基于改進遺傳算法的電力調度控制系統

張智鵬

（國網陜西西咸新區供電公司，陜西 西安 712000）

0 引 言

近年來，電力結構不斷擴大，智能電網建設不斷發展，電力調度的復雜程度和重要程度逐漸提高，為電力調度控制帶來了一定的困難。電力調度控制的網路建設是組成智能電網的重要部分，由于傳統的電力調度控制系統在對各子系統進行集成時存在維護和擴展困難的問題，嚴重影響了電網調度控制的運行效率，破壞了系統的穩定性，為了提高地區電網的控制能力和可靠用戶的接納能力，對多種結構數據進行高效存儲，建成快速可靠的電力調度控制系統是十分必要的。對于電力調度控制系統的建設，需要引入先進成熟的信息技術，使電力調度控制與管理更加標準化和科學化[1]。本文結合研究地區調度控制的實際業務需求和發展需要，設計基于改進遺傳算法的電力調度控制系統，在一定傳輸規約的情況下，完成對電力的調度，并通過通信通道與各變電站實現電力數據信息的交換，為提高電力調度控制水平提供了參考依據，對加強電力調度控制建設和系統運行效率具有重要的現實意義。

1 基于改進遺傳算法的電力調度控制系統硬件設計

1.1 系統總體功能模塊架構設計

本文系統設計采用分布式結構，基于Windows 2010的操作系統平臺上運行，通信及通信接口的實現都以開放性為原則，實現數據庫電力信息的共享。為了實現系統標準和系統結構的統一化問題，在系統集成過程中預留擴展接口，在進行功能模塊設計中充分考慮后期系統軟件的拓展性，使本文系統能夠在后期集成中減少對于系統架構的整合與修改，為了保證系統的安全運行，通過物理層的隔離將電力調度控制與實時系統分開，進行機器和網絡的雙套CPU系統設計，具體功能模塊架構設計如圖1所示。

由圖1可知，登錄模塊設計中，根據不同的登錄用戶類別，導入不同的操作菜單，對于電力數據的查詢與應用具有不同的權限設置。門戶展示模塊能夠進行電力數據信息的發布和電力信息預警，形成及時的信息數據反饋，進行系統功能檢索。能量管理模塊能夠采集線路負載、氣象情況等實時數據，實現動態的發電控制，進行用電負荷預測，分析電壓穩定，通過遙測功能采集各變電站線路的電壓、電流，為本文電力調度控制系統提供底層數據支撐，管理各類異常數據[2]。

1.2 控制器設計

在本文的電力調度控制系統設計中，主要涉及對電力數據的采集與處理，實現電力調度控制。在本文系統總體結構設計中利用無源晶片處理技術，協調轉換并標準化處理電網中調度控制信息的傳輸和接收過程中的外部晶格，本文控制器主要組成部分為數字信號處理器和單片機，通訊采用雙口RAM結構，具體如圖2所示。

由圖2可知，本文控制器結構采用基于恒頻濾波器對邏輯處理芯片進行設計，帶有智能電源模塊，其數字信號處理為主要核心部分，同時包括了信號轉換與功率預處理程序等，本文電力調度控制系統通信依賴于寬帶系統，通過電源電路進行信號的輸入，用于接收電力調度配置以及電力數據信息反饋[3]。數據采集和傳輸分別運用外設部件互聯的局部并行總線和芯片系統，進行實時電力調度和傳輸的自動控制。為了防止本文系統的硬件故障，采用中間繼電器保證系統的實時性，在系統正常運行的工況下對電池進行管理與監控，實現外部電源的自動化切換。

2 基于改進遺傳算法的電力調度控制系統軟件設計

2.1 電力數據監測及處理

對電網中主要設備的運行數據進行采集，雙位遙信接入各電力設備數據監測信號，并對繼電保護動作等事件進行記錄，并存儲在歷史事件庫中，對采集到的數據信息進行判斷，若發現數據異常及時發出告警信號，支持事件信息的打印與語音輸出[4]。經過采集得到的數據必須滿足電力調度控制系統和集控中心的技術要求，能夠將各類電網數據進行交互轉換，滿足調度控制數據的實時響應，在數據傳輸與融合中，支持多種網絡通信協議，實現多目標源信息的處理，傳輸采樣數據。根據遙信信號，進行遙信故障處理，根據獲取的事故信號，對事故的變位情況實現自動化判定，對于遙測的處理可以在其越限時進行告警，能夠將多源遙測量集成，進行功率到電量的計算及相應的處理。同時，將電能平衡率、輸電線路功率等電力監測數據進行記錄并整理，存儲于數據庫中，本文系統提供用戶語言計算以及公式計算功能，實現對電力實時數據和歷史數據的統計與處理。

