智能分布式配電網(wǎng)自愈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐浩然

摘? ?要：為了有效地實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)的自愈功能，本文開發(fā)了一種智能分布式配電網(wǎng)自愈控制系統(tǒng)。首先對自愈控制的實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行了介紹，而后給出了智能配電網(wǎng)自愈控制的結(jié)構(gòu)，最后給出了自愈軟件應(yīng)用的框架和軟件的各個(gè)功能模塊。該自愈控制系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娤到y(tǒng)當(dāng)中潛在的一些事故進(jìn)行預(yù)防，還能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和隔離故障部件，最大限度地保證供電的連續(xù)性。

關(guān)鍵詞：分布式控制? 自愈控制? 智能配電網(wǎng)

中圖分類號：TM76? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）11（c）-0090-02

故障自愈是智能配電網(wǎng)的一項(xiàng)重要特征，簡單地說，配電網(wǎng)故障自愈主要指的是發(fā)生故障后配電網(wǎng)自我修復(fù)的過程。配電網(wǎng)自愈功能的實(shí)現(xiàn)依賴于適當(dāng)?shù)目刂品椒?。配電網(wǎng)傳統(tǒng)的管理方式主要是本地控制方式或基站集中控制方式，這些方法除了限制對分布式電源的廣泛訪問之外，還存在控制方式不靈活、處理速度慢等缺點(diǎn)。隨著通信技術(shù)和終端能量分配裝置的發(fā)展，一種分布式控制模式逐漸出現(xiàn)。該模式不依靠主配電網(wǎng)，而是對分散安裝在配電網(wǎng)相應(yīng)節(jié)點(diǎn)上的終端設(shè)備分散配電網(wǎng)的所有功能，并通過終端之間的信息交換來實(shí)現(xiàn)所建立的功能。分布式管理模式具有靈活的管理方法和快速的信息交換等特點(diǎn)，滿足了未來智能配電網(wǎng)的發(fā)展需求。

1? 自愈控制的實(shí)現(xiàn)原則

現(xiàn)階段，智能分布式自愈控制系統(tǒng)是配電網(wǎng)必然的一種發(fā)展趨勢。自修復(fù)控制的目標(biāo)是確保高質(zhì)量的不間斷電源，包括配電網(wǎng)的自我控制和自修復(fù)能力。智能分布式配電網(wǎng)的自愈控制必須遵循下面這幾項(xiàng)基本原則：

（1）集中與分布式相結(jié)合原則：配電網(wǎng)對于自愈控制的相關(guān)要求在于能夠?qū)⑴潆娋W(wǎng)損傷的具體情況和位置快速的進(jìn)行判斷，需要能夠在分布點(diǎn)終端將其進(jìn)行局部的解決。然而，在情況相對較為復(fù)雜的情況下，配電網(wǎng)自愈控制需要進(jìn)行集中的決策使得智能監(jiān)控器能夠?qū)p傷進(jìn)行監(jiān)控并制定相應(yīng)的解決方案。

（2）局部和全局相結(jié)合原則：由于電力系統(tǒng)在實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)中具有信息局部化的特征，并且信息傳遞主要是傳送到特定的變電站或特定的區(qū)域。但是配電網(wǎng)屬于一個(gè)整體性的網(wǎng)絡(luò)，要求相關(guān)信息必須可以集成于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)之上，并將其運(yùn)用到總體的測量系統(tǒng)當(dāng)中，應(yīng)用相關(guān)技術(shù)將其各個(gè)斷面同時(shí)段的數(shù)據(jù)予以獲取，進(jìn)而對配電網(wǎng)整體效能展開真實(shí)且有效的分析。

（3）智能化與模塊化相結(jié)合原則：在電網(wǎng)故障中，絕大多數(shù)的故障都是單向接地故障，因而在應(yīng)用高級軟件對電網(wǎng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置的過程中，應(yīng)該著重注意是否會(huì)出現(xiàn)單向接地故障的發(fā)生。但是在整體協(xié)調(diào)的過程當(dāng)中需要結(jié)合電網(wǎng)實(shí)際的運(yùn)行狀況以及各種工作條件，對其展開智能決策和分析。

