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第40卷第17期2012年9月1日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandControlv01.40NO.17Sep.1.2012基于多代理技术的分布式电网自愈控制策略研究刘新东,李伟华,朱勇,王得道。,付晓。(1.暨南大学电气信息学院,广东珠海519000;2.平凉供电公司崆峒供电分局,甘肃平凉744021;3.平顶山供电公司,河南平顶山467000)摘要:为了快速切除故障并恢复供电,提出了一种基于多代理技术的分布式电网自愈控制模型。该方法按照分布式电网物理器件特性,将代理分为馈线代理和负荷开关代理两类,将自愈控制过程分为故障检测、隔离和恢复三个阶段。同时考虑负荷开关拒动、通信阻塞等问题,给出了不同阶段的处理算法。按照消息过程将系统分为六个状态,真正实现了对等的电网自愈多代理控制。该方法逻辑清晰,实现简单,为分布式电网实现自愈控制打下良好了的理论基础。关键词:电力系统;多代理;分布式电网;自愈.Researchonself-healingcontrolofdistributednetworksbasedonmulti-agenttechnology—LIUXin.dong,LIWeihua,ZHUYong2,WANGDe.dao,FUXiao。(1.ElectricalandInformationCollege,JinanUniversity,Zhuhai519000,China;2.KongtongSupplyBranch,PingliangPowerSupplyCompany,Pingliang744021,China;3.PingdingshanPowerSupplyCompany,Pingdingshan467000,China)Abstract:Inordertoquicklyclearoffthefaultandrestorethepowersupply,aself-healingcontrolmethodfordistributednetworksbasedonmulti-agentispresented.Accordingtothephysicalcharacteristicsofdistributednetworks,themethodclassifiestheagentintofeederagentandloadswitchagent,anddividesthecontrolprocedureintothreestages:faultdetection,isolationandrestoration.‘Consideringtheproblemofabnormaloperatingconditionsofloadswitchandcommunication,itdividesthemessageprocedureinto—sixkindsofsituations,achievingpeertopeercontrolbasedonmultiagent.Themethodhastheadvantagesofclearlogic,easyrealization,andlaysagoodfoundationforself-healingcontrolofdistributednetworks.ThisworkissupposedbyN ̄ionalNaturalScienceFoundmionofChina(No.51007030),theFundamentalResearchFundsfortheCentralUniversities(No.21611382)andtheJinanUniversityScientificResearchPlanfortheIntroductionofTalent(No.2009273).—Keywords:powersystem;multiagent;distributednetworks;self-healing.中图分类号:TM77文献标识码:A文章编号:1674-3415(2012)17-0116.05O引言国家电网公司提出了以特高压电网为骨干网架,各级电网协调发展,具有信息化、数字化、自动化、互动化为特征的统一坚强智能电网的发展目“标。智能电网具有白愈、可靠、预测、安全、互”动、优质、高效、协调、集成、兼容十大特点,它不但具有对各种随机性和间歇性电源的消纳能力、允许多种清洁能源发电并入,而且能及时发现故障,并提供在线决策支持,通过各道防线实施控基金项目:国家自然科学基金(5t007030);中央高校基本科研业务费专项资金资助(21611382,21612350);暨南大学人才引进计划(2009273)“”制。自愈是智能电网的核心。自愈源于生物医学界,在系统理论中定义为系统的一种能够察觉自身状态,且在干预的情况下采取适当的调整以恢复常态的性质。在电力系统中是指把电网中有问题的元件从系统中隔离出来,并且在很少或不用人为干预的情况下可以使系统迅速恢复到正常运行状态。