基于GSPN 的区域综合能源能耗控制系统设计

张虔，孙悦

（国网江苏省电力有限公司泰州供电分公司，江苏泰州 225300）

GSPN 是广域网环境中一种随机的信号调取模型，可通过数字交换机设备对过载量的数据信息进行处理，从而得到准确的信号参量性能建模条件。在区域性综合能源调度体系中，由于输入端电压容量水平的提升，整个电网环境中的电量传输能力也会逐渐增强，在此情况下，一部分电子可不经过整合处理直接进入电网数据库主机，并在其中生成长期存储记忆[1]。受到电信号冲击的影响，该类型传输电子的数量级水平越高，区域性综合能源调度网络的电能消耗量也就越大，特别是在电量集中供应时期，频繁的电量过度消耗问题会造成电网续航能力的持续下降，从而造成电信号参量出现不可逆的损伤情况[2]。

为更好应对电信号损伤问题，传统BDD 型能耗控制系统通过静态子树分析的方式，强化底层电量在单位时间内的传输应用能力，再借助既定硬件模块，实现对电信号传输量的分层疏导，最后将剩余电量整合到统一的数据库主机中，完成对电网续航能力的持续促进。然而该系统在规定时长内所具备的调节能力有限，并不能完全解决电子量过度消耗的问题。为避免上述情况的发生，设计了基于GSPN 的区域综合能源能耗控制系统，联合能源信号整合构件、能耗量统计单元对区域性能源网络中的电信号进行集中整合，再按照GSPN基础的应用标准，计算能源信号输出量与电子量综合处理权限的具体数值水平。

1 系统硬件设计

区域综合能源能耗控制系统的硬件体系结构由能耗控制电路、能源信号整合构件、能耗量统计单元三部分共同组成，具体搭建方法如下。

1.1 能耗控制电路

能耗控制电路在区域性综合能源调度体系中负责提供电量单元所需的应用电子，可以在STC15F2K60S2设备的作用下，实现由高压输入电量到低压输出电量的转换处理。一般情况下，随电压差降值的增大，接入电路环境中的高压电容数值水平也会不断增大，直至高、低压电容之间的物理差数值能够完全承载能耗电子量的击穿作用[3-4]。此次设计的能耗控制电路示意图如图1 所示。

图1 能耗控制电路示意图

图1 中的IRB6620 元件作为能耗控制电路的核心应用设备，负责提供与能耗电阻相关的传输电子量，由于高、低压电容设备均具有较强的电感适应性，因此该元件结构可在更改区域性电量传输水平的同时，实现对能耗电子的准确收集，并可在能耗继电器设备的作用下，完成对电子信息参量分配与平均处理。

1.2 能源信号整合构件

能源信号整合构件可以连接能耗控制系统电路与底层电量输出设备，并可以根据GSPN 模型的连接需求，更改能耗电子量的现有存储形式，以此提高底层应用电子的传输能力[5-6]，其结构图如图2 所示。PLC 设备同时负载能耗控制电路、能源量输出设备、区域电量单元的连接需求，可在提取电量传输信息的同时将上述文件参量整合成包状传输形式，一方面将这些信息数据反馈至下级设备结构体，另一方面也可较好地适应能耗控制电路中的电量传输需求[7]。主控界面能够显示底层电感单元中的电信号采集情况，由于PLC 设备存在于能源信号整合构件中部，而当电子量途经该设备结构时，一部分传输电子可被完全吸收，这也是主控界面实时显示数据始终小于实际电路数值水平的主要原因。

图2 能源信号整合构件结构图

1.3 能耗量统计单元

能耗量统计单元作为区域综合能源能耗控制系统中的关键硬件设备结构，由电信号中心、能源基站、局域电网三部分共同组成。其中，电信号中心可联合多级能耗量主机对底层控制终端进行集中调配，并可以将收集的传输电子量用于后续的能耗平均处理[8-9]。能源基站作为电量集群组织的下级应用元件，可在感知路由器连接能力的同时，感知电表设备的实际示数水平，从而使得电量采集器设备的物理功能得到有效促进。局域电网则能够准确记录电量采集器的现有示数水平，并根据电表设备的连接需求妥善分配已存储的传输电量。

图3 能耗量统计单元示意图

2 系统软件设计

联合各级硬件设备结构单元，按照GSPN 基础模型设计、能源信号输出量计算、电子量综合处理权限确定的处理流程，实现系统的软件执行环境搭建，硬软件两相结合完成基于GSPN 的区域综合能源能耗控制系统设计。

