供電一體化綜合調(diào)度方法研究

王景香

（甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000）

為保證礦山工作面的安全高效的生產(chǎn)，礦山供電系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，是我國(guó)當(dāng)下面臨的重點(diǎn)問(wèn)題。在礦山開(kāi)采時(shí)，不僅需要合理分配電能，也應(yīng)確保在不同緊急情況下，供電系統(tǒng)都可以安全可靠又穩(wěn)定的運(yùn)行。礦山供電一體化就是把供電系統(tǒng)中獨(dú)立運(yùn)行的個(gè)體進(jìn)行組合，組合成一個(gè)可以互相配合的緊密銜接的整體結(jié)構(gòu)。而礦山供電一體化綜合調(diào)度就是操作調(diào)配系統(tǒng)，使系統(tǒng)穩(wěn)定有效的運(yùn)行，為礦山工作提供電力支持，并減少資源浪費(fèi)。目前，我國(guó)礦山供電調(diào)度系統(tǒng)電力傳送鏈不完善，極易出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)故障問(wèn)題，導(dǎo)致供電調(diào)度上網(wǎng)絡(luò)延遲過(guò)久，且存在大量資源被浪費(fèi)的問(wèn)題，無(wú)法完成有效調(diào)度。基于此，一體化運(yùn)行已經(jīng)成為供電調(diào)度有效運(yùn)行必不可少的步驟。針對(duì)上述問(wèn)題，研究礦山供電一體化綜合調(diào)度方法，希望通過(guò)本文的分析可以為礦產(chǎn)供電提供新的參考思路，確保礦山供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定且高效運(yùn)行。

1 提取礦山供電整體特征

在礦山供電中，最容易出現(xiàn)的問(wèn)題就是節(jié)點(diǎn)故障或者通信鏈路中斷，在出現(xiàn)這種問(wèn)題時(shí)，就需要把拓?fù)渥兓畔l(fā)送到全網(wǎng)絡(luò)上，但這個(gè)過(guò)程如果進(jìn)行速度緩慢，產(chǎn)生延遲過(guò)久，就非常容易使部分路由器不能及時(shí)更新路由表，從而造成業(yè)務(wù)的中斷。調(diào)度方法就是智能化監(jiān)控了電責(zé)荷數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)礦山供電工作時(shí)段的調(diào)整以及調(diào)整供電設(shè)備的充放電動(dòng)作，對(duì)礦山供電綜合優(yōu)化，從而達(dá)到既可以節(jié)約能源、減少費(fèi)用支出，又可以使礦山工作正常進(jìn)行，為礦山工作提供保障。其中，礦山中采用蓄電池中的鋰電池，這種儲(chǔ)能設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向流通[1]。連接風(fēng)能以及太陽(yáng)能，兩種分布式發(fā)電的裝置，這類分布式發(fā)電裝置可以為礦山供電提供自備電能，也可以為電網(wǎng)的供能儲(chǔ)存適量電能，保障礦山工作可以安全有序的進(jìn)行。其設(shè)備是否開(kāi)啟，需利用供電系統(tǒng)中的消耗控制器來(lái)支配，消耗控制器中需建立完善的負(fù)荷控制程序。使用風(fēng)能以及太陽(yáng)能的儲(chǔ)存電能，還可以作為用電負(fù)荷消耗。單獨(dú)使用風(fēng)能或太陽(yáng)能會(huì)存在供電不穩(wěn)定的情況，風(fēng)能和太陽(yáng)能的結(jié)合使用，可以有效避免了礦區(qū)供電不平衡現(xiàn)象的出現(xiàn)。在礦區(qū)內(nèi)，地面采取太陽(yáng)能供電，地下采取風(fēng)能供電，可以為礦區(qū)整體供電提供更加可靠穩(wěn)定的環(huán)境。在礦區(qū)供電中，負(fù)荷控制過(guò)程通常加入柔性負(fù)荷，這類柔性負(fù)荷擁有時(shí)間可調(diào)性的特征，還采取可中斷負(fù)荷，這類負(fù)荷可以使礦區(qū)采取間歇性供電，礦區(qū)在無(wú)人工作時(shí)，采取斷電后電路不易出現(xiàn)損壞問(wèn)題，可以與柔性負(fù)荷配合使用，在可隨意開(kāi)停的同時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)突然斷電的情況，因此可以更有效的控制礦山供電。

