基于多代理技術(shù)的含分布電源的智能配電網(wǎng)探究

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司茂名高州供電局 劉耀中

圍繞電能的發(fā)、輸、配、用鏈條進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，終端用戶(hù)、用電、配電間的合作相對(duì)薄弱，這對(duì)電力系統(tǒng)整體效率和性能帶來(lái)一定負(fù)面影響，而為了盡可能消除這種負(fù)面影響，智能配電網(wǎng)就應(yīng)運(yùn)而生。多代理系統(tǒng)是指相互服務(wù)、相互協(xié)調(diào)的多個(gè)Agent 成員共同完成一個(gè)任務(wù)的智能系統(tǒng)，多個(gè)Agent 組成群體的協(xié)調(diào)合作屬于該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵，而通過(guò)建設(shè)基于多代理技術(shù)的智能配電網(wǎng)，電力負(fù)荷管理的實(shí)時(shí)性、自適應(yīng)性、可擴(kuò)展性能夠有效增強(qiáng)，未來(lái)功能完善也能夠通過(guò)新負(fù)荷管理模塊的添加簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)。

1 配電網(wǎng)智能化相關(guān)概述

完全自動(dòng)化的供電網(wǎng)絡(luò)被稱(chēng)作智能電網(wǎng)，其能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控各節(jié)點(diǎn)和用戶(hù)，用戶(hù)端電器和各發(fā)電廠(chǎng)之間信息，以及電流的雙向流動(dòng)。通過(guò)寬帶通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸鏈接，對(duì)電網(wǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的集成，均能夠順利實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)成員間的實(shí)時(shí)互動(dòng)及無(wú)縫連接、市場(chǎng)交易實(shí)時(shí)開(kāi)展。智能微網(wǎng)配電子系統(tǒng)由儲(chǔ)能系統(tǒng)、分布式電源、負(fù)荷和保護(hù)裝置構(gòu)成，智能微網(wǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)與主電網(wǎng)連接通過(guò)公共連接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，如主配電網(wǎng)出現(xiàn)較大擾動(dòng)或故障，智能微網(wǎng)能夠迅速解列成為局部孤島電網(wǎng)，維持向內(nèi)部重要負(fù)荷提供獨(dú)立供電服務(wù)，在主配電網(wǎng)狀態(tài)恢復(fù)正常后則能夠再次與其連接并網(wǎng)運(yùn)行[1]。

配電網(wǎng)智能化涉及系統(tǒng)控制與監(jiān)視、與用戶(hù)交互、配電系統(tǒng)管理功能，在其他組成部分的協(xié)同下，配電網(wǎng)智能化在電壓和無(wú)功管理、系統(tǒng)監(jiān)視、資產(chǎn)使用率提升、網(wǎng)損控制等方面均能夠發(fā)揮優(yōu)化作用，同時(shí)能夠?yàn)榫S修作業(yè)安排和人員調(diào)度提供信息參考。緊急狀態(tài)下，智能化配電系統(tǒng)能夠自動(dòng)變?yōu)榭煽鼐钟虬踩珝u，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)本地分布能源的使用。分布能源能夠?yàn)闊o(wú)功與電壓優(yōu)化提供輔助，如存在停運(yùn)的并聯(lián)電容器，分布式電源能夠?yàn)榕潆娋W(wǎng)系統(tǒng)提供電壓支持。配電網(wǎng)智能化還能夠?yàn)橛脩?hù)參與削峰、填谷提供支持，如提供實(shí)時(shí)電價(jià)。由于存在先進(jìn)而復(fù)雜的功能，配電網(wǎng)智能化對(duì)控制系統(tǒng)的要求較高，需要在開(kāi)放通信體系結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置系統(tǒng)全部元件并保證其存在協(xié)同工作能力，局部分布式控制需要得到分布式計(jì)算機(jī)的支持，電力交換系統(tǒng)需要在分布式計(jì)算主體、通信系統(tǒng)、傳感器支持下實(shí)現(xiàn)對(duì)擾動(dòng)的快速反應(yīng)，相關(guān)影響能夠由此降到最低。

