基于無線自組網(wǎng)通信的智能配電網(wǎng)作業(yè)應(yīng)急指揮系統(tǒng)

摘要：隨著自組網(wǎng)通信電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，配電網(wǎng)故障和突發(fā)事件頻發(fā)，對電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成威脅。為解決上述問題，文章對基于無線自組網(wǎng)通信的智能配電網(wǎng)作業(yè)應(yīng)急指揮系統(tǒng)進(jìn)行了研究。該系統(tǒng)通過先進(jìn)的通信設(shè)備和傳感器實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)狀態(tài)的全面感知和實(shí)時監(jiān)測。軟件設(shè)計(jì)上，系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測電網(wǎng)數(shù)據(jù)，利用無線自組網(wǎng)技術(shù)快速共享應(yīng)急信息并通過智能調(diào)度規(guī)劃自動制定調(diào)度方案，迅速調(diào)度資源以恢復(fù)電網(wǎng)運(yùn)行。測試結(jié)果顯示，該系統(tǒng)性能優(yōu)越，能有效應(yīng)對電力應(yīng)急搶修，保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：無線自組網(wǎng)通信；智能配電網(wǎng)；配電網(wǎng)作業(yè)；作業(yè)應(yīng)急指揮；應(yīng)急指揮系統(tǒng)

中圖分類號：TM769""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0"引言

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，配電網(wǎng)的自動化和智能化水平不斷提升，對應(yīng)急指揮系統(tǒng)的響應(yīng)速度和效率提出了更高的要求。在傳統(tǒng)的配電網(wǎng)作業(yè)中，應(yīng)急指揮往往依賴于固定的通信基礎(chǔ)設(shè)施，在面對自然災(zāi)害、設(shè)備故障或其他突發(fā)事件時，可能會發(fā)生通信中斷而導(dǎo)致指揮失靈。因此，開發(fā)一種能夠適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境、快速部署且具備高度自主性的應(yīng)急指揮系統(tǒng)顯得尤為重要。

近年來，智能配電網(wǎng)作業(yè)應(yīng)急指揮系統(tǒng)的研究日益受到重視，學(xué)者們提出了多種創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方案。陳根奇等^［1］提出了配網(wǎng)應(yīng)急一體化看圖指揮系統(tǒng)。該系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)在于通過圖形化界面直觀展示電網(wǎng)狀態(tài)，便于指揮人員快速理解和響應(yīng)，提高了應(yīng)急指揮的效率和準(zhǔn)確性。然而，該系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于對實(shí)時數(shù)據(jù)處理能力的要求較高以及對圖形化界面設(shè)計(jì)和用戶交互體驗(yàn)的依賴，需要較高的技術(shù)支持和維護(hù)成本。高正浩等^［2］基于北斗衛(wèi)星通信導(dǎo)航設(shè)計(jì)了電力應(yīng)急搶修指揮系統(tǒng)。該系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢在于利用北斗衛(wèi)星的全球覆蓋能力，即使在偏遠(yuǎn)或通信基礎(chǔ)設(shè)施受損的地區(qū)也能保持通信暢通，確保了應(yīng)急搶修的及時性和有效性。但是，該系統(tǒng)的缺點(diǎn)包括對北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的依賴性以及在某些情況下可能存在信號延遲或干擾的問題，會影響指揮系統(tǒng)的實(shí)時性能。

為了解決上述方法存在的問題，基于無線自組網(wǎng)通信的智能配電網(wǎng)作業(yè)應(yīng)急指揮系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，為電力行業(yè)的作業(yè)應(yīng)急指揮提供了全新的解決方案。這一系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，便能夠迅速啟動應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，通過智能分析和決策支持，為作業(yè)人員提供準(zhǔn)確的操作指導(dǎo)和資源調(diào)度方案，從而確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行^［3］。

1"智能配電網(wǎng)作業(yè)應(yīng)急指揮系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

智能配電網(wǎng)作業(yè)應(yīng)急指揮系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)要確保系統(tǒng)在各種緊急情況下都能迅速、準(zhǔn)確地響應(yīng)，為配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力保障。本文選取以下設(shè)備作為本系統(tǒng)的關(guān)鍵硬件設(shè)備^［4］。

