基于有限状态机的电力实时调度防误控制方法.pdf

基于有限状态机的电力实时调度防误控制方法杨子,贾伟,徐博文,闵鑫,赵福林,徐璐(国网安徽省电力有限公司,安徽 合肥 )摘要:传统的电力实时调度防误控制方法在实际应用过程中难以对电网中状态转移的过程进行模拟和描述,导致在进行实时调度的过程中容易忽略错误信息,影响实际的调度进度.设计一种基于有限状态机的电力实时调度防误控制方法,建立调度防误控制总体架构和基于有限状态机的调度防误模型,最后生成使用电力网络的实时调度防误控制规则,完成基于有限状态机的电力实时调度防误控制方法的设计.算例分析结果表明,在不同的错误调度信息下,与传统调度防误控制方法相比,该设计方法能够精准找出调度信息的错误位置,防误控制性能更好.关键词:有限状态机;电力实时调度;调度防误;控制方法中图分类号:TM D O I:/j c n k i d g j s E r r o rP r o o fC o n t r o lM e t h o df o rR e a l t i m eP o w e rD i s p a t c h i n gB a s e do nF i n i t eS t a t eM a c h i n eYAN GZ i,J I A W e i,XUB o w e n,M I NX i n,Z HA OF u l i n,XUL u(S t a t eG r i dA n h u iE l e c t r i cP o w e rC o,L t d,H e f e i ,C h i n a)A b s t r a c t:I t i sd i f f i c u l t t o s i m u l a t e a n dd e s c r i b e t h ep r o c e s s o f s t a t e t r a n s i t i o n i n t h ep o w e r g r i d i n t h ep r a c t i c a l a p p l i c a t i o no f t h e t r a d i t i o n a l e r r o rp r e v e n t i o nc o n t r o lm e t h o d f o r r e a l t i m ep o w e rd i s p a t c h i n g,w h i c h l e a d s t o t h ee a s yn e g l e c t o f e r r o ri n f o r m a t i o n i nt h ep r o c e s so f r e a l t i m ed i s p a t c h i n ga n da f f e c t s t h ea c t u a ld i s p a t c h i n gp r o g r e s s Af a u l tp r e v e n t i o nc o n t r o lm e t h o d f o r r e a l t i m ep o w e r d i s p a t c h i n gb a s e do n f i n i t e s t a t em a c h i n e i s d e s i g n e d T h e o v e r a l l a r c h i t e c t u r e o f s c h e d u l i n ge r r o rp r e v e n t i o nc o n t r o l a n dt h es c h e d u l i n ge r r o rp r e v e n t i o nm o d e l b a s e do nf i n i t es t a t em a c h i n ew e r ee s t a b l i s h e d F i n a l l y,t h er e a l t i m ed i s p a t c h i n ge r r o r p r o o f c o n t r o l r u l eu s i n gt h ep o w e rn e t w o r kw a sg e n e r a t e d,a n dt h ed e s i g no f t h e r e a l t i m ep o w e rd i s p a t c h i n ge r r o r p r o o f c o n t r o lm e t h o db a s e do nf i n i t es t a t em a c h i n ew a sc o m p l e t e d T h ee x a m p l ea n a l y s i sr e s u l t ss h o w e dt h a