配電網(wǎng)智能化通過(guò)將中央配電控制中心和分布式配電運(yùn)行中心用于全配電系統(tǒng)中，在局部分布式控制理念下，前者能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)全配電系統(tǒng)微處理器的監(jiān)視，為分布式控制提供協(xié)調(diào)，同時(shí)協(xié)調(diào)輸電部分的控制。即可對(duì)全系統(tǒng)潮流進(jìn)行監(jiān)視并負(fù)責(zé)配電部分的分布電源協(xié)調(diào)，又可以將分布電源用于大型發(fā)電機(jī)無(wú)功和電壓管理、系統(tǒng)恢復(fù)、應(yīng)急處理。智能化局部配電運(yùn)行中心還可以負(fù)責(zé)多重網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、故障定位、無(wú)功優(yōu)化控制、隔離和服務(wù)恢復(fù)等基本配電自動(dòng)化功能[2]。

2 構(gòu)建含分布電源智能配電網(wǎng)意義及設(shè)計(jì)

2.1 構(gòu)建含分布電源智能配電網(wǎng)意義

配電網(wǎng)屬于用戶(hù)與電力系統(tǒng)連接的最末端，其能否實(shí)現(xiàn)可靠、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、安全運(yùn)行直接影響用戶(hù)的電能穩(wěn)定使用，出現(xiàn)故障的配電網(wǎng)也很容易導(dǎo)致供電中斷問(wèn)題出現(xiàn)。對(duì)于不斷提升的配電自動(dòng)化水平來(lái)說(shuō)，故障發(fā)生后的配電網(wǎng)絡(luò)可通過(guò)保護(hù)裝置快速切換，將故障隔離并實(shí)現(xiàn)供電迅速恢復(fù)，人身安全保護(hù)及經(jīng)濟(jì)損失控制可由此實(shí)現(xiàn)，這屬于智能配電網(wǎng)建設(shè)的意義所在。

在經(jīng)濟(jì)與社會(huì)快速發(fā)展下，用戶(hù)端電力需求不斷提升，并對(duì)供電可靠與安全提出更高要求，智能配電網(wǎng)在故障處理時(shí)的效率和表現(xiàn)，會(huì)對(duì)供電可靠性帶來(lái)直接影響。為適應(yīng)配電網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)，必須設(shè)法實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)主動(dòng)性充分發(fā)揮，建設(shè)含分布電源的智能配電網(wǎng)，而通過(guò)引入多代理技術(shù)開(kāi)展智能配電網(wǎng)設(shè)計(jì)，對(duì)滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的用戶(hù)側(cè)供電可靠性需求存在較高現(xiàn)實(shí)意義[3]。

2.2 基于多代理技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于多代理技術(shù)設(shè)計(jì)的含分布電源智能配電網(wǎng)系統(tǒng)，由以下四種代理組成：包括分布式電源代理、控制端代理、應(yīng)用代理、用戶(hù)代理。應(yīng)用代理可細(xì)分為可視化界面和數(shù)據(jù)服務(wù)代理，能夠通過(guò)四個(gè)代理協(xié)同工作，確保在電網(wǎng)故障斷電期間，向重要用戶(hù)負(fù)荷可靠的供電?？刂贫舜碡?fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)頻率和電壓進(jìn)行監(jiān)視，同時(shí)可完成事故監(jiān)測(cè)，故障出現(xiàn)時(shí)期能夠發(fā)送信號(hào)給主干網(wǎng)斷路器，主干電網(wǎng)與智能微網(wǎng)由此隔離，接收主干電網(wǎng)提供的電價(jià)信號(hào)并向智能電網(wǎng)其他部分發(fā)送同樣屬于控制端代理的重要功能。

分布式電源代理存儲(chǔ)分布電源點(diǎn)信息，以此對(duì)分布式電源點(diǎn)的功率進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)能夠監(jiān)控其連接狀態(tài)，相關(guān)信息涉及設(shè)備數(shù)量、額定功率、電價(jià)、類(lèi)型、燃料利用率等。用戶(hù)代理能夠提供信息傳遞通道給用戶(hù)，涉及智能系統(tǒng)各實(shí)體實(shí)時(shí)信息，重要和非重要負(fù)荷電能消費(fèi)也能夠通過(guò)用戶(hù)代理監(jiān)視，負(fù)荷狀態(tài)可基于預(yù)定的優(yōu)先級(jí)別由用戶(hù)進(jìn)行控制；應(yīng)用代理涉及存儲(chǔ)記錄信息、系統(tǒng)信息及共享各代理之間信息，同時(shí)負(fù)責(zé)提供用戶(hù)顯示模塊并滿(mǎn)足存取各代理數(shù)據(jù)需要[4]。