2? 智能分布式配電網(wǎng)自愈控制結(jié)構(gòu)

多代理系統(tǒng)（MAS）屬于一個(gè)全新的研究領(lǐng)域，它是人工智能技術(shù)與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的融合。MAS主要是通過幾個(gè)相互連接的智能體組成，這些智能體分布于不同的環(huán)境當(dāng)中，但其具有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是可以按照外部環(huán)境的變化相互間交換本體的信息而最終做出相對較為明智的決策。MAS在非線性問題、離散問題解決等領(lǐng)域具有較為顯著的優(yōu)勢。本文開發(fā)的智能分布式配電網(wǎng)自愈控制系統(tǒng)是一個(gè)多層次的四層結(jié)構(gòu)，配電網(wǎng)通過互聯(lián)的常開通信交換機(jī)將其劃分為幾個(gè)不一樣的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域之間能夠共享的內(nèi)容主要通過相對應(yīng)的分支和饋線組建并實(shí)現(xiàn)，區(qū)域的電力恢復(fù)只需要通過當(dāng)區(qū)域的耦合開關(guān)進(jìn)行控制。智能分布式配電網(wǎng)自愈控制結(jié)構(gòu)中各代理的主要功能如下。

（1）饋線代理（FAG）：FAG代表一條負(fù)責(zé)連接并監(jiān)控負(fù)載的饋線。如有必要，饋線代理能夠控制饋線兩側(cè)開關(guān)的連接或斷開，并且能夠?qū)⑷魏巫兓ㄖ獏^(qū)域代理（在錯(cuò)誤丟失和負(fù)載成功恢復(fù)之前將開關(guān)重新打開所需的能量）。

（2）分布式電源代理（DGA）：每個(gè)分布式電源代理表示一個(gè)獨(dú)有的分布式電源，并且能夠完成對區(qū)域電力質(zhì)量以及性質(zhì)的有效、實(shí)時(shí)監(jiān)控。如果當(dāng)區(qū)域電力發(fā)生故障的時(shí)候，DGA能夠迅速彌補(bǔ)區(qū)域供電的不足，保障電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。在發(fā)生故障的情況下，可以減少不必要的開關(guān)操作，減少負(fù)載脫落，從而提高電源的可靠性。

（3）區(qū)域代理（ZAG）：每個(gè)區(qū)域代理表示一個(gè)固定區(qū)域，故障時(shí)負(fù)責(zé)與相鄰區(qū)域代理恢復(fù)第一階段的電源。在完成區(qū)域代理協(xié)商的整個(gè)過程之后，通過發(fā)送命令給總代理來控制并回復(fù)電源，進(jìn)而將總線代理的中斷予以恢復(fù)。

（4）全局代理（GAG）：GAG主要代表將全局代理進(jìn)行第二階段的還原，并通過接收第一階段的局部優(yōu)化信息得出最終的全局有化解。

3? 智能分布式配電網(wǎng)自愈控制應(yīng)用軟件

3.1 軟件系統(tǒng)框架

高級自修復(fù)管理應(yīng)用程序軟件是管理規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)以及對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)的相關(guān)人員進(jìn)行分析的有效工具。該系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)主要為三層式結(jié)構(gòu)，最底層為系統(tǒng)的基礎(chǔ)層，中間層為系統(tǒng)的管理層，最上層為系統(tǒng)的應(yīng)用層。

