基于光纤通信技术的电力系统自动化调度方法

李学良，乔德海，张同同

（山东国为电力工程有限公司，山东 聊城 252000）

0 引 言

随着可再生能源的并网和分布式能源的发展，电力系统调度需要变得更加灵活和智能，以满足能源转型的需求[1]。同时，优化电力系统调度，降低电力系统的能耗和排放，有助于达到国家的节能减排目标[2]。此外，合理的调度有助于保障国家能源安全，确保在突发情况下，电力系统的稳定运行[3]。通信能力的强弱直接影响调度中心获取各节点信息和指令的实时性。快速的数据传输对于实时调整调度策略、快速响应系统变化至关重要。通信系统的不稳定或误差可能导致数据传输错误，进而影响调度决策的准确性[4]。一旦通信系统发生故障，调度中心可能无法获取关键的监控数据，导致调度决策受到限制或出现偏差，影响电力系统的稳定运行。对于需要实时反馈控制的电力系统而言，通信延迟可能影响调度指令的及时性和有效性[5]。针对这些问题，文章提出基于光纤通信技术的电力系统自动化调度方法研究，并通过对比测试的方式，分析验证了设计方法的应用效果。

1 电力系统自动化调度方法设计

1.1 基于光纤通信的电力系统自动化调度业务通信通道配置

配置电力系统调度自动化业务通信通道中，鉴于光纤通信具有传输容量大、传输距离长、抗干扰能力强以及信号衰减低等优点，利用光纤通信配置电力系统调度自动化业务通信通道[6]。

设置的光纤通信系统主要由光发送端、光接收端、光纤传输线路共3 个部分组成。

光发送端负责将电信号转换为光信号，具体的转换方式可以表示为

式中：sQAM(t)表示原始电力系统自动化调度电信号转化后得到的光信号；A表示相互正交的原始电力系统自动化调度载波信号幅值参数；acn表示信号传输时隙中多元符号的二维数值中的一个参数；gT(t)表示原始电力系统自动化调度电信号传输阶段的发送脉冲；fc表示信号的频率参数；t表示原始电力系统自动化调度电信号传输的时隙参数。一般情况下，电力系统若处于正常稳定运行状态，参数sQAM(t)为定值。

通过光纤传输线路传输光信号，具体的传输方式可以表示为

式中：si+1表示光纤传输线路传输的光信号；h(si)表示光信号级联结果；W表示光纤传输线路执行传输任务时的带宽；F(si,Wi)表示光纤传输线路传输的信号残差。

光接收端负责将接收到的光信号转换为电信号，具体的转换方式可以表示为

式中：sSAM(t)表示光信号转化后得到的电力系统自动化调度电信号；asn表示信号传输时隙中多元符号的二维数值中的另一个参数。

结合构建的电力系统自动化调度业务的光纤通信系统，配置电力系统调度自动化业务光纤通信通道，具体如图1 所示。

图1 电力系统调度自动化业务光纤通信通道配置

由图1 可知，配置电力系统调度自动化业务的光纤通信通道中，核心层利用波分复用技术实现高速大容量数据传输，并采用环形拓扑结构提升网络稳定性；汇聚层汇总各厂站数据至区域站，采用点对点传输和冗余配置确保通信可靠性；接入层通过光纤到户方式为每个厂站提供稳定高速通道；配置网管系统进行远程监控和故障处理，确保网络正常运行。

1.2 电力系统自动化调度

以配置的电力系统自动化调度业务通信通道为基础，文章在进行电力系统调度时，主要根据电力系统各机组的实际运行情况输出调度信号。

当电力系统的化石能源机组、新能源机组以及需求侧负荷均处于运行状态时，对应的调度指令可以表示为

式中：ΔP表示输入电力系统调度自动化业务光纤通信通道的调度信号；pc和ph分别表示电力系统发电机组的输出功率和负荷；λ表示电力系统输出功率的损耗系数；maxpc表示电力系统发电机组的最大输出功率，主要取决于化石能源机组的实际运行状态和新能源机组对应电力来源的状态；maxph表示电力系统发电机组的最小负荷，主要取决于实际的用电需求，与具体的用电负荷曲线相关。

根据式（4）可知，当ΔP的取值结果为正值时，表明此时电力系统发电机组的输出功率之和大于电力系统发电机组的负荷之和，对应的调度方向为最大输出功率向储能装置调度；当ΔP的取值结果为负值时，则表明此时电力系统发电机组的输出功率之和小于电力系统发电机组的负荷之和，对应的调度方向为储能装置想最大负荷调度。

2 测试与分析

2.1 测试准备

在分析设计的基于光纤通信技术的电力系统自动化调度方法应用效果时，从保障测试结果可靠性和分析价值的角度出发，设置文献[4]中的以频率-惯量安全约束为基础的电力系统调度方法、文献[5]中的以深度迁移强化学习为基础的电力系统调度方法作为对照组。对比分析3 种不同方法在相同测试条件下的测试结果，并对其应用效果作出分析与评价。

对于具体的测试环境，以某IEEE33 节点网络作为具体的调度对象，具体的资源配置情况如表1 所示。

表1 测试IEEE33 节点网络资源配置情况统计表

在此基础上，对测试电力系统的负荷情况进行分析，单日负荷波动曲线如图2 所示。

图2 测试电力系统单日负荷曲线

2.2 测试结果与分析

在分析3 种不同方法调度效果时，文章将新能源机组的发电功率作为具体的评价指标，得到的测试结果如表2 所示。

表2 新能源发电功率消纳对比结果

结合表2 所示的测试结果可以看出，在3 种不同方法下，新能源发电功率的消纳程度表现出明显的差异。其中，在文献[4]方法下，新能源发电功率消纳相对稳定，始终稳定在0.90 ～0.93，但是整体水平较低，存在提升空间；在文献[5]方法下，单日内新能源发电功率消纳出现了较为明显的波动，最大值达到了0.95，但是最小值仅为0.88，说明该方法调度的合理性存在提升空间，缺乏对整体负荷与功率的协调；而在本文设计调度方法下，新能源发电功率消纳不仅表现出了较高的稳定性，且对应的水平也相对较高，处于0.93 ～0.97，与对照组相比具有明显优势。

3 结 论

通信能力对电力系统调度性能具有重要影响，为提升电力系统的调度性能，需要加强通信基础设施建设，提升通信系统的稳定性、可靠性、安全性，以满足电力系统实时、高效及安全的需求。为此，文章提出基于光纤通信技术的电力系统自动化调度方法研究，切实提升电力系统调度性能。借助文章的研究，以加强通信与电力系统的融合发展，推动智能电网、物联网等技术在电力系统中的应用，为实现更加智能、高效的调度控制提供助力。