1.1"JBF6187-A3型電流信號傳感器

JBF6187-A3型電流信號傳感器的主要功能包括實(shí)時監(jiān)測配電設(shè)備運(yùn)行過程中的電流數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時性，為故障監(jiān)測和分析提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。該傳感器采用先進(jìn)的測量技術(shù)，能夠高精度地測量電流值，即使在復(fù)雜的配電系統(tǒng)環(huán)境中也能保持出色的性能。此外，其多通道監(jiān)控功能使得傳感器能夠同時對多路電流進(jìn)行監(jiān)控，滿足復(fù)雜配電系統(tǒng)的需求。傳感器還采用電子編碼器進(jìn)行智能編碼，編址范圍從1到252，為用戶提供了靈活的設(shè)備管理和配置選項(xiàng)。

1.2"JBF6185-V6型電壓信號傳感器

JBF6185-V6型電壓信號傳感器能夠確保電壓的穩(wěn)定性和安全性，對于維護(hù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。該傳感器具備六路單相監(jiān)控功能，能夠同時對六路單相消防電源的電壓值進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，為復(fù)雜配電系統(tǒng)提供全面的電壓監(jiān)測。

1.3"三星S32AM700PC大屏幕顯示器

三星S32AM700PC大屏幕顯示器用于展示各類監(jiān)控畫面和指揮信息。三星S32AM700PC是一款擁有3840×2160 （4K）最佳分辨率的顯示器，屏幕尺寸為81.82 cm，屏幕比例為21∶9。該型號顯示器以其寬廣的視野和清晰的圖像質(zhì)量，為用戶提供了沉浸式的視覺體驗(yàn)。

2"智能配電網(wǎng)作業(yè)應(yīng)急指揮系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1"配電網(wǎng)作業(yè)數(shù)據(jù)監(jiān)測

智能配變終端會實(shí)時采集電壓、電流等數(shù)據(jù)信息。這些數(shù)據(jù)通過高效的傳輸網(wǎng)絡(luò)被發(fā)送至數(shù)據(jù)中心，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析提供基礎(chǔ)。

在數(shù)據(jù)中心，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行深入處理和分析。這通常涉及一系列的數(shù)學(xué)算法，以提取有價值的信息^［4］。其中，針對電壓和電流的有效值（RMS值）的計(jì)算公式如下：

V_RMS=1T∫^T0v（t）²dt（1）

I_RMS=1T∫^T0i（t）²dt（2）

其中，v（t）和i（t）分別是電壓和電流的瞬時值，T是周期。通過計(jì)算RMS值，得到電壓和電流的實(shí)際大小，與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，從而監(jiān)測電網(wǎng)是否存在異常情況。

2.2"利用無線自組網(wǎng)通信共享應(yīng)急信息

各級指揮中心通過無線自組網(wǎng)與配電網(wǎng)的監(jiān)測設(shè)備相連，實(shí)時獲取電網(wǎng)的電壓、電流等運(yùn)行數(shù)據(jù)。在無線自組網(wǎng)中，節(jié)點(diǎn)間的路由選擇通常基于一定的概率模型^［5］。假設(shè)節(jié)點(diǎn)A要發(fā)送數(shù)據(jù)到節(jié)點(diǎn)D，中間有2個可選的節(jié)點(diǎn)B和C，則節(jié)點(diǎn)A選擇節(jié)點(diǎn)B作為下一跳的概率可以根據(jù)公式（3）計(jì)算：

P_AB=ETT_ABETT_AB+ETT_AC（3）

其中，ETT_AB和ETT_AC分別是從節(jié)點(diǎn)A到節(jié)點(diǎn)B和從節(jié)點(diǎn)A到節(jié)點(diǎn)C的期望傳輸時間。期望傳輸時間可以根據(jù)節(jié)點(diǎn)間的距離、信號強(qiáng)度、通信速率等多個因素計(jì)算得出。

ETT=dαSβ×1R（4）

其中，d是節(jié)點(diǎn)間的距離；S是信號強(qiáng)度；R是通信速率（單位是比特每秒，bps）；α和β是常數(shù)，用于調(diào)整距離和信號強(qiáng)度對ETT的影響程度^［6］。