目前很多文献提出利用多代理技术来解决分布式电网的自愈控制问题。多代理系统是一种能够智能和灵活地对工作条件的变化和周围过程的需求进行相适应的系统,多代理系统由多个代理通过共同合作来组成,利用多代理系统可有效解决结构和拓扑复杂的分布式电网自愈控制问题【l之】。文献[3】提出利用对等多代理技术实现故障预警、隔离和恢复,但是该文献既没有考虑如多分支等情况,也没刘新东,等基于多代理技术的分布式电网自愈控制策略研究.117.有考虑到继电保护设备拒动、通信网络阻塞等问题;文献【4】提出了一种介于集中式主站方式和重合器配合方式之间的分布式实现方式,该方法的缺点在于多代理的设计结构过于复杂,而且区域内一次电力网络的变化将会导致该区域所有代理的重新配置;文献[5】提出了一种基于通用面向对象变电站事件的分布式智能馈线自动化系统,从开环和闭环网络两个方面讨论了分布式电网的自愈控制方法,其本质上仍然是传统的分布式和集中式相结合的方法;文献【6-7】将电网的自愈控制分为稳定、故障隔—离及重组三种状态;文献[811]则从故障自愈控制的不同阶段对该问题进行了阐述。本文在前述文献的基础上,提出了一种基于多代理技术的分布式电网自愈控制方案,该方法将首先按照配电网物理器件特性,将代理分为馈线代理和负荷开关代理两类,将自愈控制过程分为三个阶段六个状态,并考虑负荷开关拒动、通信阻塞等问题,真正实现了分布式对等的多代理控制,文中方法逻辑清晰,实现简单,为分布式电网实现自愈控制打下良好的理论基础。1多代理系统1.1多代理系统简介多代理的定义目前还没有公认的标准,本文所研究的代理,是代表用户或其他程序,以主动服务的方式完成一组计算机相关操作的计算机实体。多代理系统由多个代理相互协作,完成相应的功能。通信能力是多代理技术的重要特征,代理通过通信获取必要的信息,各个代理间通过参数的交互,协作完成求解同一问题。本文所研究系统只包括两个类型的代理,即馈线代理和负荷开关代理。馈线代理主要是定义变电站的出线侧断路器的行为,而负荷开关代理则主要定义为配电线路上的负荷开关的行为。利用多代理系统,结合系统状态机,将分布式电力系统的自愈分为故障检测、隔离和恢复三个阶段六个状态,接下来对该算法进行详细介绍。1.2状态机(statemachine)一个状态机是一个行为,它说明对象在生命周期中响应事件所经历的状态序列以及对事件的响应。一个状态(state)是指在对象生命周期中的一个条件或状况,在此期间对象将满足某些条件、执行某些状态或等待某些事件。一个事件(event)是对一个在时间和空间上占有一定地位的有意义的事情的规格说明。在状态机中,一个事件能够触发一个状态转换。一个转换是两个状态之间的一种关系,它指明对象在第一个状态中执行一定的动作,并当特定事件发生或特定的条件满足时进入第二个状态。一个动作是一个引起模型状态改变或值的返回的可执行的原子操作。本文根据自愈控制的关键步骤,提出系统状态机如下:1)无返回查询;2)带返回查询:3)跳闸;4)查询是否需要转供;5)查询转供可能;6)转供。1.3参数格式每个馈线代理的参数均包括4个部分:1)系统中其他的馈线代理;2)是否检测到短路电流及短路电流方向;3)与其相邻的第一级负荷开关代理;4)与第一级负荷开关代理相邻的第二级负荷开关代理。每个负荷开关代理的参数均包括5个部分:1)本负荷开关代理的运行状态(断开或闭合);2)是否检测到短路电流及短路电流方向;3)与其相邻的第一级负荷开关代理;4)与第一级负荷开关代理相邻的第二级负荷开关代理。5)以本负荷开关为分界点的不同方向上所带负荷。2分布式电网自愈控制的模型2.1自愈控制模型分布式电网实现自愈控制的基础单元是负荷开关,这些负荷开关除了需要满足正常的短路电流大小与方向检测、相邻节点负荷开关正常通信之外,还需要考虑开关拒动、通信通道障碍等问题。图1为一个典型的分布式网络。图1中,包括了馈线代理s1、s2、s3以及负荷开关代理A、B、C、D、E、F、G。从系统结构上来说,主要包括开环和闭环两种结构,对于闭环结构的网络来说,如果系统发生故障,则自愈控制方案将故障隔离即可;而对于开环网络来说,如果系统发生故障,不仅需要将故障隔离,还需要对网络进行重构,将部分停电节点通过其他电源进行转供电,因此,开环网络和闭环网络的处理方法不尽相同,需要分别考虑。在系统发生故障后,首先由检测到故障电流的馈线代理进行重合闸,以判断短路故障是瞬时性故障还是永久性故障;若重合闸失败,馈线代理则进行一次信息交互,进行消息闭锁,然后进入故障检.118.电力系统保护与控制测环节。具体算法为:首先定义馈线代理的优先级,优先级的定义并无特殊要求,可遵循从左至右、从上至下的要求,如S1.>S2.>S3;然后由检测到短路故障的馈线代理发送给其下一级的馈线代理,如图1(d)所示,如果由S2首先检测到短路电流,发送S2短路信息至S3;当S3接收到高一级的短路信号时,则发送s2短路信息至s1,若S1并没有检测到故障电流,则由S1发送S2检测到故障电流发送至S2,由S2进入故障检测环节;若S1已检测到故障电流,则由s1直接进入故障检测环节。.