CN113964844A - 一种基于5g公网隧道时间窗口的切负荷控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于5G公网隧道时间窗口的切负荷控制系统，包括负荷控制终端和边缘计算盒，所述负荷控制终端包括检测单元、控制单元和传输单元，所述检测单元用于检测电力负载的运行数据，所述控制单元用于控制电力负载的运行，所述传输单元用于与所述边缘计算盒进行数据传输，所述边缘计算盒包括数据库、处理单元与传输单元，所述数据库用于存数所述负荷控制终端上传的运行数据，所述处理单元用于对上传的运行数据进行计算处理，所述传输单元用于与所述负荷控制终端进行数据传输；本系统利用5G技术高效传输数据，并在电路负荷过载时能够自动地切断部分负载电路，而不影响整个区域电路的正常运行。

Description

一种基于5G公网隧道时间窗口的切负荷控制系统
技术领域
本发明涉及电力控制技术领域，尤其涉及一种基于5G公网隧道时间窗口的切负荷控制系统。
背景技术
随着电力需求增加，为满足电力需求，电力系统的大容量电源逐渐增加，如大容量火电机组的建设、特高压交直流接入等，在制定电力系统紧急切负荷控制措施时，就需要考虑由于这些大容量电源退出运行导致的大容量电源缺额事故，切负荷控制其主要是用来碾平负荷曲线，从而达到均衡地使用电力负荷，提高电网运行的经济性、安全性，以及提高电力企业的投资效益的目的。
现在已经开发出了很多且负荷控制系统，经过我们大量的检索与参考，发现现有的控制系统有如公开号为KR101759890B1，KR101461143B1、CN108551177B和KR100254236B1所公开的系统，包括：获取直流受端系统模型及参数；在获取的直流受端系统模型及参数的基础上，计算当前切负荷率下系统暂态稳定裕度及灵敏度矩阵；计算出的当前切负荷率下系统暂态稳定裕度及灵敏度矩阵，建立直流受端系统暂态切负荷控制优化问题的数学模型；对于建立的直流受端系统暂态切负荷控制优化问题的数学模型，采用基于灵敏度分析的近似线性规划方法求解切负荷控制优化问题；但该系统对于具体要切断电路的负载的选择不够合理，不能从众多负载中选出对整个区域电路影响较小的负载进行切断操作。
发明内容
本发明的目的在于，针对所存在的不足，提出了一种基于5G公网隧道时间窗口的切负荷控制系统，
本发明采用如下技术方案：
一种基于5G公网隧道时间窗口的切负荷控制系统，包括负荷控制终端和边缘计算盒，所述负荷控制终端包括检测单元、控制单元和传输单元，所述检测单元用于检测电力负载的运行数据，所述控制单元用于控制电力负载的运行，所述传输单元用于与所述边缘计算盒进行数据传输，所述边缘计算盒包括数据库、处理单元与传输单元，所述数据库用于存数所述负荷控制终端上传的运行数据，所述处理单元用于对上传的运行数据进行计算处理，所述传输单元用于与所述负荷控制终端进行数据传输；
所述负荷控制终端的传输单元和所述边缘计算盒的传输单元内置相同的5G隧道协议，使得所述传输单元能够利用公网进行5G数据传输；
所述边缘计算盒用长度为T的时间窗口对运行数据进行采样并得到连续的m个窗口数据组D(i)，每个窗口数据组中包含有电力负载的功率数据D_P(i)和电流数据D_I(i)，其中，i的取值范围为1至m；
所述边缘计算盒根据当前时间窗口内的功率总和将区域电路划分为安全状态、饱和状态和危险状态，当区域电路处于饱和状态时，所述边缘计算盒计算每个电力负载的待切值，当区域电路处于危险状态时，根据所述待切值按从高到低的顺序对对应的电力负载进行电路切断直至区域电路处于安全状态；
一个电力负载的待切值Q的计算公式为：
Figure BDA0003330767220000021
其中，k为电力负载的时效系数，f(I)为电流I的排序函数，[Id，Iu]为电力负载在安全状态下的电流值范围；
所述排序函数的具体公式为：
Figure BDA0003330767220000022
Figure BDA0003330767220000023
其中，a表示待计算的电力负载在该区域电路内正在运行状态下的的电力负载中的Iu值的排序名次，b表示待计算的电力负载在该区域电路内正在运行状态下的的电力负载中的对应时间窗口下实时电流值的排序名次；
进一步的，所述数据组D(i)中还包括电压数据D_U(i)，所述边缘计算盒计算每个电力负载的波动指数Wa：
Figure BDA0003330767220000024
当所述波动指数大于阈值时，所述边缘计算盒反馈切断信息给所述负荷控制终端控制切断该电力负载的电路；
进一步的，所述边缘计算盒负责一个区域内的电力负载，所述区域划分为若干个子区域，每个子区域设置有编号，所述负荷控制终端在第一次上传检测数据时会附加其所在的子区域的编号信息，所述边缘计算盒依此建立匹配表，所述匹配表中记录负荷控制终端的MAC地址与其所在的子区域的配对关系；
