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(1.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司供電服務(wù)中心，四川 成都 610000；2.西南石油大學(xué)電氣信息學(xué)院，四川 成都 610500)

0 引 言

配電網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，以及用戶對(duì)連續(xù)性供電的要求越來(lái)越高，對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)快速、可靠的復(fù)電重構(gòu)不斷提出了新的要求。配電網(wǎng)絡(luò)的復(fù)電重構(gòu)，即調(diào)整網(wǎng)絡(luò)中的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)和分段開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，找到一個(gè)最優(yōu)的開(kāi)關(guān)操作方案，從而為停電區(qū)域恢復(fù)供電[1]。在配電網(wǎng)絡(luò)的復(fù)電重構(gòu)過(guò)程中，需要考慮如擴(kuò)大復(fù)電區(qū)域、減少開(kāi)關(guān)操作、最大限度減少?gòu)?fù)電時(shí)間、保持系統(tǒng)的輻射狀架構(gòu)等諸多因素[2]。目前解決配電網(wǎng)重構(gòu)的方法大致有數(shù)學(xué)優(yōu)化方法、啟發(fā)式搜索方法、人工智能方法以及多代理技術(shù)等[3-5]。

文獻(xiàn)[6]按照饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的功能將其劃分為終端層、子站層和主站層，并將功能下放至子站層，各子站通過(guò)彼此之間的合作與協(xié)調(diào)共同完成故障檢測(cè)、隔離和恢復(fù)的任務(wù)。文獻(xiàn)[7]將故障恢復(fù)過(guò)程分為4個(gè)階段，各代理按照預(yù)定步驟，逐步生成各階段的故障恢復(fù)方案，減小了故障影響范圍。文獻(xiàn)[8]應(yīng)用多代理技術(shù)，提出了以恢復(fù)負(fù)荷最多、開(kāi)關(guān)操作數(shù)最少為目標(biāo)的供電恢復(fù)模型，建立了多代理系統(tǒng)，對(duì)含分布式電源的配電網(wǎng)的供電恢復(fù)問(wèn)題進(jìn)行了研究。基于多代理技術(shù)，利用JADE開(kāi)發(fā)平臺(tái)，為一個(gè)配電網(wǎng)設(shè)計(jì)了多代理復(fù)電系統(tǒng)，并檢驗(yàn)了該系統(tǒng)的運(yùn)行情況。

1 多代理系統(tǒng)概述

多代理系統(tǒng)(multi-agent system，MAS)是指能主動(dòng)感知所處環(huán)境的變化并能作用于環(huán)境的軟硬件集合。多代理系統(tǒng)中的各代理具有反應(yīng)性、社會(huì)性、自治性等特點(diǎn)，對(duì)于某些特殊的應(yīng)用系統(tǒng)，也可能主要利用代理的移動(dòng)性等特征。

多代理系統(tǒng)中的各代理可通過(guò)自主性動(dòng)作解決所遇到的問(wèn)題；當(dāng)單個(gè)代理遇到無(wú)法解決的問(wèn)題時(shí)，它會(huì)通過(guò)與其他代理的協(xié)調(diào)與合作共同解決這個(gè)問(wèn)題。因此，在多代理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，不僅涉及到單個(gè)代理的體系結(jié)構(gòu)、開(kāi)發(fā)手段、功能配置等問(wèn)題，還涉及到代理間的協(xié)調(diào)機(jī)制、交互方式、組織策略等問(wèn)題。

多代理系統(tǒng)是可以協(xié)同工作的一種松散型系統(tǒng)，其知識(shí)、數(shù)據(jù)及控制在邏輯上和物理上都可能是分散的，系統(tǒng)中各Agent分布于網(wǎng)絡(luò)的各節(jié)點(diǎn)上，可方便地求解分布式問(wèn)題和動(dòng)態(tài)問(wèn)題。電力系統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)復(fù)電重構(gòu)技術(shù)存在多目標(biāo)、分區(qū)域、非線性以及多階段等特點(diǎn)，屬于多代理技術(shù)的研究范圍[2]。

2 復(fù)電重構(gòu)代理

利用JADE開(kāi)發(fā)平臺(tái)，為圖1所示的配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了一個(gè)多代理復(fù)電系統(tǒng)。如圖所示，該配電網(wǎng)絡(luò)由2個(gè)變電站組成，每個(gè)變電站中都有1臺(tái)變壓器為3條支線供電，且每條支線分別為4條母線供電。在該配電網(wǎng)絡(luò)中分布著大量的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)(如S1、S2、T1、T2)，當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，即是通過(guò)改變這些開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，為失電的負(fù)載尋找到1條最優(yōu)的復(fù)電路徑，從而恢復(fù)停電區(qū)域的供電。

圖1 配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在配電網(wǎng)絡(luò)的每條支線上都設(shè)置1個(gè)支線代理(如FA1A、FA2A)，這些代理主導(dǎo)故障后的復(fù)電過(guò)程。支線代理接收各母線代理的故障信息并進(jìn)行綜合地分析和判斷，從而確定故障區(qū)域和故障程度；然后根據(jù)故障情況與網(wǎng)絡(luò)中其他支線代理協(xié)調(diào)協(xié)商，最終找到1個(gè)最優(yōu)的開(kāi)關(guān)操作方案，實(shí)現(xiàn)失電負(fù)載的轉(zhuǎn)供。

在配電網(wǎng)絡(luò)的每條母線上都設(shè)置1個(gè)母線代理(如BA1、BA5)，其主要任務(wù)是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)母線的工作狀況，在母線故障時(shí)將故障情況報(bào)告給相應(yīng)支線代理，并根據(jù)支線代理的命令操作相應(yīng)開(kāi)關(guān)。

