基于北斗卫星导航的电力线路应急调度系统.pdf

88 EPEM 2023.7 下电力创新Power Innovation基于北斗卫星导航的电力线路应急调度系统国网湖北省电力有限公司 金 石 郭兆丰 杨 璃 国网荆门供电公司 汪燚春 苏小三摘要：本文提出依托于北斗卫星导航的电力线路应急调度系统。系统测试结果显示，所提系统应急调度响应时间为3.08s，满足了电力线路应急调度实时性要求。关键词：北斗卫星导航；电力系统；线路；应急调度；异常定位配电系统中的电力输电线路，主要负责连接供电站与用户端，是电网运行的基础。随着供电范围的扩展，电力线路的组成结构越来越复杂，单相接地故障、跳闸故障等电力线路故障问题频繁处理1，直接影响了电网运行的稳定性2。这种情况下，如何在电力线路出现故障后，进行应急调度处理，成为电力线路运维领域关注的重点。通过将异常线路的供电任务调度到其他电力线路，保证配电网络的供电可靠性。近年来，北斗卫星导航系统开始在电力行业得到广泛应用，该卫星系统具有快速定位、短报文通信等基础功能3，将其应用到电力线路应急调度过程中，可发挥较大的应用价值。本文以常规电力线路应急调度系统为参考，设计基于北斗卫星导航的新型应急调度系统，保证应急调度具有实时性。1 以北斗卫星导航为基础的电力线路应急调度系统硬件设计1.1 手持终端设备设计手持终端设备是电力线路应急调度系统的主要硬件组成部分，主要面向调度人员，具有展示调度信息、下达应急调度指令、更改调度方案等多项功能。如图1所示，手持终端设备包括控制器、处理器、存储器、电源模块、北斗卫星定位模块、SD 储存卡、4G 通信模块、外围电路等多个组成部件。1.2 北斗调度应急通信装置设计在电力线路应急调度系统运行中，为了保证北斗卫星导航数据顺利发挥自身价值，需要设计北斗调度应急通信装置，辅助数字信息和调度命令的传输。如图2所示，以数据处理器为核心，通过多个模块和扩展接口，连接信息显示设备、信息输入设备、北斗卫星服务侧设备和外接设备，实现实时采集北斗卫星导航数据的传递与交互。图1 手持终端硬件结构框图图2 北斗调度应急通信装置结构示意图2 以北斗卫星导航为基础的电力线路应急调度系统软件设计2.1 北斗卫星导航数据预处理考虑到一些电力线路所处自然环境较为复杂，2023.7 下 EPEM 89 电力创新Power Innovation导致北斗卫星导航信号受到外界因素影响，产生大量冗余数据、缺失数据和漂移数据，会对应急调度线路的匹配结果产生负面影响。因此，在系统软件设计过程中，首先要设计一个数据预处理模块，处理错误的北斗卫星导航数据。冗余数据可分成两类进行处理，首先对于重复的北斗卫星接收定位数据，可只保留一个，删除其他数据。而后，确定电力线路运动停止后，找到最后一个有效数据点，删除其后所有数据。漂移数据指的是与实际偏差较大的数据信息，本文提出先定义一个可容许的最大距离误差，将超出该误差允许值的数据全部删除。实际判断过程中，可选取三个相邻的北斗卫星定位点，构建如图3所示的定位点分布示意图。图3 北斗卫星定位点分布示意图三个北斗卫星定位点连接形成的三角形 ABC，其面积可以表示为：，式中：S 表示三角形 ABC 的面积，e 表示三角形周长的二分之一，a 表示北斗卫星定位点 A、B 之间的距离，b 表示定位点 B、C 之间的距离，c 表示点 C、A 之间的距离。针对漂移数据点来说，基于可容许的最大距离误差，可以确定 B 与定位点 A、C 之间的距离是否满足要求，具体判断公式为：h=2s/c D，式中；h 表示点 B 在 AC 边上的投影，D 表示最大容许的距离误差。当公式不成立时，可以将当前数据点直接删除，实现漂移数据的去除。最后，缺失数据的处理，应用了差值处理理念。根据北斗卫星定位数据中存在的时间信息，计算出相邻数据点之间的时间差，判断其与采样间隔是否相等，如果二者不相等表明存在缺失数据，此时需要采用插值处理的方式，计算前后两个时间点采集数据的平均值，充当缺失数据补充到北斗卫星导航数据序列中。2.2 设计基于北斗卫星导航的线路匹配算法以预处理后的北斗卫星导航数据为基础，本文采用区域伪距差分定位策略，获取邻近用户监测站采集数据的观测残差改正系数，与最初北斗卫星异常定位结果相结合，得出精准的电力线路异常定位结果。其中，北斗卫星的伪距观测残差计算公式为：，式中：表示监测站，表示北斗卫星，表示伪距观测残差，表示伪距观测值，表示标准星地距，f 表示光速，表示钟差，T 表示对流层延迟，I 表示电离层延迟。其中，对流层延迟与电离层延迟都是北斗卫星导航系统中心站的信息处理系统给出的。利用加权计算方法，综合多个电力异常线路北斗卫星观测残差值，确定电力线路异常定位过程中应用的综合修正系数，具体的加权平均计算模型为：式中，n 表示地面北斗卫星监测站数量。以目标时刻某一用户站的伪距观测值为基础，定义如下所示电力线路异常观测方程，结合上述计算得出的综合改正系数，得出电力线路异常定位解算结果：，式中：k 表示用户站，表示剩余残差。通过上述解算处理，确定当前电力线路网络中，异常点的具体位置，针对该定位点周围的线路展开应急调度分析。