基于GSPN 的區域綜合能源能耗控制系統設計

張虔，孫悅

（國網江蘇省電力有限公司泰州供電分公司，江蘇泰州 225300）

GSPN 是廣域網環境中一種隨機的信號調取模型，可通過數字交換機設備對過載量的數據信息進行處理，從而得到準確的信號參量性能建模條件。在區域性綜合能源調度體系中，由于輸入端電壓容量水平的提升，整個電網環境中的電量傳輸能力也會逐漸增強，在此情況下，一部分電子可不經過整合處理直接進入電網數據庫主機，并在其中生成長期存儲記憶[1]。受到電信號沖擊的影響，該類型傳輸電子的數量級水平越高，區域性綜合能源調度網絡的電能消耗量也就越大，特別是在電量集中供應時期，頻繁的電量過度消耗問題會造成電網續航能力的持續下降，從而造成電信號參量出現不可逆的損傷情況[2]。

為更好應對電信號損傷問題，傳統BDD 型能耗控制系統通過靜態子樹分析的方式，強化底層電量在單位時間內的傳輸應用能力，再借助既定硬件模塊，實現對電信號傳輸量的分層疏導，最后將剩余電量整合到統一的數據庫主機中，完成對電網續航能力的持續促進。然而該系統在規定時長內所具備的調節能力有限，并不能完全解決電子量過度消耗的問題。為避免上述情況的發生，設計了基于GSPN 的區域綜合能源能耗控制系統，聯合能源信號整合構件、能耗量統計單元對區域性能源網絡中的電信號進行集中整合，再按照GSPN基礎的應用標準，計算能源信號輸出量與電子量綜合處理權限的具體數值水平。

1 系統硬件設計

區域綜合能源能耗控制系統的硬件體系結構由能耗控制電路、能源信號整合構件、能耗量統計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

能耗控制電路在區域性綜合能源調度體系中負責提供電量單元所需的應用電子，可以在STC15F2K60S2設備的作用下，實現由高壓輸入電量到低壓輸出電量的轉換處理。一般情況下，隨電壓差降值的增大，接入電路環境中的高壓電容數值水平也會不斷增大，直至高、低壓電容之間的物理差數值能夠完全承載能耗電子量的擊穿作用[3-4]。此次設計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用設備，負責提供與能耗電阻相關的傳輸電子量，由于高、低壓電容設備均具有較強的電感適應性，因此該元件結構可在更改區域性電量傳輸水平的同時，實現對能耗電子的準確收集，并可在能耗繼電器設備的作用下，完成對電子信息參量分配與平均處理。

1.2 能源信號整合構件

能源信號整合構件可以連接能耗控制系統電路與底層電量輸出設備，并可以根據GSPN 模型的連接需求，更改能耗電子量的現有存儲形式，以此提高底層應用電子的傳輸能力[5-6]，其結構圖如圖2 所示。PLC 設備同時負載能耗控制電路、能源量輸出設備、區域電量單元的連接需求，可在提取電量傳輸信息的同時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據反饋至下級設備結構體，另一方面也可較好地適應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采集情況，由于PLC 設備存在于能源信號整合構件中部，而當電子量途經該設備結構時，一部分傳輸電子可被完全吸收，這也是主控界面實時顯示數據始終小于實際電路數值水平的主要原因。

圖2 能源信號整合構件結構圖

1.3 能耗量統計單元

能耗量統計單元作為區域綜合能源能耗控制系統中的關鍵硬件設備結構，由電信號中心、能源基站、局域電網三部分共同組成。其中，電信號中心可聯合多級能耗量主機對底層控制終端進行集中調配，并可以將收集的傳輸電子量用于后續的能耗平均處理[8-9]。能源基站作為電量集群組織的下級應用元件，可在感知路由器連接能力的同時，感知電表設備的實際示數水平，從而使得電量采集器設備的物理功能得到有效促進。局域電網則能夠準確記錄電量采集器的現有示數水平，并根據電表設備的連接需求妥善分配已存儲的傳輸電量。

圖3 能耗量統計單元示意圖

2 系統軟件設計

聯合各級硬件設備結構單元，按照GSPN 基礎模型設計、能源信號輸出量計算、電子量綜合處理權限確定的處理流程，實現系統的軟件執行環境搭建，硬軟件兩相結合完成基于GSPN 的區域綜合能源能耗控制系統設計。

2.1 GSPN基礎

GSPN 模型可為區域綜合能源能耗量提供一個相對平衡的傳輸管控空間，在能耗控制電路、能源信號整合構件等多個硬件結構的作用下，該模型可在統籌電量傳輸數據的同時，確定系統主機所具備的控制應用能力，一方面能夠避免能耗電子出現過度累積的行為，另一方面也可實現對傳輸能耗量的有效調度[10-11]。在不考慮其他干擾條件的情況下，GSPN 模型構建受到電子量區域調試系數、能源消耗量兩項物理指標的直接影響。電子量區域調試系數最小值為xmin，在綜合調控環境中，該項物理量所能達到的極限值越小，GSPN 模型的控制作用能力也就越強。能源消耗量可表示為φ，受到系統控制行為的影響，該項物理量的數值水平越高，能耗電子所能達到的傳輸距離也就越遠。聯立上述物理量，可將GSPN 基礎模型定義為：

