劉佳瀅,李天成,呂項羽
(1.東北電力大學,吉林 吉林 132012;2.國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學研究院,長春 130021)
近年來,隨著風力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生能源技術的發(fā)展,分布式發(fā)電(DG)以卓越的優(yōu)勢占領著一席之地[1]。根據(jù)國際標準IEEE 929—2000的規(guī)定,當含DG 的電網(wǎng)一旦發(fā)生故障,必須在2s內(nèi)檢測到孤島效應,電網(wǎng)都是通過隔離點所在饋線的斷路器切除所有DG 來減小其給電網(wǎng)帶來影響和危害,但與此同時,DG 的能力也同樣受到削弱。根據(jù)IEEE 1547—2003,配電網(wǎng)中不再禁止有計劃的孤島存在,反而鼓勵供電部門和電力用戶通過各種技術手段實現(xiàn)分布式發(fā)電的孤島運行[2]。
一旦配電網(wǎng)發(fā)生故障,配電網(wǎng)的供電恢復是系統(tǒng)恢復的主要任務。如何使調(diào)度人員在故障后盡可能地快速隔離故障區(qū)域,減小停電范圍,縮小停電損失,具有重要意義[3]。本文針對傳統(tǒng)饋線自動化自愈控制技術提出了基于多智能體(multi-agent)控制方法,各站配電終端都可看成一個智能體(agent),各agent通過通信網(wǎng)絡組成agent系統(tǒng),與各agent通過信息交換,利用改進的遺傳算法實現(xiàn)故障定位和故障恢復。
智能配電自動化終端的供電系統(tǒng)應滿足終端本身工作電源、通信裝置工作電源和斷路器操作電源的需要,通過采集電壓、電流、功率的狀態(tài)量,遙控開關動作,對時來操作斷路器,對故障區(qū)域恢復供電,見圖1,圖中:TV 為電壓互感器;TA 為電流互感器。
多智能體系統(tǒng)在表達實際系統(tǒng)時,通過各智能體間的通訊、合作、互解、協(xié)調(diào)、調(diào)度、管理及控制來表達系統(tǒng)的結構、功能及行為特性。多智能體系統(tǒng)具有自主性、分布性、協(xié)調(diào)性,并具有自組織能力、學習能力和推理能力。采用多智能體系統(tǒng)解決實際應用問題,具有很強的魯棒性和可靠性,并具有較高的問題求解效率。對特定的作用,應選擇與其能力要求相匹配的結構。大致可以分為以下幾種結構[4]。
網(wǎng)狀結構:agent采用點到點的溝通方式,簡單明了,溝通便捷;agent具有良好的自治性和控制性,通過與不同系統(tǒng)合作具有不同的意義。
圖1 智能饋線自動化系統(tǒng)結構
樹狀結構:系統(tǒng)有中央控制者進行系統(tǒng)協(xié)調(diào),多智能體被固定在一個特定的開放的環(huán)境下,實現(xiàn)資源和數(shù)據(jù)的共享,這樣,各agent可以通過互相信息的交換和資源提取實現(xiàn)數(shù)據(jù)間協(xié)調(diào)。
組合結構:這種結構比較復雜,成千上萬的智能體通過集控中心的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)協(xié)調(diào),當一些agent發(fā)出需求指令時,它將所需通過agent鏈傳向集控中心,然后集控中心以發(fā)散的形式將信息傳遞給更多的agent,以尋求合作請求,這樣能夠滿足多agent的協(xié)調(diào)溝通[5]。
梯形結構:在底層多agent結構中,分別根據(jù)處理問題的不同,采用不同的放射型或者是網(wǎng)狀和放射型相結合的體系結構、整體系統(tǒng)可以根據(jù)不同的要求采用不同的層次。系統(tǒng)最終通過一個最高協(xié)調(diào)者進行綜合協(xié)調(diào)控制。