t c o m p a r e dw i t h t h e t r a d i t i o n a l s c h e d u l i n ge r r o r p r e v e n t i o nc o n t r o lm e t h o d,t h ed e s i g nm e t h o dc o u l da c c u r a t e l yf i n do u t t h e e r r o r l o c a t i o no f t h e s c h e d u l i n g i n f o r m a t i o nu n d e r d i f f e r e n t e r r o r s c h e d u l i n g i n f o r m a t i o n,a n d t h e e r r o r p r e v e n t i o nc o n t r o l p e r f o r m a n c ew a sb e t t e r K e yw o r d s:f i n i t es t a t em a c h i n e;r e a l t i m ep o w e rd i s p a t c h i n g;e r r o rp r e v e n t i o no fd i s p a t c h i n g;c o n t r o lm e t h o d收稿日期:作者简介:杨子(),硕士,研究方向为电力调控运行、电力市场运营、无线充电技术等;贾伟(),硕士,高级工程师,研究方向为电力系统调度运行控制;徐博文(),硕士,研究方向为电力调控运行、电力电子技术;闵鑫(),硕士,研究方向为人工智能在电力系统中的应用;赵福林(),硕士,研究方向为电网风险辨识与优化调度、碳排放与市场交易等;徐璐(),硕士,高级工程师,研究方向为电网调度运行.引言近年来,随着电力行业的快速发展,电力调度的工作难度也相应加大.电网系统的实时调度一直是电网工作中的重点,主要涉及输电、变电、配电、用电、通信等设备的实时调度.由于输电及变电运行情况的复杂性、专业性和全面性 等 特 点,实 时 调 度 的 高 精 准 性 一 直 是 一 个 难点.在调度的过程中,随着电网建设的快速发展,电网调度机构已经具备了一定处理日常故障的能力,但是调度人员的工作经验不足、现场技术能力不强、设备使用故障处理不及时等因素,也会导致电力调度工作失误日益增多.通过对电力实时调度防误控制策略分析发现,电力实时调度防误控制措施存在着一定程度的漏洞,导致系统在执行调度指令时出现误操作.电力实时调度防误控制措施的目标是提高电力调度系统运行效能,提升供电可靠性.但是,电网系统是一个高度开放且高度动态的系统,实时调度系统存在着状态机应用领域广、运行数据容量大等特点.为提高电力监控系统的运行稳定性与可靠性,通过研究系统不同阶段的不同运行状态对防误控制手段的影响条件及影响程度,提出基于有限状态机实现电力调度防误控制方案.电力实时调度防误控制方法设计 建立调度防误控制总体架构在当下的电力企业中,一个良好的调度防误控制方法可以防止调度工作人员错误操作,造成电网设备严重损坏电工技术电力自动化而影响生产与生活正常进行.调度防误控制是将电网需要实现的调度和电网运维工作人员指令相关联而形成一个系统,工作人员根据调度指令来做出相应的操作,并对调度指令的执行过程进行控制,以避免产生误操作或误执行的情况.调度防误控制总体架构如图所示.图调度防误控制方法框架监控管理中心是防误调度系统最重要的信息管理中心,它通过监控管理与用户间的通信接口来实现防误调度系统数据的接收及处理.用户可通过此功能实现与管理中心的数据交换.监控室具有安全监控功能和对监控中心进行故障预警功能,可以在系统出现故障时及时采取应急措施,使系统可以在最短时间内恢复正常;另外,监控室还具有防作弊功能,当监控室发现监控系统有作弊行为时就可以发出报警信号,并由管理中心来进行处理.其中的中间层服务主要负责防误调度过程中的数据处理和查询操作,并可根据需要完成对防误调度各功能模块的设置,如业务办理管理、统计报表管理、告警记录管理、电网信息查看等,另外还负责协调各模块之间的数据交换关系.文件服务是为防误调度系统提供信息存储、查询和分析功能的模块,并且可以在整个防误调度系统中储存并查看发布调度指令信息的相关部门人员及其授权的电话,可以根据防误调度系统管理的要求,对防误调度系统信息进行管理.基于有限状态机的调度防误模型有限状态机是表示系统中有限个状态以及在这些状态之间的转移和动作等行为的数学模型.在本文的实时调度防误控制过程中,需要利用有限状态机的特点来描述调度过程中防误控制模型中的状态,并在多个状态转换的过程中,完成转换条件解耦.有限状态机在运行过程中可以详细划分为个要素,分别为现态、事件、动作、次态.