2 構(gòu)建動(dòng)態(tài)分布電力傳送鏈模型

構(gòu)建動(dòng)態(tài)分布電力傳送鏈模型之前，需明確數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸方式。在當(dāng)下使用較多的有兩種方式，第一種為無(wú)線激光通信方式，無(wú)線激光通信方式采用的是一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)同時(shí)通信的方法，且在通信過(guò)程中不需要頻率申請(qǐng)，數(shù)據(jù)傳輸速率相對(duì)較快。第二種為微波通信方式，微波通信方式是采取電磁波的方式，保持各基站間連接穩(wěn)定。其優(yōu)點(diǎn)為無(wú)需固態(tài)介質(zhì)，其缺點(diǎn)為傳輸速率低，且頻帶有限。基于以上論述，本文選擇采用無(wú)線激光通信方式，此方式保密性強(qiáng)，頻帶寬、速率快。基于無(wú)線激光的通信方式，構(gòu)建動(dòng)態(tài)分布電力傳送鏈模型[2]。首先，設(shè)計(jì)該模型在礦山供電綜合調(diào)度時(shí)要滿足一體化要求，也就是說(shuō)，該模型需對(duì)服務(wù)鏈路數(shù)量自由設(shè)定，并且完成備份。在一體化綜合調(diào)度上，對(duì)工作面各處供電裝置應(yīng)采取統(tǒng)一控制和管理。此動(dòng)態(tài)分布電力傳送鏈模型中，采取大量電力鏈路節(jié)點(diǎn)，并由節(jié)點(diǎn)組成電網(wǎng)系統(tǒng)。對(duì)電梯系統(tǒng)綜合管理，同時(shí)使用節(jié)點(diǎn)運(yùn)行程序，多個(gè)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行同一程序，當(dāng)其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，其他節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行補(bǔ)充，避免出現(xiàn)供電電路斷開(kāi)的情況。根據(jù)以上特點(diǎn)，動(dòng)態(tài)分布電力傳送鏈模型如下圖1所示。

圖1 動(dòng)態(tài)分布電力傳送鏈模型圖

在礦山供電一體化中，使模型保持周期性。設(shè)定負(fù)責(zé)調(diào)度任務(wù)節(jié)點(diǎn)數(shù)量為n個(gè)，供電系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)數(shù)量為V個(gè)。同時(shí)設(shè)定出兩種節(jié)點(diǎn)執(zhí)行指令所耗時(shí)間，負(fù)責(zé)調(diào)度任務(wù)執(zhí)行指令所耗時(shí)間為t1，供電系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)執(zhí)行指令所耗時(shí)間為t2，令其滿足1≤n≤V-1和t1≤t2。其中，當(dāng)n=V-1，t1=t2時(shí)供電系統(tǒng)達(dá)到最佳運(yùn)行。通過(guò)控制負(fù)責(zé)調(diào)度任務(wù)節(jié)點(diǎn)數(shù)量，控制電力系統(tǒng)的運(yùn)行。至此，動(dòng)態(tài)分布電力傳送鏈模型構(gòu)建完成。

3 一體化算法綜合調(diào)度礦山供電

基于建立的動(dòng)態(tài)分布電力傳送鏈模型，為了完成礦山供電一體化綜合調(diào)度還需建立全新的調(diào)度算法。本文采用動(dòng)態(tài)分布算法，其原理是建立電力傳送鏈資源矩陣，通過(guò)矩陣實(shí)現(xiàn)改善調(diào)度效果，實(shí)現(xiàn)調(diào)度統(tǒng)一[3]。首先，設(shè)進(jìn)行一次調(diào)度消耗的節(jié)點(diǎn)周期為i，同時(shí)消耗的時(shí)間為T(mén)，前S個(gè)周期資源值為β(h)，其中h=1，2，3…S，則下列關(guān)系表示為時(shí)間與剩余資源的關(guān)系。

