為解決這一問題本文設(shè)計了一種調(diào)峰執(zhí)行單元，主要由數(shù)據(jù)收集裝置及調(diào)制解調(diào)設(shè)備構(gòu)成，模擬信號是數(shù)據(jù)收集裝置的重點處理對象，該模塊單元的運行狀態(tài)（連通或斷開）通過具備一定調(diào)度判斷能力的連通繼電器進行控制，即：連通繼電器在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)量達(dá)到承載上限的情況下會完成從閉合到連通狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)空白調(diào)峰執(zhí)行單元結(jié)構(gòu)的釋放，連通繼電器在核心處理器消耗完這些數(shù)據(jù)后完成連通到閉合狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，恢復(fù)已釋放執(zhí)行單元結(jié)構(gòu)的空白狀態(tài)，有效緩解數(shù)據(jù)庫的存儲壓力，從而有效確保了調(diào)度控制系統(tǒng)運行模式的穩(wěn)定性[3]。

3多電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)度控制系統(tǒng)主要功能模塊的實現(xiàn)

3.1云平臺多電網(wǎng)組態(tài)端

針對調(diào)峰軟件程序由云平臺多電網(wǎng)組態(tài)端負(fù)責(zé)完成調(diào)度過程（采用建立控制安全列表的方式），管理員程序（位于云服務(wù)器中）在系統(tǒng)核心處理器接收到調(diào)峰調(diào)度申請的情況下，會先對控制界面初始登錄密碼進行確定（以可行性信息在申請指令中的占比為依據(jù)），這些加密數(shù)據(jù)經(jīng)過新權(quán)限定義后再向客戶端云計算機中傳送。搭建該組態(tài)端時沿用了傳統(tǒng)MCGS平臺端口，并在此基礎(chǔ)上完成了對待調(diào)用成分（包括FC51節(jié)點、OB主程序等）的關(guān)聯(lián)分析，調(diào)峰讀取傳感器會根據(jù)順次經(jīng)過MCGS平臺端口的多電網(wǎng)數(shù)據(jù)中包含的電網(wǎng)地址信息，對客戶端的量程地址進行重新配置，并對數(shù)據(jù)的原始存在狀態(tài)進行判斷（以標(biāo)定模塊的解析程度為依據(jù)），在此基礎(chǔ)上完成適合這些數(shù)據(jù)的測量值的標(biāo)注（通過調(diào)度解析傳感器），然后向系統(tǒng)的自動控制模塊傳輸（以設(shè)定變量的形式），能夠有效控制電網(wǎng)數(shù)據(jù)的運行極值，進而使調(diào)峰控制循環(huán)周期時長得以顯著縮短[4]。

3.2PLC調(diào)峰調(diào)度指令的優(yōu)化

針對數(shù)據(jù)傳輸模塊可通過優(yōu)化后的PLC調(diào)峰調(diào)度指令完成獨立編程處理過程，系統(tǒng)根據(jù)實際情況生成自動控制主程序后（由云平臺OB模塊完成），進入組織傳輸運行狀態(tài)的電網(wǎng)數(shù)據(jù)中相鄰數(shù)據(jù)保持相應(yīng)的調(diào)用關(guān)系，調(diào)峰調(diào)度結(jié)果不斷的輸出和運行，各指令后均對應(yīng)一個控制標(biāo)志，通過截取這些標(biāo)志客戶端服務(wù)器即可實現(xiàn)對調(diào)度指令生成速度的控制，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)對調(diào)峰控制數(shù)據(jù)循環(huán)時長的有效調(diào)節(jié)和控制。編寫調(diào)度指令時可加速運行自動化控制程序，再通過解算傳感器信號值（控制傳感器）進一步提升電網(wǎng)數(shù)據(jù)的安全性，從而實現(xiàn)對調(diào)度運行模式的優(yōu)化。優(yōu)化PLC調(diào)峰調(diào)度指令的主要編碼如下[5]。

Program_Cyclic;

MBMaster_xx.enable：=1;

（*Insertcodehere*）;

MBMCmd_xx.data”=ADR（localPV1）;

IfispeedActual

IfispeedActual>iMaxStrtBackupGenspeedThen;

nSystemWarnWord4.1：true;

Endif

End_Action;

3.3電網(wǎng)數(shù)據(jù)控制循環(huán)流程

基于云平臺控制框架搭建的控制循環(huán)流程具體如圖3所示。

一次完整的數(shù)據(jù)循環(huán)控制過程可描述為：系統(tǒng)核心處理器接收到多電網(wǎng)數(shù)據(jù)后，向自動調(diào)度模塊、調(diào)峰執(zhí)行單元傳輸這些數(shù)據(jù)（通過自動控制機完成），然后對這些數(shù)據(jù)進行排列（根據(jù)系統(tǒng)抓取規(guī)則），在通過多電網(wǎng)組態(tài)端分析出數(shù)據(jù)成分發(fā)生改變的情況下，PLC調(diào)度指令會將編程代碼對變量的定義方式進行改變（以現(xiàn)存數(shù)據(jù)的排列狀態(tài)為依據(jù)），接下來通過控制判定模塊分析數(shù)據(jù)的完整性[6]。