首先有限状态机会在初始情况下保持一个状态,当某个事件的状态条件满足后,会触发一个动作,产生状态的迁移,最终得到次态.有限状态机根据在状态转移过程中的输出状况可分成两个类型:当有限状态机是有限接收器类型时,仅发生状态上的转换;当有限状态机为有限转换器类型时,不仅能够发生状态上的转换,而且还会产生一定的输出.在本文中,所使用的有限状态机为有限转换器类型,其数学模型可以表示为:M(S,I,O,F,G,S)()式中,S为有限状态机所有初始状态的有限集合;I为有限的输入集合;O为有限状态机所有次态的有限集合;F为状态转移函数;G为输出函数;S为初始状态.根据有限状态机的原理,结合电力实时调度防误控制信息,能够将整个调度防误控制方法进行分层,分别为外层数据信息防误和内层安全逻辑分析防误.在外层数据信息防误的模型中,有限状态机的模型描述为:MA(SA,IA,OA,FA,GA,S)()式中,SA为外层的有限状态机初始状态集合,在实际应用中,该集合主要包括电网单位信息防误、线路信息防误、工作人员信息防误、检修时间信息防误等;IA为外层防误模型的输入结合;FA为状态转移函数,根据不同的调度工作,有不同的形式.生成调度防误规则电网调度系统的防误规则主要是针对电网调度系统执行调度命令过程中可能发生误操作,对调度命令进行一定程度的约束,避免误操作造成设备异常运行或电网中断.本文介绍一种电网调度防误规则生成方法和框架.电网调度防误规则生成方法主要是在调度指挥系统中生成电网调度防误规则模板,根据规则模板生成相关的调度指挥业务,在各个业务环节中进行管控的一种方法.对电网调度防误规则进行制定的一种主要方法是将相应的防误规则按照一定标准封装后放到一个统一的管理系统中作为系统管理模块或文件分发系统使用.电网调度防误规则生成的基本思路是:通过统一管理系统中各种规则的获取、筛选和管理,将其进行标准化处理后做成规则的集合.首先,电网调度防误规则模板(也称“调度防误规则模板”)是由调度防误规则模板和相关业务的防误规则两部分组成的,一般在具体的业务过程中用于规范调度命令执行的行为和相关的防误操作,而具体的防误规则又是通过防误规则模板生成的,所以这里需要根据业务的具体情况对防误规则进行相应的细化和标准化处理.其次,电网调度防误规则生成时,还需要把对应的调度防误规则进行模板化处理,即在得到一个具体的防误规则模板之后,将这个规则进行封装、存储形成一个文件,这个文件称作电网调度防误规则模板,也称作文件库.再次,如果电网调度防误规则模板没有封装完成,那么需要将其导入一个统一的管理系统中使用.最后,如果没有制定出一个规则模板,那么需要将其从统一的管理系统中提取出来放置到相关的管理系统中使用.电网调度防误规则的提取主要通过数据的存储来完成,从网络管理系统获取调度员操作设备等相关数据,对需要存储的数据进行存储和分析,并通过网络管理系统对数据进行筛选和管理.其中,数据库结构简单、系电力自动化电工技术 统性能较高、访问速度快的数据库存储技术被广泛使用.在本文中利用C语言中的b u i l d e r语句来实现数据存储技术.这里以J a v a S c r i p t中的b u i l d e r语句来实现对数据库数据存储技术的处理.其存储方法为:首先对数据进行初始化或删除操作,然后将需要保存的数据存入数据库,并通过文件编辑功能将需要保存数据的目录下的文件进行剪切处理后保存为T X T格式作为存储条件.对于通过数据库查询所得文件,也应将它保存为存储对象,并按时间顺序在数据库中进行查找和修改操作.至此完成基于有限状态机的电力实时调度防误控制方法的设计.算例分析 算例介绍为了验证本文设计的基于有限状态机的电力实时调度防误控制方法的有效性,进行算例分析.算例采用某电网区域的断路器检修工作任务,该断路器的电气接线图如图所示.图算例检修示意图在该检修算例中,设计种调度方案.方案中设置一个内层的填报错误,即设备状态信息错误,实际填写内容为“将断路器由热备用转检修”,错误方式为“没有标注断路器编号”.方案中设置一个外层的填报错误,实际填写内容为“合接地刀闸 a、b”,错误方式为“缺少 拉断刀闸 、内容”.方案中无填报错误.在以上的算例下,分别使用本文设计的基于有限状态机的电力实时调度防误控制方法和传统的防误控制方法进行防误控制,并对结果进行对比与分析.实验结果对比与分析在以上算例环境下,得到方案的两种防误控制方法的防误状态转移情况,见表.表方案的防误状态转移信息防误控制状态转移步骤传统防误控制方法本文方法单位信息防误检测通过单位信息防误检测通过人员信息防误检测通过人员信息防误检测通过设备状态防误检测报错设备状态防误检测报错得到结论方案报错方案报错从表中的防误控制过程来看,两种方法都能够识别出方案中的错误.方案的两种防误控制方法的防误状态转移情况见表.