CN106532684B - 一种基于多代理系统的主动配电网多故障修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多代理系统的主动配电网多故障修复方法，方法步骤包括：1)以故障失电区域划分原则对失电区域进行划分，在各子区域内利用DG以及主动负荷调节技术，形成各子区域自治恢复方案；2)在此基础上，基于MAS的自治性、协同性和并行计算能力，利用DBCC算法优化得到各子区域目标最优以及系统全局最优解；3)考虑到突发新故障情况，当主动配电网突发新故障时，通过区域代理动态更新策略，从而尽快完成故障修复工作，减少综合经济损失，提高恢复效率。

Description

一种基于多代理系统的主动配电网多故障修复方法

技术领域

本发明涉及电力电网修复领域，尤其涉及一种电力系统故障抢修与恢复供电方法。

背景技术

随着多电源形式的接入和对负荷管理更加灵活，系统网络结构变得更为复杂，当前配电网的功能结构和恢复模式制约了对这些资源的调度和使用，在这种情况下，主动配电网(Active Distribution Network,ADN)技术得到越来越广泛的研究。配电网作为电力系统的末端网络直接与电力用户相连，它的安全、经济、高效运行关乎所有用户的电力享受，也是电力系统运行的实际意义所在。一旦电力供应中断，将造成国民经济的重大损失甚至威胁生命安全。

多代理系统是多个代理之间按照约定的协议通过通信和协调来完成目标任务。每个代理或许能够独立解决某个问题，或许能够完成高级问题求解中的某一部分工作，并且能够随周围环境而调整自己的行为，并主动地与其他代理进行通信与协作，以提高整体系统性能。多代理系统具有独立性、协调性、并行性等特点，可以为配电网发生多故障时的恢复供电问题提供支持。

目前，对配电网故障抢修与恢复的研究大多分开进行的，很少考虑抢修与恢复之间的相互影响。实际上，多故障抢修和恢复供电的过程是逐级交替开展的，这二者既相对独立，又需要相互协调。由于配电网故障抢修和故障恢复相结合的研究不仅涉及物资及人员的调度问题，而且所建模型和求解过程较为复杂，目前对其研究的文献较少。

综上所述，有必要发明一种基于多代理系统的主动配电网多故障抢修与供电恢复方法以解决现在配电网故障时的快速恢复供电问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种快速、高效的基于多代理系统的主动配电网多故障修复方法。

为实现上述目的，本发明所述方法主要包括主动配电网和多代理系统，所述多代理系统是多个代理之间按照约定的协议通过通信和协调来完成目标任务，多代理设为区域协调代理、信息采集代理、抢修小队代理、区域代理，其中区域代理包括子区域任务代理、子区域DG代理、子区域主动负荷代理、子区域开关操作代理；

所述方法的具体步骤如下：

步骤1，主动配电网发生故障后，利用故障区域划分原则进行失电区域划分，启动多代理系统；

步骤2，信息采集代理将采集到的故障信息、ADN中DG与负荷信息上报各区域代理，区域代理将任务下发给各子区域任务代理；

步骤3，各子区域任务代理以负荷恢复价值最大、综合经济损失最小为目标函数，得到各子区域恢复结果以及综合经济损失并上报区域代理，区域代理采用DBCC算法优化得到全局的抢修策略，并上报区域协调代理；

步骤4，区域协调代理以开关次数最少为目标函数，协调得到全局最优修复策略，并上报区域代理；

步骤5，判断是否抢修完成所有故障，若是，则转向步骤6；否则，继续抢修下一处故障任务，抢修完成后并转向步骤5；

步骤6，判断是否发生新故障，若是，则转向步骤2；否则，输出最优修复策略，结束。

进一步的，步骤1的具体过程如下：

主动配电网故障区域划分原则

1-1)若支路只存在一个故障点时，则将该故障点与其所在线路末端之间的区域作为一个子区域；

1-2)若同一支路存在多个故障点时，则以故障点到故障点之间的区域作为一个子区域；而对于距离线路末端最近的故障点，则将该故障点与其所在线路末端之间的区域作为一个子区域；

1-3)若两个子区域内之间存在联络开关，则将两个子区域进行互联，形成一个子区域。

进一步的，步骤2的具体过程如下：

随着电器智能化及需求响应技术的发展，用户能够响应一定的激励机制，主动参与到电网的调度中，从而实现了用户与电网的互动。本发明依据负荷参与电网调度的不同程度，将主动配电网负荷分为不可控负荷、可控负荷和可调负荷3类。