(a)两电源开环网络(b)三电源开环网络SlAIBCDEs2——’—。H●F(c)两电源闭环网络(d)三电源闭环网络图1典型的分布式电网Fig.1Atypicaldistributionnetwork2.2故障检测在S1检测到故障电流后,开始向其邻近的第一级负荷开关发送检测命令;若与Sl相邻的负荷开关节点只有1个,则发送无返回查询命令;若与S1相邻的负荷开关节点超过1个,则发送有返回查询命令,因为当其在某个方向上的相邻节点超过1个时,短路点则可能发生在该区域或者其中的某一条支路上。根据研究发现,如果在某节点的某个方向上的相邻节点只有一个,并且该节点不存在短路电流,或者存在方向相反的短路电流,则说明短路点在该区间内。如果在某节点的某个方向上的相邻节点超过一个,则存在如下规则。规则1:若相邻节点中均没有检测到短路电流,则说明短路点在该区域内,并且系统属于开环运行。规则2:若相邻节点中只有一个节点存在短路电流,且电流方向相同,则说明短路点发生在该节点所在支路上。规则3:若相邻节点中存在电流方向相反的节点,且剩余节点均未检测到短路电流,则说明短路点在该区域内,系统属于闭环运行。规则4:若相邻节点中所有节点均检测到短路电流,且电流方向相反,则说明短路点在该区域内,系统属于闭环运行。规则5:若所有节点均检测到短路电流,但只有一个节点电流方向相同,其余节点电流方向相反,则说明短路点在该电流方向相同的节点所在支路上,系统属于闭环运行。以图a为例,当Sl发送无返回查询至代理A,代理A发送有返回查询至代理B和代理F,代理B和代理F分别返回没有检测到短路电流,则符合规则1,证明短路点在区域ABF内;图b也符合规则1,图c符合规则3:图d中故障fgl符合规则4;故障2符合规则5。2.3故障隔离在判断系统的短路点之后,接下来就需要对故障进行隔离。对故障进行隔离需要考虑到信号通信故障,继电器拒动等因素。若在节点发现某一方向的区域内发现故障,则通知该区域的相邻节点跳闸,发送有返回跳闸指令以隔离故障。相邻节点跳闸成功后,返回跳闸成功信号;若相邻节点跳闸不成功则返回跳闸不成功信号,或者源节点接收不到相邻节点的跳闸信号,由源节点在路由中将该节点信息删除,并视该节点的下一级节点为源节点的相邻节点,然后通知修改后的下一级相邻节点跳闸。以图d假设区域ABF间发生永久性接地短路故障fgl,当代理A检测到故障发生在区域ABF后,发送跳闸指令至代理B和代理F,若代理B跳闸不成功,返回跳闸不成功信号至代理A,则代理A通知与代理B相邻的下一级代理C跳闸;若代理B在指定时间内无消息返回,也进行同样操作。2.4故障恢复对于闭环系统,将故障成功隔离后,剩余部分均可正常工作,无需考虑故障快速恢复问题。但对于开环系统,则需要考虑负荷转供与恢复问题。负荷转供需要考虑两个方面,一是是否存在转供路径;二是是否具有转供能力。在图4Co)中,当代理B和代理F跳闸后,分别携带参数负荷值向其下一级方向查询是否存在转供路径;若发现存在断开节点,则进入查询负荷转供能力状态,然后由断开节点向下一级进行查询,直至馈线节点;若期间又一次发刘新东,等基于多代理技术的分布式电网自愈控制策略研究.119.现存在断开节点,则退出程序;馈线节点在计算当前负荷剩余能力之后,若有能力进行转供,则进入返回转供状态,逐步通知断开节点闭合;若发现无转供能力,则退出程序。2.5算法分析与其他算法相比,本文有效解决了通信阻塞问题,实现了配电网开环闭环一体化控制方法。关于通信阻塞问题,本文通过优先级的定义,规定了自愈系统的查询和控制总是由最高级别带有故障电流的馈线代理发起,将有效解决通信阻塞问题。另一方面,本文将开环系统的自愈控制方案和闭环白愈控制方案组成在一起,只是通过软件方面来区别,实现了开环和闭环配电网一体化控制。关于算法自检功能,目前还在进一步研究之中。3算例以图1(a)为例,对文中算法进行验证,假定在区域ABF间发生短路永久性接地故障,负荷开关B拒动。利用软件JADE进行故障仿真模拟,其状态及消息过程如图2所示。圜圈——————’_●———一————’●——一——————●—一图2多代理的状态及消息过程Fig.2StateandcommutationinformationofMAS图中共分为6个状态和15条信息。其消息过程如下:1.当代理S1发现短路故障电流之后,通过代理Sl自身参数设置进行重合闸,若重合闸不成功,进行消息闭锁,然后系统即进入状态1,并检测到其下级仅有一个负荷开关代理A,则向该代理发送一个无返回的查询;2.3.当代理A收到上级无返回查询之后,开始检测本身的短路电流,当A发现自身也曾检测到短路电流并且发现A的下级代理超过1个,则准备向下一级代理B和代理F分别发送一个有返回查询;4.5.代理B和代理F向代理A返回没有发现短路电流信息;6.7.代理A根据故障检测规则判断,故障就发生在代理ABF之间;系统进入状态2进行故障隔离,代理A向代理B和F发送负荷开关跳闸信号;8-9.代理F接收到跳闸信号后跳闸成功,返回跳闸成功信号,然后检测到代理F不存在下一级的代理,则该路消息终止;代理B接收到跳闸信号后跳闸不成功,返回跳闸不成功信号;10.