CN102938583B - 基于智能体的智能配电网分层递阶控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种采用智能控制方法对智能配电网中可控对象进行协调控制，实现智能配电网的安全、可靠、经济、优化运行的技术方案，本发明的目的是提供一种基于智能体的智能配电网分层递阶控制方法，通过组织级、协调级、执行级与全网层模型、变电站层模型、设备层模型相结合，建立三级五层智能配电网自愈的分层递阶控制结构，实现维持智能配电网健康状态，提高供电安全性、可靠性、优质性和经济性，增强应急能力的目标。本发明的方法对自愈控制智能体、控制决策智能体、变电站智能体、测控智能体、具备调控功能的控制对象进行控制，在无人工干预条件下协调保护控制装置、安全自动装置、开关的动作行为。

Description

基于智能体的智能配电网分层递阶控制方法

技术领域

    本发明是一种采用智能控制方法对智能配电网中可控对象进行协调控制，实现智能配电网的安全、可靠、经济、优化运行的技术方案，属于电力系统理论、控制理论和人工智能的交叉技术应用领域。

背景技术

智能配电网除了具有传统配电网的多电压等级、环网结构、开环运行、高负荷密度、短电气距离等特点以外，还存在各种分布式电源以及冷、热、电联产等多种供能方式协调运行，并且大容量动态负荷多，大容量冲击负荷如电铁、电动汽车充电设施等对配电网的影响非常大。

智能配电网是联系大电网与用户的重要环节，在遇到自然灾害或其他紧急情况影响正常供电时，将会影响用户的用电引起巨大的经济损失和严重的社会影响，因此迫切需求智能配电网具有自愈能力，能够抵御各种紧急情况对智能配电网的损害，缩短供电中断的时间，保障供电的可持续性，提高供电质量，优化配电网的运行。

正常运行时智能配电网为开环供电方式，在没有分布式电源的情况下，如果发生故障则会引起部分负荷失电，需尽快改变运行方式，以恢复对失电负荷的供电，有分布式电源接入的情况下，鉴于其对智能配电网带来的多种影响，紧急状态时先将其退出运行，再进行紧急控制。而分布式电源对智能配电网的供电具有补充作用，对电能质量、电压稳定性均具有支撑作用，紧急状态下将其退出运行不具有合理性。当前智能配电网采用的是自上而下的多级控制体制，对具有分布分散、数量庞大的分布式电源控制能力有限。

智能配电网的控制包括继电保护、线路、变压器、开关、电容器、分布式电源等，这些被控对象分布在不同变电站及馈线上，为计及多个时段数据间的联系，控制方案的决策需要考虑城市电网当前和历史运行状态、以及运行变化趋势，因此各项控制之间需要在时间和空间上进行配合，智能体具有自治性、反应性和社会性，如果将其与分层递阶控制相结合能够很好地处理自愈控制这种复杂的智能控制过程。自愈控制技术是人工智能与控制理论发展的必然结果，和传统控制模式相比，它具有自治性、智能性、协调性、主动性和社会性等优良特征，使被控对象具备很强的自我愈合、自我防治、自我免疫能力。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于智能体的智能配电网分层递阶控制方法，通过组织级、协调级、执行级与全网层模型、变电站层模型、设备层模型相结合，建立三级五层智能配电网自愈的分层递阶控制结构，实现维持智能配电网健康状态，提高供电安全性、可靠性、优质性和经济性，增强应急能力的目标。

技术方案：基于智能体的智能配电网分层递阶控制将保护控制装置、安全自动装置、开关、主站计算机的动作行为分为组织级、协调级和执行级，各自建立相适应的全网层模型、变电站层模型和设备层模型，并且各层之间相互配合，使控制功能与控制精度相互协调，形成开关、保护控制装置、安全自动装置等控制设备与配电网主站计算机统一的协调控制系统。

名词解释：

自愈控制智能体：指位于配电网主站的计算机软件，接收协调级上传的控制需求信息、环境信息、人或其他系统智能体的信号，通过机器智能进行决策，根据当前配电网所处的运行状态，有选择地触发激活协调级的控制决策智能体，实现对协调级智能体进行组织管理。