在确定电力异常线路定位结构后，以北斗卫星导航信息为基础，提出一种结合最小边界矩形算法的线路匹配算法：在最小边界矩形算法的作用下，构建异常线路附近区域电力线路模型，并根据异常电力线路的供电轨迹和供电目标，选取与其具有相同功能的近似电力线路，作为匹配的调度线路。最小边界矩形算法实际操作过程中，需要在异常问题出现的时间段，获取电力输电运行节点集合，并确定该集合中最大坐标点和最小坐标点，以此为边界顶点形成最小边界矩形，确定该边界矩形的面积后，建议一个顺时针旋转坐标系，确定该旋转坐标系内不同节点的经纬度最大值和最小值，重新得到一个最小边界矩形，多次计算可以得到准确的供电节点运行轨迹集合，以便求出与电力异常线路最为接近的电力线路。2.3 生成电力线路应急调度方案考虑到部分匹配的电力调度线路可能会同时执90 EPEM 2023.7 下电力创新Power Innovation行特殊的调度任务，无法执行应急调度指令。因此，在确定所有匹配的调度线路后，需要定义一个可编辑的可视化电力线路应急调度图，该调度图展示了所有匹配的电力线路，并且可以由后台调度人员根据实际要求，进行修改、删除等操作，得到一个最为合理的电力线路应急调度方案。可视化应急调度图生成时，需要由登录系统的用户使用编辑地图功能，整理各种电力线路管理信息进行绘制。为了便于自定义编辑，该调度可视化地图需要结合地理信息系统采集的信息添加标识点、线。同时，系统的电力线路应急调度方案生成模块，支持地图编辑撤销操作，当用户错误添加或删除调度线路时，可以通过该功能进行更改。3 系统测试为了确定基于北斗卫星导航的电力线路应急调度系统实际应用效果，需要在实际电力环境中运行该系统进行调度测试，从系统运行结果了解该系统的应用性能。3.1 系统开发环境与工具在系统测试阶段，设置在计算机平台的 J2EE架构中开发文中设计系统。J2EE 架构包含众多系统开发组件，可解决众多系统开发问题，并且保证系统的规范性、兼容性和可移植性，确保开发系统可顺利在电力环境中运行。同时，本次开发系统应用的主要工具是 JavaScript 脚本语言，其具有良好的安全性。以对象和时间为驱动，利用直译式脚本语言进行编码，使得电力线路应急调度系统的各种功能得以实现。在上述开发环境和开发工具的共同作用下，生成应用北斗卫星导航的电力线路应急调度，将其应用到电力场景中进行系统测试。3.2 系统应用场景本文以某地电网为研究对象，将上文开发的系统布置在浙江省电力公司的某安全 I 区中，并控制该应急调度系统与综合数据平台相连接，实现与北斗卫星导航系统、气象信息系统、设备在线监测系统的数据交互。而调度员可以在客户机上，采用 B/S 的方式访问系统界面，了解电网运行信息和电力线路调度结果。其中，输入密码和账号后，即可进入系统首页界面。电力线路应急调度系统的首页界面包含电力线路报警信息、实时监控界面、事件占比统计、高发事件类型统计和报警数量趋势分析等各种信息。当电力线路出现异常问题，需要通过该系统进行应急调度处理时，会从报警信息处理区域展示该异常报警信息，针对该信息进行点击后，可以获取基于实际异常定位结果。与当前北斗卫星导航数据相结合，搜索出可匹配的调度线路，并进行综合处理形成总调度方案。以某一系统运行时刻为例，该电力线路网络中的慈溪变厂站附近产生了较为严重的雷暴灾害，导致河溪4P68线和河慈4P67线出现了频繁的跳闸故障问题，对慈溪变220kV 的正副母线造成严重的负面影响，失压问题出现概率越来越频繁，甚至可能会引起厂站全停的后果。在经过应急调度系统的运行处理后，得到调度结果。结合北斗卫星导航扫描数据进行匹配分析可以发现，慈溪变220kV 的正副母线还可以通过浦慈2313线和松溪2300线，与淞浦变220kV 的副母线相连接。因此，可以制定出下文的应急调度方案：当河溪4P68线和河慈4P67线出现跳闸问题时，直接启用浦慈2313线或松溪2300线，避免母线失压问题的出现。从上述系统应用结果可以看出，本文设计的系统运行后，可以针对电力线路异常问题，提出合理的应急调度方案，表明了该系统的可行性。3.3 系统应用性能分析为了进一步了解应急调度系统的应用性能，在本次系统应用测试过程中，记录每个操作步骤的响应时间，得到各操作步骤响应时间统计结果：数据处理545ms、异常定位943ms、线路匹配1291ms、生成调度方案301ms、总响应时间3080ms。据此可知，本文提出的基于北斗卫星导航的电力线路应急调度系统，处理异常问题时主要包括四个操作步骤，其中调度线路匹配环节耗费的时间最长，也仅为1289ms。整体来看，该应急调度系统的总响应时间为3.08s，满足电力线路应急调度的实时性要求，更好地保证了电力系统运行的稳定性。参考文献1 袁毅.基于融合通信的应急指挥调度系统设计与实现 J.电子技术,2022,6.2沙威.具有全生命周期的多场景电力应急物资调度方法研究 J.微型电脑应用,2022,2.3 湛黄涵,马少聪,等.针对突发事件应急决策和资源调度系统的实现 J.电子测试,2022,3.