同時(shí)拓展數(shù)據(jù)集，在x調(diào)度時(shí)刻電力傳送鏈資源矩陣如下所示：

其中，Mx表示資源分類集；r表示第r類資源；a=1，2，3…9；n=1，2，3…9。設(shè)定此時(shí)到達(dá)第S-1個(gè)周期，則根據(jù)上述矩陣得到的決策集如下所示：

其中，D表示為剩余資源決策集；h表示為資源分類。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)上述動(dòng)態(tài)分布調(diào)度算法，還需根據(jù)實(shí)際情況，修正關(guān)系矩陣，提升礦山供電一體化的調(diào)度性能，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。在實(shí)現(xiàn)礦山供電一體化綜合調(diào)度上，還需把控電路系統(tǒng)整體的負(fù)載情況，避免節(jié)點(diǎn)堵塞和設(shè)備不必要的分類，保障電路系統(tǒng)安全穩(wěn)定且有效率的運(yùn)行。至此，礦山供電一體化綜合調(diào)度方法研究完成。

4 仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證本文提出的礦山供電一體化綜合調(diào)度方法的有效性，進(jìn)行仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)，將本文調(diào)度方法與傳統(tǒng)方法進(jìn)行比較，研究在相同環(huán)境下使用兩組方法的網(wǎng)絡(luò)延遲。將傳統(tǒng)方法設(shè)置成對(duì)照組，本文方法設(shè)置為實(shí)驗(yàn)組，在環(huán)境和設(shè)備全部相同的情況下，注入相同的負(fù)載頻率，對(duì)比兩種方法在礦山供電一體化綜合調(diào)度上的網(wǎng)絡(luò)延遲。本次實(shí)驗(yàn)采取20組測(cè)試，對(duì)20組測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析。下表為本次實(shí)驗(yàn)兩種方法20組測(cè)試網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間。

根據(jù)上述表1網(wǎng)絡(luò)延遲統(tǒng)計(jì)表數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)照組第19組和第20組出現(xiàn)了無(wú)數(shù)據(jù)情況，經(jīng)工作人員檢查，發(fā)現(xiàn)對(duì)照組的電力系統(tǒng)出現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)故障問(wèn)題，導(dǎo)致無(wú)數(shù)據(jù)的發(fā)生，因此我們對(duì)實(shí)驗(yàn)前18組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。代表本文方法的實(shí)驗(yàn)組網(wǎng)絡(luò)延遲在0.145～0.345s之間，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出，平均網(wǎng)絡(luò)延遲為0.2348s，代表傳統(tǒng)的方法的對(duì)照組網(wǎng)絡(luò)延遲在0.892～1.752s之間，計(jì)算得出平均網(wǎng)絡(luò)延遲為1.2814s。計(jì)算結(jié)果差異，傳統(tǒng)方法的平均網(wǎng)絡(luò)延遲比本文方法多出了1.0466s，延遲時(shí)間跨度較大。通過(guò)上述數(shù)據(jù)分析，在進(jìn)行礦山供電一體化綜合調(diào)度時(shí)，采取本文方法不僅網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間較少，延遲時(shí)間也較為穩(wěn)定，取得了良好的調(diào)度效果，說(shuō)明本文方法更加優(yōu)秀。

表1 兩種調(diào)度方法網(wǎng)絡(luò)延遲統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)語(yǔ)

本文研究了礦山供電一體化綜合調(diào)度方法，在環(huán)境設(shè)備相同的情況下，注入相同負(fù)載頻率，本文方法在調(diào)度網(wǎng)絡(luò)延遲上所耗時(shí)間比傳統(tǒng)方法少，說(shuō)明本文設(shè)計(jì)的方法比傳統(tǒng)方法在礦山供電一體化綜合調(diào)度上更為優(yōu)秀。但本文沒(méi)有考慮到礦山環(huán)境條件復(fù)雜，導(dǎo)致文章存在一定的局限性，今后需參考礦山復(fù)雜的環(huán)境條件進(jìn)一步開(kāi)展研究。希望本文的分析可以為礦產(chǎn)供電提供新的參考思路，確保礦山供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。