通過這個無線自組網(wǎng)通信概率模型，節(jié)點(diǎn)A可以根據(jù)實(shí)時的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)動態(tài)地選擇最優(yōu)的路由路徑，確保數(shù)據(jù)的快速、可靠傳輸。這種基于概率的路由選擇算法是無線自組網(wǎng)中一種常見的路由策略，能夠有效地提高網(wǎng)絡(luò)的通信效率和穩(wěn)定性。

2.3"調(diào)度規(guī)劃實(shí)現(xiàn)應(yīng)急指揮

在利用無線自組網(wǎng)通信共享應(yīng)急信息的基礎(chǔ)上，調(diào)度規(guī)劃是實(shí)現(xiàn)應(yīng)急指揮的核心環(huán)節(jié)。在應(yīng)急情況下，系統(tǒng)可以迅速啟動應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，指揮平臺依據(jù)故障的實(shí)際情況對應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行實(shí)時更新并根據(jù)調(diào)度方案自動調(diào)度應(yīng)急資源，如搶修人員、物資等，確保在最短時間內(nèi)恢復(fù)電網(wǎng)的正常運(yùn)行。同時，系統(tǒng)還可以根據(jù)作業(yè)現(xiàn)場的實(shí)時情況，動態(tài)調(diào)整調(diào)度方案，提高應(yīng)急響應(yīng)的靈活性和有效性。

每一條應(yīng)急指揮路徑的傳遞函數(shù)公式如下：

f=∫^+∞_-∞exp（E_A-B）e（E_A-B）dr（5）

式中，E是隨機(jī)變量時間；f是傳遞函數(shù)。由于多資源為分散式存儲，本文考慮將應(yīng)急資源全部運(yùn)送到事發(fā)地以供其及時使用^［7］。因此，設(shè)置全部資源運(yùn)送到事發(fā)地的最短時間為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建應(yīng)急調(diào)度數(shù)學(xué)模型如下：

minM=max｛fi|1≤i≤N｝（6）

式中，minM是全部資源運(yùn)送到事發(fā)地的最短時間；fi是第i種資源運(yùn)送到事發(fā)地的時刻；N是應(yīng)急資源的種類數(shù)量^［8］。通過構(gòu)建應(yīng)急調(diào)度數(shù)學(xué)模型并求解這個優(yōu)化問題，系統(tǒng)能夠找到一種最優(yōu)的資源調(diào)度方案，使得所有資源都能夠在最短時間內(nèi)到達(dá)事發(fā)地，從而最大限度地降低故障對電網(wǎng)運(yùn)行的影響^［7-9］。

3"系統(tǒng)測試

為了驗(yàn)證基于無線自組網(wǎng)通信的智能配電網(wǎng)作業(yè)應(yīng)急指揮系統(tǒng)的整體有效性，本文進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試。

3.1"測試準(zhǔn)備

搭建模擬的配電網(wǎng)作業(yè)環(huán)境，包括模擬的故障點(diǎn)和搶修現(xiàn)場。某市遭受罕見暴雨襲擊，暴雨持續(xù)12 h，降雨量高達(dá)180 mm并伴有雷電和強(qiáng)風(fēng)。此次極端天氣導(dǎo)致該市配電網(wǎng)遭受嚴(yán)重破壞，多個區(qū)域出現(xiàn)大面積停電，直接影響居民生活和工業(yè)生產(chǎn)。為快速恢復(fù)電力供應(yīng)，減少經(jīng)濟(jì)損失，緊急啟動配電網(wǎng)作業(yè)應(yīng)急指揮系統(tǒng)。系統(tǒng)測試參數(shù)設(shè)置表明，該系統(tǒng)具備半徑10 km的通信覆蓋范圍，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到1 Gbps，響應(yīng)時間不超過100 ms。工作電壓為12 V DC，設(shè)備型號為J-COMM-E500，支持高達(dá)1000個并發(fā)連接。系統(tǒng)穩(wěn)定性經(jīng)過嚴(yán)格測試，能夠在72 h內(nèi)無故障運(yùn)行，確保了系統(tǒng)的可靠性和高效性。