2.3 系統(tǒng)模型構(gòu)建

應(yīng)用帶來(lái)功能構(gòu)成涉及命名服務(wù)器、認(rèn)證服務(wù)器、可視化界面，應(yīng)用代理功能涉及認(rèn)證服務(wù)功能、命名服務(wù)器功能、可視化功能。認(rèn)證服務(wù)器功能涉及注冊(cè)代理及對(duì)應(yīng)服務(wù)，命名服務(wù)器功能負(fù)責(zé)對(duì)已知各代理實(shí)際網(wǎng)絡(luò)位置顯示及注冊(cè)。認(rèn)證服務(wù)器在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)能夠獲得命名服務(wù)器提供的激活代理類(lèi)別，信息收集可在這一過(guò)程中基于定時(shí)輪詢(xún)方式完成。通過(guò)對(duì)認(rèn)證服務(wù)器的查詢(xún)，各代理能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)其他代理信息獲取?？梢暬K能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立可視化服務(wù)提供，啟動(dòng)后的可視化模塊能夠獲取命名服務(wù)器提供的代理信息，各代理數(shù)據(jù)信息可通過(guò)可視化模塊實(shí)時(shí)顯示，具體行業(yè)專(zhuān)業(yè)化功能由業(yè)務(wù)代理負(fù)責(zé)提供[5]。

2.4 基于明確代理責(zé)任開(kāi)展系統(tǒng)協(xié)作設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的模型化，開(kāi)展基于明確代理責(zé)任開(kāi)展系統(tǒng)協(xié)作設(shè)計(jì)，需通過(guò)協(xié)作圖展示環(huán)境交互及代理間交互。圖1直觀(guān)展示了代理的責(zé)任和作用，數(shù)據(jù)庫(kù)代理與智能電網(wǎng)的三個(gè)代理交互，認(rèn)證服務(wù)器和命名服務(wù)器組成數(shù)據(jù)庫(kù)代理，系統(tǒng)內(nèi)交互信息通過(guò)可視化界面接收并供用戶(hù)查看，認(rèn)證服務(wù)器、命名服務(wù)器、可視化界面均被稱(chēng)作應(yīng)用代理。通過(guò)TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行所有信息交互，而圍繞系統(tǒng)工作流程進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，控制端代理負(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化執(zhí)行，數(shù)據(jù)庫(kù)代理在用戶(hù)代理和分布式電源代理通知后出現(xiàn)[6]。

圖1 系統(tǒng)協(xié)作示意圖

在系統(tǒng)工作過(guò)程中，命名服務(wù)器由所有代理通知IP 地址和名字，數(shù)據(jù)庫(kù)更新由命名服務(wù)器完成，這屬于代理注冊(cè)請(qǐng)求流程；認(rèn)證服務(wù)器通過(guò)所有代理通知功能，各代理相關(guān)功能信息由認(rèn)證服務(wù)器在數(shù)據(jù)庫(kù)中寫(xiě)入；各代理的活動(dòng)信息由可視化模塊接收并顯示；已知代理功能信息問(wèn)題由認(rèn)證服務(wù)器處理，在初始化過(guò)程后，分布式電源代理和用戶(hù)代理向控制端代理開(kāi)展注冊(cè)，注冊(cè)請(qǐng)求由控制端代理響應(yīng)；對(duì)于環(huán)境與不同代理的交互，主網(wǎng)的監(jiān)測(cè)信息通過(guò)控制端代理負(fù)責(zé)接收，注冊(cè)代理能夠接收控制端發(fā)布的信息。如停電故障出現(xiàn)，干線(xiàn)斷路器能夠接收控制端代理發(fā)出的指令信號(hào)。