控制决策智能体：指位于配电网主站的计算机软件，根据变电站智能体上传的配电网运行数据，确定配电网当前的运行状态，并向组织级的自愈控制智能体传送状态评估结果和控制需求信息，或根据自愈控制智能体下达的控制任务信息，结合自身的知识通过解析翻译形成控制命令，并发送给变电站智能体。

变电站智能体：指位于变电站的计算机软件，接收执行级上传的配电网运行和控制信息，进行处理后上传给控制决策智能体，同时接收控制决策智能体的控制指令，结合自身的知识进行决策，协调各执行级智能体的动作行为。

测控智能体：指位于变电站的计算机软件和设备处的硬件装置联合体，根据变电站智能体发出的指令和自身的知识形成具体操作命令，并执行操作完成配电网的信息测量和控制功能。

具备调控功能的控制对象：指端电压或输出功率可以调节的发电机。                             

本发明的基于智能体的智能配电网分层递阶控制方法采用分层递阶控制方法对自愈控制智能体、控制决策智能体、变电站智能体、测控智能体、具备调控功能的控制对象进行控制，在无人工干预条件下协调保护控制装置、安全自动装置、开关的动作行为，具体步骤如下：

1）具备调控功能的控制对象通过调控模块比较接收到的电压、功率和测控智能体传来的控制目标信号，如果达到动作阀值则执行调节发电机电压和功率的控制指令； 

2）测控智能体对电压电流互感器变换得到的电压、电流信号进行采样计算，然后传送给变电站智能体，同时将获得的电压电流信号与动作阀值比较，达到动作阀值或接收到变电站智能体传来的动作指令时执行控制操作；

3）变电站智能体接收测控智能体传来的智能配电网运行和控制信息，进行数据重组将单个测控点的信息转换为变电站的运行状态变化过程信息和动作事件序列，然后以报文方式通过远程测控终端和通讯网络传送给控制决策智能体，同时接收控制决策智能体的控制指令，与专家知识库的规则进行比较，筛选输出各执行级智能体的动作行为指令，并传递给对应的测控智能体；

4）控制决策智能体将接收到的电压电流与正常电压电流值进行比较、并进行网络拓扑连通性检查，若负荷处的电压电流不在正常值范围内、且与电源不连通时，搜索与该负荷所在区段相连且另一端具有正常电压信号的开关，计算比较这些开关所连的正常供电区段的功率储备，得到功率储备大于负荷且操作开关最少的供电方式，如果没有可行的供电方式能恢复对所有负荷的供电则根据负荷的重要性进行排序，将大于功率储备且重要性低的负荷确定为停电负荷，同时将智能配电网的状态信息传递给自愈控制智能体；

控制决策智能体分别设置各设备退出运行，计算智能配电网的电压电流分布，并与正常电压电流值进行比较，如果均不超出正常运行范围，则对历史负荷和分布式电源出力进行延拓处理，分别得出负荷和分布式电源出力的变化趋势，然后结合接收到的当前电压、电流、开关状态信号对配电网各种运行方式下的网损进行计算、比较，得到网损最小的运行方式以及由当前运行方式转变为网损最小运行方式所需要进行的操作，同时将智能配电网的状态信息传递给自愈控制智能体；

控制决策智能体利用接收到的历史电压电流信号、预测负荷数据、预测分布式电源出力和电网结构对配电网进行评估，比较负荷变化前后各种运行方式下的功率分布和电压的变化情况，输出当前配电网结构、有功电源或无功电源不能满足负荷及其变化的情况，以及调整配电网结构、有功电源或无功电源的策略，同时将智能配电网的状态信息传递给自愈控制智能体；

5）自愈控制智能体接受到控制决策智能体传来的控制需求信息，以及环境信息、人或其它系统智能体的信号后，通过机器智能进行知识推理，根据当前智能配电网所处的运行状态，有选择地触发激活控制决策智能体的功能模块。