2-1)不可控负荷即固定负荷，固定负荷用电需求较为固定，一般情况下不可以中断供电，其负荷量用表示；

2-2)可控负荷主要为可中断负荷，电力公司与用户签订合同(协议)，在系统峰值时和紧急状态下，用户按照合同规定中断和削减负荷，其负荷量用表示；

2-3)可调负荷主要为可转移负荷，指负荷使用情况随实时电价的变化而变化，通过调节某些时刻的用电需求，从而达到削减负荷的目的，其负荷量用表示；

由于可控负荷和可调负荷属于灵活性资源，即在紧急状态分别通过直接负荷控制技术和激励机制能够改变负荷的接入量；因此，将可控负荷和可调负荷统称为主动负荷，其负荷量用表示；主动配电网的负荷接入总量P_L可以表示为：

进一步的，步骤3的具体过程如下：

以负荷恢复价值最大和综合经济损失最小为目标函数。

式中：D_i为抢修第i个故障所恢复的失电负荷节点集合；T_i为抢修第i个故障的时间(h)；D_rest为剩余未抢修故障引起的失电负荷节点集合；ω_l和ω_k分别为负荷节点l和k的负荷等级权重；L_l和L_k分别为负荷节点l和k的负荷量(kW)；M为未抢修故障数量；

以故障修复的整个周期内开关动作总次数最少为全局目标函数：

min N_G＝N_C+N_D (4)

式中：N_G为开关动作总次数；N_C为联络开关的动作次数；N_D为分段开关的动作次数；

约束条件如下：

3-1)辐射状结构

g_k∈G_k (5)

式中：g_k为当前配电网运行结构；G_k为配电网所有辐射状结构运行情况的集合；

3-2)配电网各线路的容量约束

I_l≤I_lmax,(l＝1,2,…,n) (6)

式中：I_l为流过l的电流；I_lmax为流过线路l的最大电流；n为配电网支路数量；

3-3)节点电压约束

U_imin≤U_i≤U_imax,(i＝1,2,…,m) (7)

式中：U_imin为节点电压的下限；U_imax为节点电压的上限；m为配电网节点数量；

3-4)DG出力约束

式中：P_DG为DG的实际出力；为DG出力的下限；DG出力的上限；

3-5)抢修资源约束

抢修的人力和资源应满足需要，且满足抢修对时间、天气、路况等自然条件的要求；

R_C≤R (9)

式中：R_C为抢修故障花费的资源；R为供电公司现有资源。

进一步的，步骤4的具体内容如下：

4-1)区域代理

区域代理是多代理系统的核心。区域代理包含子区域任务代理、子区域开关操作代理、子区域主动负荷代理以及子区域DG代理，负责下发任务给各子区域任务代理，并将各子区域任务代理制定的恢复策略发送给区域协调代理以及接收区域协调代理的全局最优解；

4-1-1)子区域任务代理

子区域任务代理用于确定DG的出力和主动负荷的调节量，在满足约束条件的情况下，并得到本时段最优修复策略；

4-1-2)子区域DG代理

子区域DG代理用于存储DG的信息；当主动配电网故障发生时，可以利用DG可带失电负荷孤岛运行的特点，为失电负荷供电；

4-1-3)子区域主动负荷代理

子区域主动负荷代理存储负荷动态数据和节点属性信息，检测负荷运行状态；当主动配电网故障发生时，利用主动负荷的可控性，切除可中断负荷和转移可调节负荷，进而优先恢复重要负荷的供电；

4-1-4)子区域开关操作代理

子区域开关操作代理由开关操作集构成，负责隔离故障，以及通过操作代理闭合或断开分段开关以实现失电负荷恢复供电的功能；

4-2)区域协调代理

区域协调代理负责对区域代理上报的结果进行协调，防止冲突，并获得全局最优解；最后，将最优结果下发给区域代理；

4-3)信息采集代理

信息采集代理是多代理系统的基础；当主动配电网发生故障时，它负责采集DG、主动负荷、馈线、开关以及故障信息，并将信息上传给区域代理；

4-4)抢修小队代理

抢修小队代理用于存储小队信息；当主动配电网发生故障时，通过DG和主动负荷控制后，仍然无法恢复失电负荷时，区域代理将故障任务发送给抢修小队代理，当抢修小队接收到命令后，负责抢修故障点，从而保证失电负荷恢复供电。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、将主动配电网故障失电区域进行失电区域划分，并基于多代理系统的并行性和协调性获得子区域和全局最优解，使得计算速度快，提高恢复效率，减少经济损失；