进一步的，所述边缘计算盒会在时间窗口开始时每隔Δt时间分别获取电压、电流和功率的一个采样值，当时间窗口结束时，对已经获取的
Figure BDA0003330767220000031
组采样值分别计算平均值，作为数据组D(i)；
进一步的，所述边缘计算盒计算每个电力负载的疲劳指数P，当所述疲劳指数超过阈值时，向对应的负荷控制终端发送提示，所述负荷控制终端结合实际情况判断是否要切断电路。
本发明所取得的有益效果是：
本系统利用了5G传输效率高的特点，能够快速的对过载的区域电路进行及时的切断处理，保护区域电路的安全；利用时间窗口对电力负载的运行数据进行提取和记录，并对时间窗口进行分析获得在区域电路过载时最适合切断电路的电力负载，在保证区域电路安全的前提下对区域电路造成的影响达到最小。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1为整体结构框架示意图；
图2为负荷控制终端与边缘计算盒框架示意图；
图3为时间窗口示意图；
图4为区域电路负载总和状态分类示意图；
图5为处理单元处理分类示意图。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统、方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内，包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例一。
本实施例提供了一种基于5G公网隧道时间窗口的切负荷控制系统，结合图1和图2，包括负荷控制终端和边缘计算盒，所述负荷控制终端包括检测单元、控制单元和传输单元，所述检测单元用于检测电力负载的运行数据，所述控制单元用于控制电力负载的运行，所述传输单元用于与所述边缘计算盒进行数据传输，所述边缘计算盒包括数据库、处理单元与传输单元，所述数据库用于存数所述负荷控制终端上传的运行数据，所述处理单元用于对上传的运行数据进行计算处理，所述传输单元用于与所述负荷控制终端进行数据传输；
所述负荷控制终端的传输单元和所述边缘计算盒的传输单元内置相同的5G隧道协议，使得所述传输单元能够利用公网进行5G数据传输；
所述边缘计算盒用长度为T的时间窗口对运行数据进行采样并得到连续的m个窗口数据组D(i)，每个窗口数据组中包含有电力负载的功率数据D_P(i)和电流数据D_I(i)，其中，i的取值范围为1至m；
所述边缘计算盒根据当前时间窗口内的功率总和将区域电路划分为安全状态、饱和状态和危险状态，当区域电路处于饱和状态时，所述边缘计算盒计算每个电力负载的待切值，当区域电路处于危险状态时，根据所述待切值按从高到低的顺序对对应的电力负载进行电路切断直至区域电路处于安全状态；
一个电力负载的待切值Q的计算公式为：
Figure BDA0003330767220000051
其中，k为电力负载的时效系数，f(I)为电流I的排序函数，[Id，Iu]为电力负载在安全状态下的电流值范围；
所述排序函数的具体公式为：
Figure BDA0003330767220000052
Figure BDA0003330767220000053
其中，a表示待计算的电力负载在该区域电路内正在运行状态下的的电力负载中的Iu值的排序名次，b表示待计算的电力负载在该区域电路内正在运行状态下的的电力负载中的对应时间窗口下实时电流值的排序名次；
所述数据组D(i)中还包括电压数据D_U(i)，所述边缘计算盒计算每个电力负载的波动指数Wa：
Figure BDA0003330767220000054
当所述波动指数大于阈值时，所述边缘计算盒反馈切断信息给所述负荷控制终端控制切断该电力负载的电路；
所述边缘计算盒负责一个区域内的电力负载，所述区域划分为若干个子区域，每个子区域设置有编号，所述负荷控制终端在第一次上传检测数据时会附加其所在的子区域的编号信息，所述边缘计算盒依此建立匹配表，所述匹配表中记录负荷控制终端的MAC地址与其所在的子区域的配对关系；
所述边缘计算盒会在时间窗口开始时每隔Δt时间分别获取电压、电流和功率的一个采样值，当时间窗口结束时，对已经获取的
Figure BDA0003330767220000055
组采样值分别计算平均值，作为数据组D(i)；
所述边缘计算盒计算每个电力负载的疲劳指数P，当所述疲劳指数超过阈值时，向对应的负荷控制终端发送提示，所述负荷控制终端结合实际情况判断是否要切断电路。
实施例二。