電力請(qǐng)求信息能夠由用戶(hù)代理從負(fù)荷獲取，分布式電源代理可隨之接收相應(yīng)命令信息；電能生產(chǎn)信息從分布電源獲取，分布式電源代理負(fù)責(zé)該工作并向用戶(hù)代理發(fā)送信息，結(jié)合用戶(hù)預(yù)先設(shè)定的規(guī)則，分布式電源代理和用戶(hù)代理對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行反映；如存在出現(xiàn)故障的主配電網(wǎng)，并網(wǎng)斷路器在公共連接點(diǎn)處檢測(cè)到系統(tǒng)電壓和頻率降落，且微網(wǎng)存在較大故障電流持續(xù)向主配電網(wǎng)流入，及時(shí)動(dòng)作的斷路器能夠發(fā)揮作用，各種分布式電源在微網(wǎng)內(nèi)應(yīng)用科學(xué)控制策略，微網(wǎng)電壓和頻率穩(wěn)定能夠有效維持，并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的微網(wǎng)能夠在這一過(guò)程中向獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)平穩(wěn)過(guò)渡，內(nèi)部負(fù)荷持續(xù)供電不會(huì)受到影響，由此可直觀(guān)了解以多代理技術(shù)為基礎(chǔ)的含分布電源的智能配電網(wǎng)設(shè)計(jì)實(shí)用性[7]。

3 實(shí)例分析

以多代理技術(shù)為基礎(chǔ)的含分布電源的智能配電網(wǎng)設(shè)計(jì)的實(shí)踐應(yīng)用探索已經(jīng)開(kāi)展，以該設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的含分布電源主動(dòng)配電網(wǎng)自愈系統(tǒng)便屬于其中代表，該系統(tǒng)同樣應(yīng)用多代理技術(shù)，主要由區(qū)域代理層（RA）、饋線(xiàn)代理層（FA）組成，二者的基本結(jié)構(gòu)如圖2。其中，饋線(xiàn)代理層實(shí)質(zhì)上屬于上層協(xié)調(diào)層，選擇變電站出線(xiàn)側(cè)每回饋線(xiàn)處配置饋線(xiàn)代理，區(qū)域內(nèi)下層代理可由此實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)視、匯集、計(jì)算分析，同時(shí)提供的協(xié)調(diào)決策能夠用于沖突化解，預(yù)設(shè)的通信通道可實(shí)現(xiàn)各饋線(xiàn)代理間信息交互及通信；區(qū)域代理層實(shí)質(zhì)上屬于下層執(zhí)行層，每條饋線(xiàn)在配電網(wǎng)中按照多個(gè)分治區(qū)域劃分，多個(gè)分段為每個(gè)區(qū)域的邊界，分治區(qū)域首端開(kāi)關(guān)處配置區(qū)域代理，負(fù)責(zé)本地范圍設(shè)備管理控制，互相通信能夠在相鄰區(qū)域代理間開(kāi)展。在采集和上傳本地狀態(tài)信息的同時(shí)，區(qū)域代理還能夠自主感知內(nèi)外部狀態(tài)并實(shí)現(xiàn)科學(xué)判斷[8]。

圖2 區(qū)域代理層、饋線(xiàn)代理層基本結(jié)構(gòu)

饋線(xiàn)代理和區(qū)域代理內(nèi)部模塊包括數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、傳感器信息采集模塊、控制決策模塊、狀態(tài)感知與評(píng)估模塊、通信與信息交換模塊、功率分布評(píng)估模塊、執(zhí)行模塊、規(guī)則庫(kù)、集中優(yōu)化決策模塊。在系統(tǒng)提供的自愈機(jī)制下，多代理技術(shù)能夠保證含分布電源配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)隔離故障后的供電快速恢復(fù)及配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行優(yōu)化和快速供電恢復(fù)需求也能夠同時(shí)得到滿(mǎn)足。作為本文研究的含分布電源智能配電網(wǎng)設(shè)計(jì)實(shí)際應(yīng)用成果，含分布電源主動(dòng)配電網(wǎng)自愈系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出色，集中式的轉(zhuǎn)供電優(yōu)化搜索傳統(tǒng)過(guò)程得以省略，在各種復(fù)雜的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中均有著突出表現(xiàn)，具備較高推廣價(jià)值。圖3同樣屬于含分布電源的智能配電網(wǎng)典型設(shè)計(jì)，通過(guò)引入多代理技術(shù)，可得到圖4所示的代理結(jié)構(gòu)，這種多代理技術(shù)應(yīng)用同樣能夠發(fā)揮不俗效果。

圖3 含分布電源的智能配電網(wǎng)典型設(shè)計(jì)

圖4 代理結(jié)構(gòu)示意圖