2、充分利用了主动配电网的灵活性资源，从背景上解决配电网多故障以及负荷大面积失电的问题，进一步为故障抢修顺序制定奠定基础；

3、考虑了突发新故障的问题，使得故障修复结果更合理，实用性高。

附图说明

图1是某配电网故障失电区域划分结果示意图。

图2是多代理系统结构示意图。

图3是子区域任务代理功能结构示意图。

图4是本发明方法的总体流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

本发明提供了一种基于多代理系统的主动配电网多故障修复新方法。

结合图1和图4，本发明所述计算方法的具体步骤如下：

(1)主动配电网发生故障后，利用故障区域划分原则进行失电区域划分，并启动多代理系统。

(2)信息采集代理将采集到的故障信息和ADN中DG与负荷信息上报各区域代理，区域代理将任务下发给各子区域任务代理。

(3)各子区域任务代理以负荷恢复价值最大以及综合经济损失最小为目标函数得到各子区域恢复结果以及综合经济损失并上报区域代理，区域代理采用DBCC算法优化得到全局的抢修策略，并上报区域协调代理。

(4)区域协调代理以开关次数最少为目标函数，协调得到全局最优修复策略，并上报区域代理。

(5)判断是否抢修完成所有故障，若是，则转向步骤6；否则，继续抢修下一处故障任务，抢修完成后并转向步骤5。

(6)判断是否发生新故障，若是，则转向步骤2；否则，输出最优修复策略，结束。

进一步的，所述步骤(1)的具体过程如下：

主动配电网故障区域划分原则

1)若支路只存在一个故障点时，则将该故障点与其所在线路末端之间的区域作为一个子区域。

2)若同一支路存在多个故障点时，则以故障点到故障点之间的区域作为一个子区域；而对于距离线路末端最近的故障点，则将该故障点与其所在线路末端之间的区域作为一个子区域。

3)若两个子区域内之间存在联络开关，则将两个子区域进行互联，形成一个子区域。

进一步的，所述步骤(2)的具体过程如下：

随着电器智能化及需求响应技术的发展，用户能够响应一定的激励机制，主动参与到电网的调度中，从而实现了用户与电网的互动。本文依据负荷参与电网调度的不同程度，将主动配电网负荷分为不可控负荷、可控负荷和可调负荷3类。

1)不可控负荷即固定负荷，这类负荷用电需求较为固定，一般情况下不可以中断供电，其负荷量用表示。

2)可控负荷主要为可中断负荷，电力公司与用户签订合同(协议)，在系统峰值时和紧急状态下，用户按照合同规定中断和削减负荷，其负荷量用表示。

3)可调负荷主要为可转移负荷，指负荷使用情况随实时电价的变化而变化，通过调节某些时刻的用电需求，从而达到削减负荷的目的，其负荷量用P_L3表示。

由于可控负荷和可调负荷属于灵活性资源，即在紧急状态分别通过直接负荷控制技术和激励机制能够改变负荷的接入量。因此，本文将可控负荷和可调负荷统称为主动负荷，其负荷量用表示。主动配电网的负荷接入总量P_L可以表示为：

进一步的，所述步骤(3)的具体过程如下：

以负荷恢复价值最大和综合经济损失最小为目标函数。

式中：D_i为抢修第i个故障所恢复的失电负荷节点集合；T_i为抢修第i个故障的时间(h)；D_rest为剩余未抢修故障引起的失电负荷节点集合；ω_l和ω_k分别为负荷节点l和k的负荷等级权重；L_l和L_k分别为负荷节点l和k的负荷量(kW)；M为未抢修故障数量。

以故障修复的整个周期内开关动作总次数最少为全局目标函数。

min N_G＝N_C+N_D (4)

式中：N_G为开关动作总次数；N_C为联络开关的动作次数；N_D为分段开关的动作次数。

约束条件

1)辐射状结构

g_k∈G_k (5)

式中：gk为当前配电网运行结构；G_k为配电网所有辐射状结构运行情况的集合。

2)配电网各线路的容量约束

I_l≤I_lmax,(l＝1,2,…,n) (6)

式中：I_l为流过l的电流；I_lmax为流过线路l的最大电流；n为配电网支路数量。

3)节点电压约束

U_imin≤U_i≤U_imax,(i＝1,2,…,m) (7)

式中：U_imin为节点电压的下限；U_imax为节点电压的上限；m为配电网节点数量。

4)DG出力约束

式中：P_DG为DG的实际出力；为DG出力的下限；DG出力的上限。

5)抢修资源约束

抢修的人力和资源应满足需要，且满足抢修对时间、天气、路况等自然条件的要求。

R_C≤R (9)