有益效果：本方案将智能体和分层递阶控制方法应用到配电网自愈控制中，将不同控制目标融入到各级智能体中，并建立各自的全网层模型、变电站层模型和设备层模型，实现多目标并行决策，可使配电网既能在紧急情况下以最快的速度进行适当的控制，最大限度地将局部问题限制在最小的范围内完成控制，又能协调优化整个配电网的运行，可以减少用户停电次数，缩短停电时间，缩小停电范围，提高供电能力和可靠性，降低电能损耗，提高配电设备利用率。

附图说明

    图1是基于智能体的智能配电网分层递阶控制方案结构图。

    图2是基于智能体的智能配电网自愈控制分层递阶结构示意图。

    图3是基于智能体的智能配电网分层递阶控制方案试验线路示意图。

具体实施方式

基于智能体的智能配电网分层递阶控制方法采用分层递阶控制方法对自愈控制智能体、控制决策智能体、变电站智能体、测控智能体、具备调控功能的控制对象进行控制，在无人工干预条件下协调保护控制装置、安全自动装置、开关的动作行为。具体的控制过程的实例如下：

1）具备调控功能的控制对象如发电机通过调控模块如励磁机比较接收到的电压、功率和测控智能体传来的控制目标信号，如果达到动作阀值则执行调节发电机电压和功率的控制指令，如将分布式电源的端电压调节到10.6kV；

2）测控智能体对电压电流互感器变换得到的电压、电流信号进行采样计算，然后传送给变电站智能体如横溪变分接头处于第5档，同时将获得的电压电流信号与动作阀值比较，达到动作阀值或接收到变电站智能体传来的动作指令时执行控制操作，如龙禄线电流Ⅰ段定值为3.6A、采集到的电流为7.4A时触发继电器将龙山变的龙禄线开关分闸以切除故障，横溪变的测控智能体则将变压器分接头调到第2档，且分开关CB2和CB3、合开关CB4以恢复对负荷的供电；

3）变电站智能体接收测控智能体传来的智能配电网运行和控制信息，进行数据重组将单个测控点的信息转换为变电站的运行状态变化过程信息和动作事件序列，然后以报文方式通过远程测控终端和通讯网络传送给控制决策智能体，如龙禄线的故障信号、龙山变的保护和开关动作信号，同时接收控制决策智能体的控制指令，与专家知识库的规则进行比较，筛选输出各执行级智能体的动作行为指令，并传递给对应的测控智能体，如横溪变投运分布式电源指令、变压器分列运行指令、电容器投入指令、调节变压器分接头指令。

4）控制决策智能体将接收到的电压电流与正常电压电流值进行比较、并进行网络拓扑连通性检查，若负荷处的电压电流不在正常值范围内、且与电源不连通时确定为失电负荷，如禄口变电压为0.0kV，小于正常电压31.5kV，且龙禄线与电源的连接通路被切断，则确定禄口变为失电负荷，搜索与该其相连且另一端具有正常电压信号的开关如禄横线开关CB4，计算比较这些开关所连的正常供电区段的功率储备，得到功率储备大于负荷且操作开关最少的供电方式，如果没有可行的供电方式能恢复对所有负荷的供电则根据负荷的重要性进行排序，将大于功率储备且重要性低的负荷确定为停电负荷，从而得出非故障的失电负荷的恢复供电方案，如禄口变的负荷恢复供电方案为开关CB4合闸，同时将智能配电网的状态信息传递给自愈控制智能体；

控制决策智能体分别设置各设备退出运行，计算智能配电网的电压电流分布，并与正常电压电流值进行比较，如果均不超出正常运行范围，则对历史负荷和分布式电源出力进行延拓处理，分别得出负荷和分布式电源出力的变化趋势，然后结合接收到的当前电压、电流、开关状态信号对配电网各种运行方式下的网损进行计算、比较，得到网损最小的运行方式以及由当前运行方式转变为网损最小运行方式所需要进行的操作，如合上开关CB4、断开开关CB2和CB3、投入分布式电源，同时将智能配电网的状态信息传递给自愈控制智能体；