本著在保證重要負荷優(yōu)先恢復的前提下盡可能多地恢復失電負荷并降低網(wǎng)絡損耗,目標函數(shù)如下:
式中:集合C代表重要負荷節(jié)點;Li是i節(jié)點負荷,λi、ki為集合數(shù)集;Ii、Ri分別為故障點電流、節(jié)點阻抗;集合M代表非故障區(qū)域節(jié)點,集合N代表網(wǎng)絡支路。
遺傳算法是從代表問題可能潛在的解集的一個種群開始的,而一個種群則由經(jīng)過基因編碼的一定數(shù)目的個體組成。遺傳算法具有很強的全局優(yōu)化解搜索能力,因此被廣泛應用于傳統(tǒng)配電網(wǎng)重構方案的搜索中[6]。Multi-agent系統(tǒng)適合于復雜的、開放的分布式系統(tǒng)。它們通過智能體的合作來完成任務的求解,實現(xiàn)多智能體系統(tǒng)的關鍵是多個智能體之間的通信和協(xié)調(diào)。而所謂的故障恢復,就是為了得出斷路器控制的操作策略,智能體均采用二進制編碼制以控制開關的開合狀態(tài),用編碼對所有供電區(qū)域的饋線進行編制,同時,連接各饋線的關鍵節(jié)點也都按照順序進行編制,當啟動恢復過程時,每個饋線都可以對應一個agent控制環(huán)境。
在agent環(huán)境下首先控制某一參與編碼的斷路器置于閉合狀態(tài),并且agent的饋線結構系統(tǒng)中的所有相應開關斷開,隨后按照順序判斷下一個智能體斷路器狀態(tài),如果斷路器已經(jīng)是閉合狀態(tài),則依次往下判斷環(huán)路狀態(tài)。如果處于斷開狀態(tài);則將隨機選取某一agent將斷路器斷開,同時,將所有含有該斷路器的環(huán)路中的相應位置斷開[7-9]。當所有斷路器診斷完畢,就得到了初始種群。
Multi-agent的應用在遺傳算法中具有控制調(diào)節(jié)的積極作用,它是對每個agent環(huán)境發(fā)來的最優(yōu)解分布信息進行收集,并集中進行分析計算,然后把計算結果合成分布集,傳遞給下級agent,生成遺傳算法子代[10-11]。算法具體框圖見圖2。
圖2 多代理演化算法流程圖
某地區(qū)配電網(wǎng)單線圖見圖3。本圖選取配電網(wǎng)線路的典型算例,所示的配電網(wǎng)中帶括號的數(shù)字表示的為負荷,無括號的數(shù)字表示的是斷路器節(jié)點。設定母線7與斷路器8之間的線路故障,由母線0、7及41對斷電負荷恢復供電。DG3和DG1由于處于失電區(qū),在故障后要孤島運行。
切斷6-8母線,13-8之間饋線或17-13間饋線,均能夠讓故障隔離,算法程序運行20次,在28代左右收斂到穩(wěn)定值,恢復負荷電流7 150A(見圖4)。
配電網(wǎng)運行過程中,均衡度、網(wǎng)損都受到故障影響,根據(jù)斷路器動作情況的不同,選擇網(wǎng)損值最小的動作方式,根據(jù)開關動作情況,可從圖5、圖6 中看出運行的均衡度不同,網(wǎng)損值也不一樣,穩(wěn)定性,安全性也相應具有一定影響,所以,系統(tǒng)過程中應選擇合適的斷路器閉合組合,提高供電可靠性、安全性。
本文利用多智能體技術對包含分布式電源的配電網(wǎng)大面積斷電供電恢復問題進行求解,建立了故障恢復的目標數(shù)學模型,詳細地分析了系統(tǒng)恢復過程中的算法過程,利用傳統(tǒng)算法與agent結合,所用算法排除了傳統(tǒng)算法的不確定性以及收斂速度慢的缺點,新的算法可良好的解決故障方案問題,可以結合實際情況選擇最優(yōu)解,分析表明,本文方法有較高的計算效率和準確性。
圖3 某地區(qū)配電網(wǎng)單線圖
圖4 負荷恢復量
圖5 網(wǎng)損值變化曲線
圖6 配電網(wǎng)運行均衡度變化曲線
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