4實驗測試及結(jié)果分析

為測試本文所構(gòu)建的多電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)度控制系統(tǒng)的實用性和穩(wěn)定性，在穩(wěn)定的云網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進行了對比實驗，選取兩臺計算機（配置PC+可編程控制器）分別搭載本文調(diào)度控制系統(tǒng)和傳統(tǒng)控制系統(tǒng)（分別作為實驗組和對照組），實驗參數(shù)設(shè)置具體如表1所示。

實驗組、對照組實驗參數(shù)一致，保持其它實驗因素不變，本文實驗包含了順向和逆向兩部分以避免突發(fā)性事件影響實驗結(jié)果，對比兩組調(diào)度運行模式穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)循環(huán)時長的變化情況[7]。

（1）調(diào)度運行模式穩(wěn)定性實驗結(jié)果

針對調(diào)度運行模式穩(wěn)定性，實驗時間設(shè)置為25min，在系統(tǒng)分別處于順向、逆向運行狀態(tài)下，分別驗證應(yīng)用兩組系統(tǒng)后的穩(wěn)定性變化情況，具體實驗對比情況為：順向運行狀態(tài)下，實驗組的調(diào)度運行模式穩(wěn)定性隨著實驗時間增加呈現(xiàn)出穩(wěn)定、下降、上升、穩(wěn)定的趨勢，調(diào)度運行模式穩(wěn)定性在20～25min時達(dá)到最大（約為65.4%），低于目標(biāo)上限（79.4%）;對照組系統(tǒng)則呈現(xiàn)下降、上升、穩(wěn)定、下降的變化趨勢，在15～20min達(dá)到最大值（約為42.3%）。在順向運行情況下，應(yīng)用本文設(shè)計的調(diào)度控制系統(tǒng)可有效提升調(diào)度運行模式穩(wěn)定性（約23.1%）。在逆向運行狀態(tài)下，對照組則呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在15min時達(dá)到最大值（約41.1%）;實驗組的調(diào)度運行模式穩(wěn)定性呈現(xiàn)逐漸上升趨勢，在25min時達(dá)到最大值（約80.9%），超過目標(biāo)上限。

（2）調(diào)峰控制數(shù)據(jù)循環(huán)時長實驗結(jié)果

針對循環(huán)時長的變化情況，多電網(wǎng)數(shù)據(jù)總量為10×109，在系統(tǒng)分別處于順向、逆向運行狀態(tài)下（控制循環(huán)參數(shù)分別為0.47、0.58），分別驗證應(yīng)用兩組系統(tǒng)后在達(dá)到該數(shù)據(jù)上限前的循環(huán)時長變化情況：在順向運行狀態(tài)下，實驗組的調(diào)峰控制數(shù)據(jù)循環(huán)時長在電網(wǎng)數(shù)據(jù)總量持續(xù)增加的情況下總體表現(xiàn)為上升、穩(wěn)定、上升、下降，循環(huán)時長在8×109T的電網(wǎng)數(shù)據(jù)總量下達(dá)到最大值（約為12.9s）;對照組的循環(huán)時長呈現(xiàn)先上升、再下降的趨勢，循環(huán)時長在7×109T的電網(wǎng)數(shù)據(jù)總量下達(dá)到最大值（約為35.8s），高于實驗組，即在順向運行狀態(tài)下應(yīng)用本文調(diào)度控制系統(tǒng)顯著節(jié)約了調(diào)峰控制數(shù)據(jù)循環(huán)時長（約22.9s）。在逆向運行狀態(tài)下，實驗組的循環(huán)時長呈上升、下降交替出現(xiàn)的趨勢，并在9×109T的電網(wǎng)數(shù)據(jù)總量下達(dá)到最大值（約為15.9s），目標(biāo)上限為36.7s;對照組的循環(huán)時長則呈階梯狀上升趨勢，并在電網(wǎng)數(shù)據(jù)總量為8×109～10×109間時達(dá)到最大值（約為37.3s），高于實驗組，即在逆向運行情況下應(yīng)用本文調(diào)度控制系統(tǒng)同樣能夠顯著節(jié)約調(diào)峰控制數(shù)據(jù)循環(huán)時長。

5總結(jié)

不斷擴大的電網(wǎng)規(guī)模及用電需求對電網(wǎng)調(diào)度控制功能提出了更高的要求，傳統(tǒng)調(diào)度控制系統(tǒng)存因穩(wěn)定性不足、調(diào)峰控制耗時過長等問題已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代智能電網(wǎng)調(diào)度需求，本以電網(wǎng)調(diào)度的平臺組態(tài)端、數(shù)據(jù)循環(huán)流程作為改進設(shè)計的主要對象，完成了一種基于云平臺的調(diào)度自動控制系統(tǒng)架構(gòu)的構(gòu)建，在云平臺控制框架結(jié)構(gòu)中完成了軟硬件運行環(huán)境的搭建，在使系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中多電網(wǎng)數(shù)據(jù)的存儲時間得以顯著縮短的同時，有效提高了數(shù)據(jù)的循環(huán)使用效率，進一步完善電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)度策略，為電網(wǎng)調(diào)度自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)化提供參考。

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（收稿日期：2019.10.08）