含分布式電源的故障恢復(fù)策略分析

劉佳瀅，李天成，呂項(xiàng)羽

（1.東北電力大學(xué)，吉林 吉林 132012；2.國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長春 130021）

近年來，隨著風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生能源技術(shù)的發(fā)展，分布式發(fā)電（DG）以卓越的優(yōu)勢占領(lǐng)著一席之地［1］。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE 929—2000的規(guī)定，當(dāng)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(yīng)，電網(wǎng)都是通過隔離點(diǎn)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(shù)手段實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電的孤島運(yùn)行［2］。

一旦配電網(wǎng)發(fā)生故障，配電網(wǎng)的供電恢復(fù)是系統(tǒng)恢復(fù)的主要任務(wù)。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(shù)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(luò)組成agent系統(tǒng)，與各agent通過信息交換，利用改進(jìn)的遺傳算法實(shí)現(xiàn)故障定位和故障恢復(fù)。

1 智能饋線自動化系統(tǒng)

1.1 智能配電終端系統(tǒng)

智能配電自動化終端的供電系統(tǒng)應(yīng)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(guān)動作，對時來操作斷路器，對故障區(qū)域恢復(fù)供電，見圖1，圖中：TV 為電壓互感器；TA 為電流互感器。

1.2 多智能體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

多智能體系統(tǒng)在表達(dá)實(shí)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(dá)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、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(xué)習(xí)能力和推理能力。采用多智能體系統(tǒng)解決實(shí)際應(yīng)用問題，具有很強(qiáng)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(yīng)選擇與其能力要求相匹配的結(jié)構(gòu)。大致可以分為以下幾種結(jié)構(gòu)［4］。

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)：agent采用點(diǎn)到點(diǎn)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(jié)構(gòu)

樹狀結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)有中央控制者進(jìn)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(shí)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)間協(xié)調(diào)。

組合結(jié)構(gòu)：這種結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成千上萬的智能體通過集控中心的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)，當(dāng)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(jié)構(gòu)：在底層多agent結(jié)構(gòu)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(jié)合的體系結(jié)構(gòu)、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(jìn)行綜合協(xié)調(diào)控制。

2 配電網(wǎng)故障恢復(fù)模型的建立

2.1 數(shù)學(xué)模型的建立

本著在保證重要負(fù)荷優(yōu)先恢復(fù)的前提下盡可能多地恢復(fù)失電負(fù)荷并降低網(wǎng)絡(luò)損耗，目標(biāo)函數(shù)如下：

式中：集合C代表重要負(fù)荷節(jié)點(diǎn)；Li是i節(jié)點(diǎn)負(fù)荷，λi、ki為集合數(shù)集；Ii、Ri分別為故障點(diǎn)電流、節(jié)點(diǎn)阻抗；集合M代表非故障區(qū)域節(jié)點(diǎn)，集合N代表網(wǎng)絡(luò)支路。

2.2 算法和策略研究

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(qiáng)的全局優(yōu)化解搜索能力，因此被廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)配電網(wǎng)重構(gòu)方案的搜索中［6］。Multi－agent系統(tǒng)適合于復(fù)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(wù)的求解，實(shí)現(xiàn)多智能體系統(tǒng)的關(guān)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(fù)，就是為了得出斷路器控制的操作策略，智能體均采用二進(jìn)制編碼制以控制開關(guān)的開合狀態(tài)，用編碼對所有供電區(qū)域的饋線進(jìn)行編制，同時，連接各饋線的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)也都按照順序進(jìn)行編制，當(dāng)啟動恢復(fù)過程時，每個饋線都可以對應(yīng)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(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的所有相應(yīng)開關(guān)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(jī)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(yīng)位置斷開［7－9］。當(dāng)所有斷路器診斷完畢，就得到了初始種群。

Multi－agent的應(yīng)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(jìn)行收集，并集中進(jìn)行分析計算，然后把計算結(jié)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

3 算例分析

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(fù)荷，無括號的數(shù)字表示的是斷路器節(jié)點(diǎn)。設(shè)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(fù)荷恢復(fù)供電。DG3和DG1由于處于失電區(qū)，在故障后要孤島運(yùn)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(yùn)行20次，在28代左右收斂到穩(wěn)定值，恢復(fù)負(fù)荷電流7 150A（見圖4）。

配電網(wǎng)運(yùn)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(guān)動作情況，可從圖5、圖6 中看出運(yùn)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(yīng)具有一定影響，所以，系統(tǒng)過程中應(yīng)選擇合適的斷路器閉合組合，提高供電可靠性、安全性。

4 結(jié)論

本文利用多智能體技術(shù)對包含分布式電源的配電網(wǎng)大面積斷電供電恢復(fù)問題進(jìn)行求解，建立了故障恢復(fù)的目標(biāo)數(shù)學(xué)模型，詳細(xì)地分析了系統(tǒng)恢復(fù)過程中的算法過程，利用傳統(tǒng)算法與agent結(jié)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(diǎn)，新的算法可良好的解決故障方案問題，可以結(jié)合實(shí)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(zhǔn)確性。

圖3 某地區(qū)配電網(wǎng)單線圖

圖4 負(fù)荷恢復(fù)量

圖5 網(wǎng)損值變化曲線

圖6 配電網(wǎng)運(yùn)行均衡度變化曲線

［1］ 趙宏偉，吳濤濤.基于分布式電源的微網(wǎng)技術(shù)［J］.電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，2008，20（1）：121－128.

［2］ 劉健，畢鵬翔，董海鵬.復(fù)雜配電網(wǎng)簡化分析與優(yōu)化［M］.北京：中國電力出版社.2002，68－244.

［3］ 李海鋒，張堯，錢國基，等.配電網(wǎng)故障恢復(fù)重構(gòu)算法的研究［J］.電力系統(tǒng)自動化，2001，25（8）：34－37.

［4］ 曾小春.基于遺傳算法的以提高系統(tǒng)可靠性為目的的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)研究［D］.西安：西安交通大學(xué)，2001.

［5］ 薛迎成，臺日能靈，劉立群，等.微電網(wǎng)孤島運(yùn)行模式下的協(xié)調(diào)控制策略［J］.中國電力，2009，42（7）：36－40.

［6］ 王紅梅.算法設(shè)計與分析［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2006：18－188.

［7］ 陳竟成，徐德超，于爾鏗.配電網(wǎng)故障恢復(fù)系統(tǒng)［J］.電力系統(tǒng)自動化，2000，24（4）：46－51.

［8］ K.Aoki，T.Satoh，M.Itoh，etc.Voltage Drop Constrained Testoration of Supply by Switch Operation in Distribution Systems［J］，IEEE Trans.on PWRD，1988，3（3）：1267－1274.

［9］ 黃小兵，唐文勝.基于Agent系統(tǒng)的概念、方法和應(yīng)用［J］.計算機(jī)與現(xiàn)代化，2000，（4）：6－11.

［10］ 盛戈白皋，涂光瑜，羅毅，等.基于多Agent的二級電壓控制系統(tǒng)［J］.電力系統(tǒng)自動化，2002，26（5）：20－25.

［11］ 魏巍，李興源，廖萍.含分布式電源的電力系統(tǒng)多代理故障恢復(fù)新方法［J］.電力系統(tǒng)自動化，2009，33（3）：89－93.