針對電力應(yīng)急搶修存在6處故障點(diǎn)，如圖1所示。

3.2"測試結(jié)果與分析

本文系統(tǒng)應(yīng)急指揮6處故障點(diǎn)后的失負(fù)荷量變化如表1所示。

經(jīng)過對基于無線自組網(wǎng)通信的智能配電網(wǎng)作業(yè)應(yīng)急指揮系統(tǒng)的測試，本文分析了6個故障點(diǎn)的數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示該系統(tǒng)在電力應(yīng)急搶修指揮方面表現(xiàn)出色。系統(tǒng)能迅速且精準(zhǔn)地應(yīng)對各種電網(wǎng)故障，有效減少失負(fù)荷量，降低故障對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響。指揮后的失負(fù)荷量平均僅為實(shí)際的15%，凸顯了系統(tǒng)的高效性和準(zhǔn)確性，證明了該系統(tǒng)在電力應(yīng)急搶修中的重要價值。

4"結(jié)語

經(jīng)過對基于無線自組網(wǎng)通信的智能配電網(wǎng)作業(yè)應(yīng)急指揮系統(tǒng)的深入探討，不難發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)為電力行業(yè)帶來了顯著的效果。在緊急情況下，該系統(tǒng)能夠迅速構(gòu)建穩(wěn)定可靠的通信網(wǎng)絡(luò)，為各級指揮中心與作業(yè)現(xiàn)場提供實(shí)時、準(zhǔn)確的信息支持，顯著提高了應(yīng)急響應(yīng)的效率和準(zhǔn)確性。但該系統(tǒng)仍存在一些不足之處，系統(tǒng)的建設(shè)和維護(hù)成本也須要進(jìn)一步降低，以更好地滿足電力行業(yè)的發(fā)展需求。

參考文獻(xiàn)

［1］陳根奇，黃振華，王少春，等.配網(wǎng)應(yīng)急一體化看圖指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用［J］.農(nóng)村電氣化，2024（3）：60-65.

［2］高正浩，李航峰，何沛林，等.基于北斗衛(wèi)星通信導(dǎo)航的電力應(yīng)急搶修指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2024（4）：53-58.

［3］王乾.基于GIS的礦山災(zāi)害預(yù)警應(yīng)急指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.測繪與空間地理信息，2023（12）：128-131.

［4］宋曉敏，王洋，胡雪霏，等.基于城市軌道交通多源信息的線網(wǎng)綜合應(yīng)急指揮系統(tǒng)功能研究［J］.交通運(yùn)輸研究，2023（5）：133-140.

［5］楊萌，王碩，郭猛.基于有線及無線通信的應(yīng)急指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.自動化儀表，2023（增刊1）：135-138，144.

［6］李盈.窄帶無線自組網(wǎng)在火災(zāi)現(xiàn)場應(yīng)急通信中的應(yīng)用研究［J］.消防界，2023（8）：62-64.

［7］徐新林，鄧異.無線自組網(wǎng)艦載通信數(shù)據(jù)安全傳輸技術(shù)研究［J］.智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用，2023（3）：83-87，92.

［8］許達(dá)，周榮生，梁毅，等.配電網(wǎng)調(diào)度智能電話指揮平臺的研究和應(yīng)用［J］.農(nóng)村電氣化，2022（7）：35-39.

［9］宋新德，田永明，劉沙，等.集群型無線自組網(wǎng)通信技術(shù)在智能表計(jì)中的研究與應(yīng)用［J］.電測與儀表，2022（11）：169-175.

（編輯"王雪芬）

Intelligent emergency command system for power distribution network operation based on wireless ad hoc network communication

YANG "Liuqing

（State Grid Changzhi Luzhou District Electric Power Supply Company， Changzhi 046000， China）

Abstract： "With the expansion of the self-organized communication power grid， distribution network failures and emergencies occur frequently， posing a threat to the stable operation of the power grid. To solve the above problems， this article studies the emergency command system for intelligent distribution network operations based on wireless ad hoc network communication. The system achieves comprehensive perception and real-time monitoring of the power grid status through advanced communication equipment and sensors. In terms of software design， the system monitors power grid data in real-time， utilizes wireless ad hoc network technology to quickly share emergency information， and automatically formulates scheduling plans through intelligent scheduling planning to quickly dispatch resources to restore power grid operation. The test results show that the system has superior performance and can effectively respond to power emergency repairs， ensuring the stable operation of the power system.

Key words： wireless ad hoc network communication; intelligent distribution network; distribution network operation; operation emergency command; emergency command system