控制决策智能体利用接收到的历史电压电流信号、预测负荷数据、预测分布式电源出力和电网结构对配电网进行评估，比较负荷变化前后各种运行方式下的功率分布和电压的变化情况，输出当前配电网结构、有功电源或无功电源不能满足负荷及其变化的情况，如禄口变的功率因数偏低，然后列出调整配电网结构、有功电源或无功电源的策略，如在禄口变加装一组电容器，同时将智能配电网的状态信息传递给自愈控制智能体；

5）自愈控制智能体接受到控制决策智能体传来的控制需求信息，如恢复对禄口变负荷的供电，以及环境信息、人或其它系统智能体的信号后，通过机器智能进行知识推理，根据当前智能配电网所处的运行状态，有选择地触发激活控制决策智能体的功能模块，如启动控制决策智能体的紧急控制、恢复控制和校正控制功能。

Claims (1)

1.一种基于智能体的智能配电网分层递阶控制方法，其特征在于采用分层递阶控制方法对自愈控制智能体、控制决策智能体、变电站智能体、测控智能体、具备调控功能的控制对象进行控制，在无人工干预条件下协调保护控制装置、安全自动装置、开关的动作行为，具体步骤如下：

1)具备调控功能的控制对象通过调节装置比较接收到的电压、功率和测控智能体传来的控制目标信号，如果达到动作阀值则执行调节发电机电压和功率的控制指令；

2)测控智能体对电压电流互感器变换得到的电压、电流信号进行采样计算，然后传送给变电站智能体，同时将获得的电压电流信号与动作阀值比较，达到动作阀值或接收到变电站智能体传来的动作指令时执行控制操作；

3)变电站智能体接收测控智能体传来的智能配电网运行和控制信息，进行数据重组将单个测控点的信息转换为变电站的运行状态变化过程信息和动作事件序列，然后以报文方式通过远程测控终端和通讯网络传送给控制决策智能体，同时接收控制决策智能体的控制指令，与专家知识库的规则进行比较，筛选输出各执行级智能体的动作行为指令，并传递给对应的测控智能体；

4)控制决策智能体将接收到的电压电流与正常电压电流值进行比较，并进行网络拓扑连通性检查，若负荷处的电压电流不在正常值范围内且与电源不连通时，搜索与该负荷所在区段相连且另一端具有正常电压信号的开关，计算比较这些开关所连的正常供电区段的功率储备，得到功率储备大于负荷且操作开关最少的供电方式，如果没有可行的供电方式能恢复对所有负荷的供电则根据负荷的重要性进行排序，将大于功率储备且重要性低的负荷确定为停电负荷，同时将智能配电网的状态信息传递给自愈控制智能体；

控制决策智能体分别设置各设备退出运行，计算智能配电网的电压电流分布，并与正常电压电流值进行比较，如果均不超出正常运行范围，则对历史负荷和分布式电源出力进行延拓处理，分别得出负荷和分布式电源出力的变化趋势，然后结合接收到的当前电压、电流、开关状态信号对配电网各种运行方式下的网损进行计算、比较，得到网损最小的运行方式以及由当前运行方式转变为网损最小运行方式所需要进行的操作，同时将智能配电网的状态信息传递给自愈控制智能体；

控制决策智能体利用接收到的历史电压电流信号、预测负荷数据、预测分布式电源出力和电网结构对配电网进行评估，比较负荷变化前后各种运行方式下的功率分布和电压的变化情况，输出当前配电网结构、有功电源或无功电源不能满足负荷及负荷变化的情况，以及调整配电网结构、有功电源或无功电源的策略，同时将智能配电网的状态信息传递给自愈控制智能体；

5)自愈控制智能体接受到控制决策智能体传来的控制需求信息，以及环境信息、人或其它系统智能体的信号后，通过机器智能进行知识推理，根据当前智能配电网所处的运行状态，有选择地触发激活控制决策智能体的功能模块。