本实施例包含实施例一的全部内容，提供了一种基于5G公网隧道时间窗口的切负荷控制系统，包括负荷控制终端和边缘计算盒，所述负荷控制终端安装于电力负载上，用于检测电力负载的运行数据并在必要时刻进行切断控制，保障电路的安全，所述边缘计算盒用于收集并分析所述负荷控制终端检测的运行数据，并根据分析结果反馈指令用于控制对应负载，所述负荷控制终端与所述边缘计算盒内都设置了相同的5G隧道协议，基于此所述负荷控制终端与所述边缘计算盒能够利用公网实现高效的数据传输；
所述边缘计算盒负责一个区域内的电力负载，而根据电力负载之间的相关性又将该区域划分为若干个子区域，并为每个子区域进行编号，所述负荷控制终端在第一次上传检测数据时会附加其所在的子区域信息，所述边缘计算盒依此建立匹配表，所述匹配表中将负荷控制终端的MAC地址与其所在的子区域信息进行配对，所述负荷控制终端在后续的信息传输中不再添加子区域信息，所述边缘计算盒通过所述匹配表与MAC地址确定接收的检测数据所对应的电力负载及其所在的子区域；
所述负荷控制终端包括检测单元、控制单元和传输单元，所述检测单元用于检测电力负载所在电路的电压、电流和功率信息，所述传输单元将检测的数据依据所述5G隧道协议进行打包并发送至所述边缘计算盒，所述控制单元依据所述传输单元从所述边缘计算盒接收的反馈信息对电力负载所在的电路进行切断；
基于所述5G公网隧道的高效传输效率，所述边缘计算盒能够接收到电力负载的实时运行数据并进行存储，并采用时间窗口对所述运行数据进行采样，再对采样数据进行综合分析；
结合图3，所述边缘计算盒以时长为T的时间窗口进行采样，并对最近的连续的m个时间窗口进行分析，对于任意一个电力负载得到m个数据组，记作D(i)，其中，i的取值范围为1至m，每个数据组中包含了电压D_U(i)、电流D_I(i)和功率D_P(i)三个数据，其中，D(1)表示离当前时间最接近的时间窗口的数据，D(m)表示离当前时间最远的时间窗口的数据，每采集一个新的时间窗口数据，D(i)数据组整体向后延一位；
当一个时间窗口开始时，所述边缘计算盒会每隔Δt时间分别获取电压、电流和功率的一个采样值，当时间窗口结束时，对已经获取的
Figure BDA0003330767220000071
组采样值分别计算平均值，作为数据组D(i)；
所述边缘计算盒会计算每个电力负载的波动指数Wa：
Figure BDA0003330767220000072
当所述波动指数大于阈值时，所述边缘计算盒反馈切断信息给所述负荷控制终端控制该电力负载切断电路；
结合图4，所述边缘计算盒对每个子区域设置有一个负载临界区域，当一个子区域同一时间窗口内的功率总和小于负载临界区域时，整个子区域的电路处于安全状态，当功率总和处在负载临界区域内时，整个子区域的电路处于饱和状态，当功率总和大于负载临界区域时，整个子区域的电路处于危险状态，需要立即切断部分电力负载；
当所述子区域电路处于饱和状态时，所述边缘计算盒会根据电力负载的历史数据以及当前运行数据分析得到每个电力负载的待切值，并根据待切值的大小将所述电力负载进行排序，当所述子区域电路处于危险状态后，直接将所述电力负载根据待切值从高到低的顺序进行切断直至该子区域的电路处于安全状态；
所述边缘计算盒根据历史数据统计出每个电力负载在安全状态下的电流值范围[Id，Iu]，则一个电力负载的待切值Q为：
Figure BDA0003330767220000073
其中，k为电力负载的时效系数，f(I)为电流I的排序函数；
排序函数的具体公式为：
Figure BDA0003330767220000074
Figure BDA0003330767220000075
其中，a表示待计算的电力负载在该子区域内正在运行状态下的的电力负载中的Iu值的排序名次，b表示待计算的电力负载在该子区域内正在运行状态下的的电力负载中的对应时间窗口下实时电流值的排序名次；
所述电力负载的时效系数k的计算方式包括如下步骤：
S1、将一天时间分成48个时间段，每个时间段的时长为半小时；
S2、当电力负载在一个时段内的运行时间超过15分钟时，在该时段的运行状态为1，当电力负载在一个时段内的运行时间不超过15分钟时，在该时段的运行状态为0，对该电力负载的历史数据中每个时段内的运行状态进行统计；
S3、计算对应时段内的时效系数k：
Figure BDA0003330767220000081
其中，n1为在对应时段内运行状态为1的总次数，n0为在对应时段内运行状态为0的总次数，
Figure BDA0003330767220000082
为平均每天运行状态为1的时段数；
所述边缘计算盒还会计算每个电力负载的疲劳指数，所述疲劳指数的计算方式为包括如下步骤：
S11、所述边缘计算盒在一个电力负载刚开始运行时开启计数器；
S12、每经过一个时间窗口，计数器加1，当该电力负载停止运行时，停止计数器，并将计数器的计数值作为连续运行时长数据保存在数据库中；