（1）基礎(chǔ)層主要包括三種類型的模塊，即數(shù)據(jù)模塊（如地理信息、電量信息等）、基礎(chǔ)程序模塊、電網(wǎng)建模與分析模塊。

（2）中間管理層主要包括三個(gè)功能模塊，即任務(wù)調(diào)度模塊、數(shù)據(jù)維護(hù)管理模塊、訪問控制模塊。

（3）應(yīng)用層主要包括軟件系統(tǒng)涉及的各個(gè)功能模塊。

3.2 軟件功能模塊分析

在分布式配電網(wǎng)中，本系統(tǒng)的主要功能的按照自愈控制軟件將配電網(wǎng)不同區(qū)域進(jìn)行檢測，進(jìn)而選擇不同的電壓等級控制權(quán)限。軟件功能模塊分析如下：

（1）潮流計(jì)算。潮流計(jì)算是本系統(tǒng)中應(yīng)用最為重要且廣泛基礎(chǔ)的一種電氣計(jì)算功能模塊。該功能模塊的作用是在給定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行調(diào)價(jià)的狀況下，將電力系統(tǒng)總線的電壓及功率耗損進(jìn)行確定，并對網(wǎng)絡(luò)功率進(jìn)行分配等。

（2）拓?fù)浞治?。配電網(wǎng)應(yīng)用分析中，配電網(wǎng)拓?fù)浞治鍪亲顬榛A(chǔ)的部分。該功能模塊主要是通過各終端與變電站之間的聯(lián)系，在變電站中獲取相應(yīng)的單線圖，最終得到有關(guān)電氣設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞南嚓P(guān)信息。

（3）狀態(tài)估計(jì)。智能配電網(wǎng)在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，并將其實(shí)時(shí)傳輸?shù)街髡具M(jìn)行分析。在對系統(tǒng)進(jìn)行測量時(shí)，需要運(yùn)用冗余度評估系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，以消除運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的誤差信息，提升系統(tǒng)運(yùn)行的精準(zhǔn)度。

（4）網(wǎng)絡(luò)重新配置。根據(jù)系統(tǒng)限制（例如：拓?fù)溥B接關(guān)系限制、電氣限制、功率指數(shù)限制、功率流限制、設(shè)備帶寬限制等），中斷網(wǎng)絡(luò)分段開關(guān)，以使電網(wǎng)總損耗最小化，以此改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的連接開關(guān)。

（5）供電恢復(fù)與故障定位隔離。故障定位在短時(shí)間內(nèi)結(jié)合特定的功率恢復(fù)算法，提供了一種更合理、可靠的功率恢復(fù)方法。

（6）負(fù)荷轉(zhuǎn)供。如果配電網(wǎng)在運(yùn)行過層中出現(xiàn)故障需要對其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)的情況下，需要轉(zhuǎn)換提供相應(yīng)的負(fù)荷來對拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)，如果修復(fù)中開關(guān)次數(shù)較少，那么所對應(yīng)的轉(zhuǎn)供負(fù)荷也較少。

（7）靜態(tài)安全分析。按照配電網(wǎng)運(yùn)行所具備的特點(diǎn)及分布式結(jié)構(gòu)，基于N-1準(zhǔn)則的前提條件下，靜態(tài)安全分析能夠?qū)⒅笜?biāo)的安全效率和進(jìn)行完整的判斷，同時(shí)能夠?qū)M件是否超載，總線電壓是否超過了風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和供電能力進(jìn)行分析。

（8）運(yùn)行狀態(tài)評估。按照自愈控制對分布式配電網(wǎng)性能評估的相關(guān)要求，評估內(nèi)容涵蓋脆弱性評估、安全預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)評估、電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的分析與評價(jià)這四個(gè)方面。

綜上所述，本文設(shè)計(jì)的智能分布式配電網(wǎng)自愈控制系統(tǒng)能夠在不同的條件下，使用不同的Agent來執(zhí)行相應(yīng)的功能。然而，智能分布式配電網(wǎng)自愈控制系統(tǒng)極為龐大，在構(gòu)建智能分布式配電網(wǎng)自愈控制系統(tǒng)的過程中，應(yīng)該按照各地區(qū)不同的情況，對配電網(wǎng)自愈控制進(jìn)行適應(yīng)的調(diào)整和完善。

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