3 復(fù)電策略及流程

3.1 復(fù)電策略

當(dāng)實(shí)際配電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障后，以何種目標(biāo)指導(dǎo)復(fù)電過(guò)程取決于實(shí)際需要。為了直觀地呈現(xiàn)多代理系統(tǒng)的工作情況，將復(fù)電目標(biāo)簡(jiǎn)化為以下兩點(diǎn)。

(1)最大限度地恢復(fù)供電

當(dāng)配電網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生故障時(shí)，相應(yīng)支線代理的任務(wù)之一即是盡最大可能為全部失電負(fù)載恢復(fù)供電。圖1所示的配電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，各支線及母線上的功率消耗值如表1所示(單位MW)，并設(shè)定系統(tǒng)中各支線可以提供的最大功率均為1 000 MW。

表1 正常運(yùn)行時(shí)的功率消耗值

(2)根據(jù)就近原則確定復(fù)電路徑

配電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，故障支線代理會(huì)逐一評(píng)價(jià)準(zhǔn)備為其提供電力供應(yīng)的支線，依次選擇離它距離最小的支線提供的電力，直到所有停電區(qū)域都恢復(fù)供電。在圖1所示的系統(tǒng)中，定義各支線間的距離如表2所示。

表2 各支線之間的距離值

3.2 復(fù)電流程

假設(shè)配電網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行時(shí)發(fā)生了如圖1所示的線路故障，則支線代理FA1C會(huì)執(zhí)行復(fù)電重構(gòu)工作，其過(guò)程簡(jiǎn)述如下：①注冊(cè)黃頁(yè)服務(wù)：系統(tǒng)故障時(shí)，各支線正常工作且可以向外提供電力，各支線代理會(huì)在黃頁(yè)上注冊(cè)功率服務(wù)，表示其可以向其他支線輸出功率。②接收故障信息：若支線1C上發(fā)生了線路故障，處于該支線上故障區(qū)域中母線代理會(huì)向支線代理FA1C發(fā)送故障信息。FA1C接收、記錄并分析這些故障信息。③注銷黃頁(yè)服務(wù)：若FA1C分析得出整條支線都已經(jīng)停電，則它會(huì)注銷其黃頁(yè)服務(wù)。④搜索黃頁(yè)服務(wù)并發(fā)出請(qǐng)求：為了恢復(fù)失電負(fù)載的供電，支線代理FA1C會(huì)搜索黃頁(yè)上能夠提供功率服務(wù)的支線，并向它們發(fā)出請(qǐng)求電力供應(yīng)的CFP信息。⑤接收回復(fù)信息：接收到了CFP信息的支線代理會(huì)根據(jù)本支線的實(shí)際情況，決定是否同意故障支線代理FA1C的請(qǐng)求，并回復(fù)“同意”、“拒絕”或者不回復(fù)任何信息，F(xiàn)A1C接收并記錄這些信息。⑥評(píng)估建議信息：如果有支線代理準(zhǔn)備為故障支線1C提供電力，則支線代理FA1C會(huì)逐一評(píng)估這些支線代理提供的建議信息，根據(jù)就近原則和最大限度恢復(fù)供電原則確定最優(yōu)的復(fù)電方案。⑦方案執(zhí)行：評(píng)估完成后，支線代理FA1C會(huì)發(fā)出命令操作相應(yīng)的開(kāi)關(guān)并連接上負(fù)載。

4 仿真分析

所模擬的是支線1C發(fā)生線路故障時(shí)，多代理系統(tǒng)完成配電網(wǎng)絡(luò)故障重構(gòu)的過(guò)程。由表1可得，當(dāng)支線1C上發(fā)生線路故障時(shí)，該支線需要恢復(fù)的總功率是580 MW。設(shè)定支線1C發(fā)生故障時(shí)，其它支線均正常工作，并都準(zhǔn)備向1C提供富余功率。由于支線1B和1C之間的距離為1，且支線1B目前可向外輸出480 MW功率，所以FA1C會(huì)首先接收該480 MW功率。由于支線1A和1C之間的距離為2，且支線1A目前可向外提供440 MW的功率，因此它會(huì)提供給支線1C另外的100 MW功率。網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖3(a)、(b)由JADE平臺(tái)上的Sinffer Agent監(jiān)測(cè)到的該故障環(huán)境下各代理的交互順序圖。圖中的每一列表示一個(gè)代理；每一行表示一次信息的交互過(guò)程，由信息發(fā)送者指向信息接收者。為了便于觀察，圖中只列出了支線代理FA1A、FA1B、FA1C、BA9、BA10、BA11、BA12等幾個(gè)與該故障環(huán)境密切相關(guān)的代理的交互情況。在圖3(a)、(b)中，第3～5列分別代表支線代理FA1A、FA1B、FA1C，第6～9列分別表示母線代理BA9～BA12。圖中各行信息所表示的具體含義如表3所示。

圖2 重構(gòu)后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

表3 各代理交互信息描述

5 結(jié) 論

以多代理技術(shù)為基礎(chǔ)，利用JADE開(kāi)發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了一個(gè)多代理復(fù)電系統(tǒng)，并檢驗(yàn)了該系統(tǒng)的運(yùn)行情況。多代理系統(tǒng)的分布式控制功能，為問(wèn)題的求解提供了一個(gè)更快捷的途徑。盡管多代理技術(shù)的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但總的來(lái)說(shuō)，多代理技術(shù)還不成熟，還需要深入的研究。此外，由于多代理技術(shù)的成本較高，加之配電系統(tǒng)對(duì)安全性的要求較高，所以多代理技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用還較少。但由于多代理技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)，隨著其成本的降低和技術(shù)的成熟，多代理技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用定會(huì)越來(lái)越廣泛。

圖3 各代理的交互順序圖

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