式中：R_C为抢修故障花费的资源；R为供电公司现有资源。

进一步的，所述步骤(4)的具体过程如下：

多代理系统可以认为是多个代理之间按照约定的协议通过通信和协调来完成目标任务。本文将多代理设置为区域协调代理、信息采集代理、抢修小队代理以及区域代理四个部分，其中区域代理包括子区域任务代理、子区域DG代理、子区域主动负荷代理以及子区域开关操作代理。

1)区域代理

区域代理是多代理系统的核心。区域代理包含子区域任务代理、子区域开关操作代理、子区域主动负荷代理以及子区域DG代理，负责下发任务给各子区域任务代理，并将各子区域任务代理制定的恢复策略发送给区域协调代理以及接收区域协调代理的全局最优解。

①子区域任务代理

子区域任务代理用于确定DG的出力和主动负荷的调节量，在满足约束条件的情况下，并得到本时段最优修复策略。

②子区域DG代理

子区域DG代理用于存储DG的信息。当主动配电网故障发生时，可以利用DG可带失电负荷孤岛运行的特点，为失电负荷供电。

③子区域主动负荷代理

子区域主动负荷代理存储负荷动态数据和节点属性信息，检测负荷运行状态。当主动配电网故障发生时，利用主动负荷的可控性，切除可中断负荷和转移可调节负荷，进而优先恢复重要负荷的供电。

④子区域开关操作代理

子区域开关操作代理由开关操作集构成，负责隔离故障，以及通过操作代理闭合或断开分段开关以实现失电负荷恢复供电的功能。

2)区域协调代理

区域协调代理负责对区域代理上报的结果进行协调，防止冲突，并获得全局最优解；最后，将最优结果下发给区域代理。

3)信息采集代理

信息采集代理是多代理系统的基础。当主动配电网发生故障时，它负责采集DG、主动负荷、馈线、开关以及故障信息，并将信息上传给区域代理。

4)抢修小队代理

抢修小队代理用于存储小队信息。当主动配电网发生故障时，通过DG和主动负荷控制后，仍然无法恢复失电负荷时，区域代理将故障任务发送给抢修小队代理，当抢修小队接收到命令后，负责抢修故障点，从而保证失电负荷恢复供电。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于多代理系统的主动配电网多故障修复方法，包括主动配电网和多代理系统，其特征在于，所述多代理系统是多个代理之间按照约定的协议通过通信和协调来完成目标任务，多代理设为区域协调代理、信息采集代理、抢修小队代理、区域代理，其中区域代理包括子区域任务代理、子区域DG代理、子区域主动负荷代理、子区域开关操作代理；

所述方法的具体步骤如下：

步骤1，主动配电网发生故障后，利用故障区域划分原则进行失电区域划分，启动多代理系统；

步骤2，信息采集代理将采集到的故障信息、ADN中DG与负荷信息上报各区域代理，区域代理将任务下发给各子区域任务代理；

步骤3，各子区域任务代理以负荷恢复价值最大、综合经济损失最小为目标函数，得到各子区域恢复结果以及综合经济损失并上报相应的区域代理，区域代理采用离散细菌群体趋药性算法(Discrete Chemotaxis of Bacterial Population,DBCC)优化得到全局的抢修策略，并上报相应的区域协调代理；

步骤4，区域协调代理以开关次数最少为目标函数，协调得到全局最优修复策略，并上报相应的区域代理；

步骤5，判断是否抢修完成所有故障，若是，则转向步骤6；否则，继续抢修下一处故障任务，抢修完成后并转向步骤5；

步骤6，判断是否发生新故障，若是，则转向步骤2；否则，输出最优修复策略，结束。

2.根据权利要求1所述的一种基于多代理系统的主动配电网多故障修复方法，其特征在于，所述步骤1的具体过程如下：

主动配电网故障区域划分原则

1-1)若支路只存在一个故障点时，则将该故障点与其所在线路末端之间的区域作为一个子区域；

1-2)若同一支路存在多个故障点时，则以故障点到故障点之间的区域作为一个子区域；而对于距离线路末端最近的故障点，则将该故障点与其所在线路末端之间的区域作为一个子区域；

1-3)若两个子区域内之间存在联络开关，则将两个子区域进行互联，形成一个子区域。

3.根据权利要求1所述的一种基于多代理系统的主动配电网多故障修复方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程如下：依据负荷参与电网调度的不同程度，将主动配电网负荷分为不可控负荷、可控负荷和可调负荷3类；