S13、每个电力负载会拥有多个连续运行时长数据，将该数据进行降序排序，用t(i)表示；
S14、计算正在运行的电力负载的疲劳指数P，计算公式为：
Figure BDA0003330767220000083
其中，t′表示当前已经连续运行的时间窗口的个数，n为数据库中已有的该电力负载的连续运行时长数据的个数，
Figure BDA0003330767220000084
表示平均每次连续运行的时间窗口的个数；
当所述疲劳指数大于阈值时，所述边缘计算盒会向所述负荷控制终端发送提示，所述负荷控制终端结合实际情况决定是否要切断对应电力负载的运行；
图5总结了上文描述中所述处理单元对运行数据的三种不同的处理方式。
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。
在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路，过程，算法，结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。
综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (5)

1.一种基于5G公网隧道时间窗口的切负荷控制系统，其特征在于，包括负荷控制终端和边缘计算盒，所述负荷控制终端包括检测单元、控制单元和传输单元，所述检测单元用于检测电力负载的运行数据，所述控制单元用于控制电力负载的运行，所述传输单元用于与所述边缘计算盒进行数据传输，所述边缘计算盒包括数据库、处理单元与传输单元，所述数据库用于存储所述负荷控制终端上传的运行数据，所述处理单元用于对上传的运行数据进行计算处理，所述传输单元用于与所述负荷控制终端进行数据传输；
所述负荷控制终端的传输单元和所述边缘计算盒的传输单元内置相同的5G隧道协议，使得所述传输单元能够利用公网进行5G数据传输；
所述边缘计算盒用长度为T的时间窗口对运行数据进行采样并得到连续的m个窗口数据组D(i)，每个窗口数据组中包含有电力负载的功率数据D_P(i)和电流数据D_I(i)，其中，i的取值范围为1至m；
所述边缘计算盒根据当前时间窗口内的功率总和将区域电路划分为安全状态、饱和状态和危险状态，当区域电路处于饱和状态时，所述边缘计算盒计算每个电力负载的待切值，当区域电路处于危险状态时，根据所述待切值按从高到低的顺序对对应的电力负载进行电路切断直至区域电路处于安全状态；
一个电力负载的待切值Q的计算公式为：
Figure FDA0003330767210000011
其中，k为电力负载的时效系数，f(I)为电流I的排序函数，[Id，Iu]为电力负载在安全状态下的电流值范围；
所述排序函数的具体公式为：
Figure FDA0003330767210000012
Figure FDA0003330767210000013
其中，a表示待计算的电力负载在该区域电路内正在运行状态下的的电力负载中的Iu值的排序名次，b表示待计算的电力负载在该区域电路内正在运行状态下的的电力负载中的对应时间窗口下实时电流值的排序名次。
2.如权利要求1所述的一种基于5G公网隧道时间窗口的切负荷控制系统，其特征在于，所述数据组D(i)中还包括电压数据D_U(i)，所述边缘计算盒计算每个电力负载的波动指数Wa：
Figure FDA0003330767210000021
当所述波动指数大于阈值时，所述边缘计算盒反馈切断信息给所述负荷控制终端控制切断该电力负载的电路。
3.如权利要求2所述的一种基于5G公网隧道时间窗口的切负荷控制系统，其特征在于，所述边缘计算盒负责一个区域内的电力负载，所述区域划分为若干个子区域，每个子区域设置有编号，所述负荷控制终端在第一次上传检测数据时会附加其所在的子区域的编号信息，所述边缘计算盒依此建立匹配表，所述匹配表中记录负荷控制终端的MAC地址与其所在的子区域的配对关系。
4.如权利要求3所述的一种基于5G公网隧道时间窗口的切负荷控制系统，其特征在于，所述边缘计算盒会在时间窗口开始时每隔Δt时间分别获取电压、电流和功率的一个采样值，当时间窗口结束时，对已经获取的
Figure FDA0003330767210000022
组采样值分别计算平均值，作为数据组D(i)。
5.如权利要求4所述的一种基于5G公网隧道时间窗口的切负荷控制系统，其特征在于，所述边缘计算盒计算每个电力负载的疲劳指数P，当所述疲劳指数超过阈值时，向对应的负荷控制终端发送提示，所述负荷控制终端结合实际情况判断是否要切断电路。
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