2.2 基于改進遺傳算法調度電力資源

遺傳算法雖具有良好的可擴展性和較強的群體搜索能力，但仍存在不足之處，如在編碼上缺乏規范性，容易陷入局部收斂問題，因此本文基于改進遺傳算法實現電力調度。在電力調度控制系統中存在著一定的函數關系，運用電力系統調度資源映射調度任務的間接實數編碼方式，將電力調度任務劃分成的子任務個數進行網絡資源分配，并進行對應編號，其中子任務的總數為：

式中，t為本文系統中的所有調度任務；S(i)為第i個任務所具有的子任務個數。按照任務順序進行基因染色體編碼后，對染色體進行解碼操作，完成第w任務中的子任務所需要的時間為：

式中，m為本文系統中的所有資源數量；n為子任務個數；p為第p個worker節點資源；t(p,i)為第p個worker執行中第i個子任務所需時間[5]。在初始種群中設置相關參數，計算個體適應度，進行交叉操作和變異操作，適當調整其交叉和變異概率，其個體選擇概率為：

式中，j為系統中資源個數，為避免算法的局部收斂，設定收斂依據，在樣本計算中進行不同個體之間的相似性判斷，連續經過并行變異處理，若種群中最優個體數量為明顯變化，說明已經搜索到全局最優解，實現電力任務調度。

2.3 建立電力調度運行控制模型

本文以網絡線損最小化為電力調度控制系統的控制目標，對研究區域內的電網電力進行調度控制，建立電力調度運行控制模型，具體表達式為：

式中，q為網絡支路數；d為開關狀態；Rv為支路v的電阻；Gv和Qv分別為研究區域內電網中支路v流過的有功和無功；Uv為母線電壓。根據不同時段的用電需求，在特定時間段進行網絡線損最小化目標函數的調整。判斷研究區域配電網的各類開關的開關狀態，通過相應措施獲取新的網絡拓撲結構，實現系統控制和優化目的[6]。本文通過改進遺傳算法獲取電力調度控制系統的最優解后，需要對該最優解所對應的研究區域配電網結構進行有效性的判定，判斷網絡結構是否為輻射狀，根據實際需要選擇最合適的安全控制層次，完成本文系統設計。

3 實驗論證分析

為驗證本文系統的可行性，將針對系統的性能指標進行測試，利用Windows平臺的仿真軟件工具進行效果評估，由電力調度控制人員從服務端進行身份驗證，登錄系統，其被測服務器環境的具體配置如表1所示。

表1 測試服務器環境具體配置

由表1可知本文實驗測試環境，設置用戶訪問電力數據的數量為400個，測試開始時間為2022年1月12日下午15:30，測試持續時間為5 min，測試迭代次數為2 000次，其具體測試結果如表2 所示。

表2 系統性能測試

由表2 可知，本文系統通過驗證平臺對登錄用戶進行了身份驗證，本文電力調度控制系統能夠對測試操作給予及時的響應，響應時間均在3 s內，其中調度控制測試的響應時間最長，響應時間為2.8 s，但均在響應時間的合理范圍內，在負載測試中，本文系統在不同負載環境下均保持運行穩定，證明本文系統具有可行性，能夠滿足系統用戶需求。

4 結 論

本文通過系統總體結構設計和系統總體功能模塊架構設計完成了本文電力調度控制系統的硬件設計，通過電力數據監測及處理，基于改進遺傳算法，建立電力調度運行控制模型，完成了系統的軟件設計，取得了一定的研究成果。同時，由于時間和條件的限制，本文研究還存在著諸多不足，有待于深入探討，如對于電力數據的監測方法涉及的較少，對于本文系統的自動化功能建設還需要逐步完善，從而提高信息采集的準確性，在今后的研究中還將不斷優化電力數據的共享模式，提高電網運行效率，減少系統響應時間，實現系統性能的優化。