基于光纖通信技術的電力系統自動化調度方法

李學良，喬德海，張同同

（山東國為電力工程有限公司，山東 聊城 252000）

0 引 言

隨著可再生能源的并網和分布式能源的發展，電力系統調度需要變得更加靈活和智能，以滿足能源轉型的需求[1]。同時，優化電力系統調度，降低電力系統的能耗和排放，有助于達到國家的節能減排目標[2]。此外，合理的調度有助于保障國家能源安全，確保在突發情況下，電力系統的穩定運行[3]。通信能力的強弱直接影響調度中心獲取各節點信息和指令的實時性。快速的數據傳輸對于實時調整調度策略、快速響應系統變化至關重要。通信系統的不穩定或誤差可能導致數據傳輸錯誤，進而影響調度決策的準確性[4]。一旦通信系統發生故障，調度中心可能無法獲取關鍵的監控數據，導致調度決策受到限制或出現偏差，影響電力系統的穩定運行。對于需要實時反饋控制的電力系統而言，通信延遲可能影響調度指令的及時性和有效性[5]。針對這些問題，文章提出基于光纖通信技術的電力系統自動化調度方法研究，并通過對比測試的方式，分析驗證了設計方法的應用效果。

1 電力系統自動化調度方法設計

1.1 基于光纖通信的電力系統自動化調度業務通信通道配置

配置電力系統調度自動化業務通信通道中，鑒于光纖通信具有傳輸容量大、傳輸距離長、抗干擾能力強以及信號衰減低等優點，利用光纖通信配置電力系統調度自動化業務通信通道[6]。

設置的光纖通信系統主要由光發送端、光接收端、光纖傳輸線路共3 個部分組成。

光發送端負責將電信號轉換為光信號，具體的轉換方式可以表示為

式中：sQAM(t)表示原始電力系統自動化調度電信號轉化后得到的光信號；A表示相互正交的原始電力系統自動化調度載波信號幅值參數；acn表示信號傳輸時隙中多元符號的二維數值中的一個參數；gT(t)表示原始電力系統自動化調度電信號傳輸階段的發送脈沖；fc表示信號的頻率參數；t表示原始電力系統自動化調度電信號傳輸的時隙參數。一般情況下，電力系統若處于正常穩定運行狀態，參數sQAM(t)為定值。

通過光纖傳輸線路傳輸光信號，具體的傳輸方式可以表示為

式中：si+1表示光纖傳輸線路傳輸的光信號；h(si)表示光信號級聯結果；W表示光纖傳輸線路執行傳輸任務時的帶寬；F(si,Wi)表示光纖傳輸線路傳輸的信號殘差。

光接收端負責將接收到的光信號轉換為電信號，具體的轉換方式可以表示為

式中：sSAM(t)表示光信號轉化后得到的電力系統自動化調度電信號；asn表示信號傳輸時隙中多元符號的二維數值中的另一個參數。

結合構建的電力系統自動化調度業務的光纖通信系統，配置電力系統調度自動化業務光纖通信通道，具體如圖1 所示。

圖1 電力系統調度自動化業務光纖通信通道配置

由圖1 可知，配置電力系統調度自動化業務的光纖通信通道中，核心層利用波分復用技術實現高速大容量數據傳輸，并采用環形拓撲結構提升網絡穩定性；匯聚層匯總各廠站數據至區域站，采用點對點傳輸和冗余配置確保通信可靠性；接入層通過光纖到戶方式為每個廠站提供穩定高速通道；配置網管系統進行遠程監控和故障處理，確保網絡正常運行。

1.2 電力系統自動化調度

以配置的電力系統自動化調度業務通信通道為基礎，文章在進行電力系統調度時，主要根據電力系統各機組的實際運行情況輸出調度信號。

當電力系統的化石能源機組、新能源機組以及需求側負荷均處于運行狀態時，對應的調度指令可以表示為

式中：ΔP表示輸入電力系統調度自動化業務光纖通信通道的調度信號；pc和ph分別表示電力系統發電機組的輸出功率和負荷；λ表示電力系統輸出功率的損耗系數；maxpc表示電力系統發電機組的最大輸出功率，主要取決于化石能源機組的實際運行狀態和新能源機組對應電力來源的狀態；maxph表示電力系統發電機組的最小負荷，主要取決于實際的用電需求，與具體的用電負荷曲線相關。

根據式（4）可知，當ΔP的取值結果為正值時，表明此時電力系統發電機組的輸出功率之和大于電力系統發電機組的負荷之和，對應的調度方向為最大輸出功率向儲能裝置調度；當ΔP的取值結果為負值時，則表明此時電力系統發電機組的輸出功率之和小于電力系統發電機組的負荷之和，對應的調度方向為儲能裝置想最大負荷調度。

2 測試與分析

2.1 測試準備

在分析設計的基于光纖通信技術的電力系統自動化調度方法應用效果時，從保障測試結果可靠性和分析價值的角度出發，設置文獻[4]中的以頻率-慣量安全約束為基礎的電力系統調度方法、文獻[5]中的以深度遷移強化學習為基礎的電力系統調度方法作為對照組。對比分析3 種不同方法在相同測試條件下的測試結果，并對其應用效果作出分析與評價。

對于具體的測試環境，以某IEEE33 節點網絡作為具體的調度對象，具體的資源配置情況如表1 所示。

表1 測試IEEE33 節點網絡資源配置情況統計表

在此基礎上，對測試電力系統的負荷情況進行分析，單日負荷波動曲線如圖2 所示。

圖2 測試電力系統單日負荷曲線

2.2 測試結果與分析

在分析3 種不同方法調度效果時，文章將新能源機組的發電功率作為具體的評價指標，得到的測試結果如表2 所示。

表2 新能源發電功率消納對比結果

結合表2 所示的測試結果可以看出，在3 種不同方法下，新能源發電功率的消納程度表現出明顯的差異。其中，在文獻[4]方法下，新能源發電功率消納相對穩定，始終穩定在0.90 ～0.93，但是整體水平較低，存在提升空間；在文獻[5]方法下，單日內新能源發電功率消納出現了較為明顯的波動，最大值達到了0.95，但是最小值僅為0.88，說明該方法調度的合理性存在提升空間，缺乏對整體負荷與功率的協調；而在本文設計調度方法下，新能源發電功率消納不僅表現出了較高的穩定性，且對應的水平也相對較高，處于0.93 ～0.97，與對照組相比具有明顯優勢。

3 結 論

通信能力對電力系統調度性能具有重要影響，為提升電力系統的調度性能，需要加強通信基礎設施建設，提升通信系統的穩定性、可靠性、安全性，以滿足電力系統實時、高效及安全的需求。為此，文章提出基于光纖通信技術的電力系統自動化調度方法研究，切實提升電力系統調度性能。借助文章的研究，以加強通信與電力系統的融合發展，推動智能電網、物聯網等技術在電力系統中的應用，為實現更加智能、高效的調度控制提供助力。