2.1 GSPN基础

GSPN 模型可为区域综合能源能耗量提供一个相对平衡的传输管控空间，在能耗控制电路、能源信号整合构件等多个硬件结构的作用下，该模型可在统筹电量传输数据的同时，确定系统主机所具备的控制应用能力，一方面能够避免能耗电子出现过度累积的行为，另一方面也可实现对传输能耗量的有效调度[10-11]。在不考虑其他干扰条件的情况下，GSPN 模型构建受到电子量区域调试系数、能源消耗量两项物理指标的直接影响。电子量区域调试系数最小值为xmin，在综合调控环境中，该项物理量所能达到的极限值越小，GSPN 模型的控制作用能力也就越强。能源消耗量可表示为φ，受到系统控制行为的影响，该项物理量的数值水平越高，能耗电子所能达到的传输距离也就越远。联立上述物理量，可将GSPN 基础模型定义为：

式中，e1代表第一个能耗量系数特征值，en代表第n个能耗量系数特征值。

2.2 能源信号输出量

能源信号输出量是指区域能耗数据在单位时间内的目标传输量，在电信号覆盖区间内，目标数值量越大，系统主机所具备的调试控制能力也就越强[12]。能源信号输出量指的是能耗数据信息在单位时间内所具备的指令响应能力，由于GSPN 模型的存在，信号文件在系统环境中的传输能力不宜过快或过慢，过快会导致数据信息难以停留，从而影响系统主机对综合能源能耗情况的判断能力；过慢则会导致数据信息出现明显堆积，对系统主机造成较大的控制压力[13-14]。设为单位时间内的能源信号量输出均值，k为特征控制系数，联立式（1）可将能源信号输出量数值定义为：

式中，f代表区域性综合能源调度体系中的能耗电导系数，代表基于GSPN 模型的电信号传输特征值。

2.3 电子量综合处理权限

电子量综合处理权限是基于GSPN 模型的能耗数据定义条件，若综合能源信号的输出量数值，则可认为在区域性综合能源调度体系中，电子量综合处理权限所覆盖的物理范围越大，系统主机所具备的能耗控制力也就越强。假定在GSPN 模型作用下，能源能耗电量具备极强的自主传输能力，且随着系统控制指令传输量的增大，各级硬件设备对于数据信息参量的促传作用能力也会逐渐增强，直至能够完全适应高压输入端与低压输出端之间的电量压差水平[15-16]。设b1、b2分别为两个不同的能耗量数据传输周期参量值，联立式（2）可将电子量综合处理权限条件定义为：

式中，ΔC代表单位时间内的能源数据消耗值，p代表能耗系数参量值，h代表能源数据的既定传输系数值。至此，完成各项物理系数值的计算与处理，在GSPN 模型的支持下实现区域综合能源能耗控制系统的顺利应用。

3 性能测试

性能测试在某区域性综合能源调度体系中进行，首先将终端设备独立，分别在其中输入基于GSPN 的区域综合能源能耗控制系统源码与传统BDD 型控制系统源码，当主机应用环境逐渐趋于稳定后，记录相关实验指标的具体变化情况。

RBP 指标为系统主机在单位时间内所具备的能耗电子量协调能力，根据惯有应用经验判断，RBP指标数值越大，系统主机在单位时间内所具备的能耗电子量协调能力也就越强，具体实验结果如表1 所示。

表1 RBP指标数值记录

分析表1 可知，基于GSPN 的区域综合能源能耗控制系统的RBP 指标在前两个单位时长内呈现连续上升的数值变化趋势，而在每一个单位时长中，保持绝对稳定的数值存在状态，从第三个单位时长开始，上升变化趋势更加明显，且平均上升量也开始逐渐增大。传统BDD 型控制系统的RBP 指标在前三个单位时长内，一直保持不断上升的数值变化状态，从第四个单位时长开始，逐渐趋于持续性下降状态，整个实验过程中的最大数值结果仅能达到41.15%，与基于GSPN 的区域综合能源能耗控制系统最大值74.43%相比下降了33.28%。

QDE 指标反映了因控制系统作用而缓解的电量消耗情况，一般情况下QDE 指标数值越大，因控制系统作用而缓解的电量消耗情况越明显，实验数值如表2 所示。

分析表2 可知，基于GSPN 的区域综合能源能耗控制系统的QDE 指标在前35 min 的实验时间内，数值一直保持不断上升趋势，从第40 min 开始，则开始呈现小幅波动的数值变化形式。传统BDD 型控制系统的QDE 指标在整个实验过程中，则一直保持不断下降的数值变化状态，整个实验过程中的最大数值结果仅达到了43.15%，与基于GSPN 的区域综合能源能耗控制系统最大值82.41%相比下降了39.26%。

表2 QDE指标数值记录

4 结束语

与传统BDD 型控制系统相比，区域综合能源能耗控制系统在GSPN 模型的作用下，借助能源信号整合构件、能耗量统计单元等多个硬件设备结构，通过计算能源信号输出量的方式，定义电子量的综合处理权限，不仅解决了区域性综合能源调度体系中电子能耗量过大的问题，也有效避免了电信号的严重损失行为，实现了对电网环境的较好保护。