2-1)不可控负荷即固定负荷，固定负荷用电需求固定，不可以中断供电，其负荷量用表示；

2-2)可控负荷为可中断负荷，电力公司与用户签订合同，在系统峰值时和紧急状态下，用户按照合同规定中断和削减负荷，其负荷量用表示；

2-3)可调负荷为可转移负荷，指负荷使用情况随实时电价的变化而变化，通过调节某些时刻的用电需求，从而达到削减负荷的目的，其负荷量用表示；

由于可控负荷和可调负荷属于灵活性资源，即在紧急状态分别通过直接负荷控制技术和激励机制能够改变负荷的接入量；因此，将可控负荷和可调负荷统称为主动负荷，其负荷量用表示；主动配电网的负荷接入总量P_L可以表示为：

4.根据权利要求1所述的一种基于多代理系统的主动配电网多故障修复方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程如下：

以负荷恢复价值最大和综合经济损失最小为目标函数：

式中：D_i为抢修第i个故障所恢复的失电负荷节点集合；T_i为抢修第i个故障的时间(h)；D_rest为剩余未抢修故障引起的失电负荷节点集合；ω_l和ω_k分别为负荷节点l和k的负荷等级权重；L_l和L_k分别为负荷节点l和k的负荷量(kW)；M为未抢修故障数量；

以故障修复的整个周期内开关动作总次数最少为全局目标函数：

min N_G＝N_C+N_D (4)

式中：N_G为开关动作总次数；N_C为联络开关的动作次数；N_D为分段开关的动作次数；

约束条件如下：

3-1)辐射状结构

g_k∈G_k (5)

式中：g_k为当前配电网运行结构；G_k为配电网所有辐射状结构运行情况的集合；

3-2)配电网各线路的容量约束

I_l≤I_lmax,l＝1,2,…,n (6)

式中：I_l为流过l的电流；I_lmax为流过线路l的最大电流；n为配电网支路数量；

3-3)节点电压约束

U_imin≤U_i≤U_imax,i＝1,2,…,m (7)

式中：U_imin为节点电压的下限；U_imax为节点电压的上限；m为配电网节点数量；

3-4)DG出力约束

式中：P_DG为DG的实际出力；为DG出力的下限；DG出力的上限；

3-5)抢修资源约束

抢修的人力和资源应满足需要，且满足抢修对时间、天气、路况等自然条件的要求；

R_C≤R (9)

式中：R_C为抢修故障花费的资源；R为供电公司现有资源。

5.根据权利要求1所述的一种基于多代理系统的主动配电网多故障修复方法，其特征在于，所述步骤4的具体内容如下：

4-1)区域代理

区域代理是多代理系统的核心；区域代理包含子区域任务代理、子区域开关操作代理、子区域主动负荷代理以及子区域DG代理，负责下发任务给各子区域任务代理，并将各子区域任务代理制定的恢复策略发送给区域协调代理以及接收区域协调代理的全局最优解；

4-1-1)子区域任务代理

子区域任务代理用于确定DG的出力和主动负荷的调节量，在满足约束条件的情况下，并得到本时段最优修复策略；

4-1-2)子区域DG代理

子区域DG代理用于存储DG的信息；当主动配电网故障发生时，可以利用DG可带失电负荷孤岛运行的特点，为失电负荷供电；

4-1-3)子区域主动负荷代理

子区域主动负荷代理存储负荷动态数据和节点属性信息，检测负荷运行状态；当主动配电网故障发生时，利用主动负荷的可控性，切除可中断负荷和转移可调节负荷，进而优先恢复重要负荷的供电；

4-1-4)子区域开关操作代理

子区域开关操作代理由开关操作集构成，负责隔离故障，以及通过操作代理闭合或断开分段开关以实现失电负荷恢复供电的功能；

4-2)区域协调代理

区域协调代理负责对区域代理上报的结果进行协调，防止冲突，并获得全局最优解；最后，将最优结果下发给区域代理；

4-3)信息采集代理

信息采集代理是多代理系统的基础；当主动配电网发生故障时，它负责采集DG、主动负荷、馈线、开关以及故障信息，并将信息上传给区域代理；

4-4)抢修小队代理

抢修小队代理用于存储小队信息；当主动配电网发生故障时，通过DG和主动负荷控制后，仍然无法恢复失电负荷时，区域代理将故障任务发送给抢修小队代理，当抢修小队接收到命令后，负责抢修故障点，从而保证失电负荷恢复供电。