表方案的防误状态转移信息状态转移步骤传统防误控制方法本文方法单位信息防误检测通过单位信息防误检测通过人员信息防误检测通过人员信息防误检测通过设备状态防误检测通过设备状态防误检测通过线路地点防误检测通过线路地点防误检测通过检修时间防误检测通过检修时间防误检测通过安全措施信息检测通过安全措施信息检测报错得到结论方案无误方案报错从表结果可以看出,在方案下,只有本文设计的防误控制方法能够实现电力实时调度的防误控制,传统方法无法识别其中的错误.方案的两种防误控制方法的防误状态转移情况见表.表方案的防误状态转移信息状态转移步骤传统防误控制方法本文方法单位信息防误检测通过单位信息防误检测通过人员信息防误检测通过人员信息防误检测通过设备状态防误检测通过设备状态防误检测通过线路地点防误检测通过线路地点防误检测通过检修时间防误检测通过检修时间防误检测通过安全措施信息检测通过安全措施信息检测通过得到结论方案无误方案无误从表结果可以看出,两种调度防误控制方法的结果都符合实际情况.综上所述,本文所设计的基于有限状态机的电力实时调度防误控制方法在实际应用过程中的防误性能更强.结语在电力网络的运行过程中,实时调度工作面临着运行数据容量大、设备运行环境复杂、电力监控系统运行状态监控难度大等特点.而随着计算机技术的发展和设备制造工艺的提高,实时调度已不能完全满足目前电力工作系统需求.同时随着电网系统的高度开放化、电网结构的复杂性、电力监控系统中故障的处理要求以及实时调度系统各阶段运行数据的存在,实时调度系统防误控制方法已无法满足当前电力网络的运维需要.因此,本文提出基于状态机联合防护技术的电力实时调度防误控制方案,通过对电网设备运行状态数据开展研究与分析,在不增加维护工作量的前提下提出了具有一定可行性的系统防误控制方法.经过算例分析可知,本文所设计的实时调度防误控制方法在实际应用中具有一定的有效性和可行性.参考文献 王吉岱,梁茂轩,孙爱芹,等基于有限状态机的输电线路巡(下转第 页)电工技术电力自动化 容量占比的不同对一次调频性能和系统频率静态稳定性的影响,最后仿真了在再热机组容量占比不同情况下,水电机组容量占比不同对一次调频性能和系统频率静态稳定性的影响,因此可以得出以下结论.()模糊P I D控制器可以根据工况实时改变参数,能更好地控制系统,提高系统的稳定性.()相同的小波动负荷扰动下,再热汽轮机容量比重的不同对一次调频的速动性和振荡幅值有着较大的影响,但对系统频率静态稳定性的影响较小;随着水电机组容量占比增大,再热汽轮机容量升高对系统频率静态稳定性的影响加强.()再热机组容量等于无再热机组容量时,水电机组容量比重越大,系统频率越易大幅值振荡,但频率稳定性基本不变.()再热机组容量大于无再热机组容量情况下,水电机组容量比重越大,会出现更大的超调,而且大大增加了频率恢复时间,影响一次调频的速动性,但是提高了系统频率的稳定性.()系统在满足一次调频速动性性能指标的要求下,水电机组容量占比越大,系统静态频率越稳定,应当加重水电机组容量占比.参考文献 吴道平,鄢波,刘冬,等适用于水电机组的改进滑模控制策略研究J水力发电学报,():巨金栋水电机组容量占比对一次调频性能及系统稳定性的影响D西安:西安理工大学,叶健忠,邹俊雄,龙霏,等地区电网火电机组孤网运行频率控制策略研究J电力系统保护与控制 ,():单振辉基于MA T L A B水轮机调节系统研究及仿真D南昌:南昌工程学院,汤可怡大型机组一次调频控制策略优化D南京:东南大学,肖洋,刘伟,王官宏,等水轮机调速系统源网协调问题研究J电网技术,():唐耀华,郭为民,崔杨水火电机组频率控制策略研究J中国电力,():,I CR e p o r t D y n a m i cm o d e l sf o rs t e a ma n dh y d r ot u r b i n e si np o w e rs y s t e ms t u d i e sJ I E E ET r a n s a c t i o n so nP o w e rA p p a r a t u sa n dS y s t e m s ,():王媛互联电网运行与控制仿真系统的研制D大连:大连理工大学,(上接第 页)检机器人自主越障运动控制方法J机床与液压,():桂前进,姚昕,汪李来,等基于分层有限状态机的检修工作票智能 防 误 技 术 J合 肥 工 业 大 学 学 报(自 然 科 学 版),():陈明媛,王钧,周智成,等基于S u mo fS q u a r e s分解技术的电力系统鲁棒综合控制方法J电机与控制应用,():田芳,周孝信,史东宇,等基于卷积神经网络的电力系统暂态稳定预 防 控制 方法 J电力 系 统保 护与 控 制,():郝广涛,韩学山,梁军,等传统电力系统和高比例可再生能源电力系统调度与控制方法综述J电力系统及其自动化学报,():于国星,宋蕙慧,马广富,等含海上风电场的V S C MT D C系统参与 电 网 调 频 的 顺 序 控 制 方 法 J电 力 系 统 自 动 化,():电工技术电力自动化