式中，e1代表第一個能耗量系數特征值，en代表第n個能耗量系數特征值。

2.2 能源信號輸出量

能源信號輸出量是指區域能耗數據在單位時間內的目標傳輸量，在電信號覆蓋區間內，目標數值量越大，系統主機所具備的調試控制能力也就越強[12]。能源信號輸出量指的是能耗數據信息在單位時間內所具備的指令響應能力，由于GSPN 模型的存在，信號文件在系統環境中的傳輸能力不宜過快或過慢，過快會導致數據信息難以停留，從而影響系統主機對綜合能源能耗情況的判斷能力；過慢則會導致數據信息出現明顯堆積，對系統主機造成較大的控制壓力[13-14]。設為單位時間內的能源信號量輸出均值，k為特征控制系數，聯立式（1）可將能源信號輸出量數值定義為：

式中，f代表區域性綜合能源調度體系中的能耗電導系數，代表基于GSPN 模型的電信號傳輸特征值。

2.3 電子量綜合處理權限

電子量綜合處理權限是基于GSPN 模型的能耗數據定義條件，若綜合能源信號的輸出量數值，則可認為在區域性綜合能源調度體系中，電子量綜合處理權限所覆蓋的物理范圍越大，系統主機所具備的能耗控制力也就越強。假定在GSPN 模型作用下，能源能耗電量具備極強的自主傳輸能力，且隨著系統控制指令傳輸量的增大，各級硬件設備對于數據信息參量的促傳作用能力也會逐漸增強，直至能夠完全適應高壓輸入端與低壓輸出端之間的電量壓差水平[15-16]。設b1、b2分別為兩個不同的能耗量數據傳輸周期參量值，聯立式（2）可將電子量綜合處理權限條件定義為：

式中，ΔC代表單位時間內的能源數據消耗值，p代表能耗系數參量值，h代表能源數據的既定傳輸系數值。至此，完成各項物理系數值的計算與處理，在GSPN 模型的支持下實現區域綜合能源能耗控制系統的順利應用。

3 性能測試

性能測試在某區域性綜合能源調度體系中進行，首先將終端設備獨立，分別在其中輸入基于GSPN 的區域綜合能源能耗控制系統源碼與傳統BDD 型控制系統源碼，當主機應用環境逐漸趨于穩定后，記錄相關實驗指標的具體變化情況。

RBP 指標為系統主機在單位時間內所具備的能耗電子量協調能力，根據慣有應用經驗判斷，RBP指標數值越大，系統主機在單位時間內所具備的能耗電子量協調能力也就越強，具體實驗結果如表1 所示。

表1 RBP指標數值記錄

分析表1 可知，基于GSPN 的區域綜合能源能耗控制系統的RBP 指標在前兩個單位時長內呈現連續上升的數值變化趨勢，而在每一個單位時長中，保持絕對穩定的數值存在狀態，從第三個單位時長開始，上升變化趨勢更加明顯，且平均上升量也開始逐漸增大。傳統BDD 型控制系統的RBP 指標在前三個單位時長內，一直保持不斷上升的數值變化狀態，從第四個單位時長開始，逐漸趨于持續性下降狀態，整個實驗過程中的最大數值結果僅能達到41.15%，與基于GSPN 的區域綜合能源能耗控制系統最大值74.43%相比下降了33.28%。

QDE 指標反映了因控制系統作用而緩解的電量消耗情況，一般情況下QDE 指標數值越大，因控制系統作用而緩解的電量消耗情況越明顯，實驗數值如表2 所示。

分析表2 可知，基于GSPN 的區域綜合能源能耗控制系統的QDE 指標在前35 min 的實驗時間內，數值一直保持不斷上升趨勢，從第40 min 開始，則開始呈現小幅波動的數值變化形式。傳統BDD 型控制系統的QDE 指標在整個實驗過程中，則一直保持不斷下降的數值變化狀態，整個實驗過程中的最大數值結果僅達到了43.15%，與基于GSPN 的區域綜合能源能耗控制系統最大值82.41%相比下降了39.26%。

表2 QDE指標數值記錄

4 結束語

與傳統BDD 型控制系統相比，區域綜合能源能耗控制系統在GSPN 模型的作用下，借助能源信號整合構件、能耗量統計單元等多個硬件設備結構，通過計算能源信號輸出量的方式，定義電子量的綜合處理權限，不僅解決了區域性綜合能源調度體系中電子能耗量過大的問題，也有效避免了電信號的嚴重損失行為，實現了對電網環境的較好保護。