代理A接收到代理B跳闸不成功信号,发送跳闸信号至B的下一级代理C。11.代理C跳闸成功之后,故障已经被隔离,此时系统进入状态3,向下一级代理D查询是否需要转供;12.代理D发现自己属于断开节点,证明系统需要转供;系统进入状态4,并向下一级代理E发送查询转供能力信息;13.代理E向下一级代理s2发送查询转供能力信息;14.代理s2发现自身有转供能力后,发送信息至代理E可以转供命令;15.代理E收到可以转供命令后,进行合闸。至此系统恢复完毕。4结论本文所提出的基于多代理技术的分布式电网自愈控制策略,在考虑负荷开关拒动、通信阻塞等问题的基础上,将自愈控制过程分为故障检测、隔离和恢复三个阶段,在这三个阶段利用对等的分布式通信方式,利用不同阶段的不同算法进行分析,并将消息过程分为六个状态,并规定了状态之间转换的条件,最后以某个算例进行分析,验证了文中算法的有效性和实用性。参考文献[1]McarthurSDJ,DavidsonEM,CattersonVM,eta1.—Multiagentsystemsforpowerengineeringapplications・partI:concepts,approaches,andtechnicalchallenges[J].IEEETransactionsonPowerSystems,2007,22(4):1743.1753..[2]McarthurSDJ,DavidsonEM,CattersonVM,eta1.Multi.agentsystemsforpowerengineeringapplications。partI:technologies,standards,andtoolsforbuildingmulti-agentsystems[J].IEEETransactionsonPowerSystems,2007,22(4):1753-1760.田团田田固固田固团回回回回回回[=====图[=====团团团图.120-电力系统保护与控制[3]NordmanMM,LehtonenM.Anagentconceptformanagingelectricaldistributionnetworks[J].IEEETransactionsonPowerSystems,2005,2O(2):696-704.[4]王照,马文晓,高飞.基于多代理技术的分布式馈线自动化实现方法【J].电力系统自动化,2010,34(6):54.58.WANGZhao,MAWen-xiao,GAOFei.Amulti-agentbasedapproachtothedistributedfeederautomationsystem[J].AutomationofElectricPowerSystems,2010,—34(6):5458.[5]刘健。负保记,崔琪.一种快速自愈的分布智能馈线—自动化系统[J】.电力系统自动化,2010,34(10):6267.LIUJian,YUNBao-ji,CUIQi.Adistributedintelligentfeederautomationsystemwithfastself-healingperformance[J].AutomationofElectricPowerSystems,2010,34(10):62-67.[6]孙辉,刘前进.一种新型MAS的配电网保护与控制方案[J】.电力系统保护与控制,2010,38(16):24-31.SUNHui,LIUQian-jin.AnewdistributionprotectionandcontrolprogrambasedonMAS[J].PowerSystem—ProtectionandControl,2010、38(16):2431.[7]BaxevanosIS,LabridisDP.Implementingmulti-agentsystemstechnologyforpowerdistributionnetworkcontrolandprotectionmanagement[J].IEEE—TransactionsonPowerDelivery,2007,22(1):433444.[8]唐斐,陆于平.分布式发电系统故障定位新算法[J].电力系统保护与控制,2010,38(20):62.69.TANGFei,LUYu-ping.Anewfaultlocationalgorithmfordistributedgenerationsystem[J].PowerSystem—ProtectionandControl,2010,38(20):6269.[9]张智慧,邰能灵.含分布式电源的配电网故障智能恢复方法研究[J].电力系统保护与控制,2011,39(14):79.86.ZHANGZhi-hui,TAINeng-ling.Intelligentapproachforservicerestorationofdistributionsystemwithdistributedgenerations[J].PowerSystemProtectionandControl,—2011,39(14):7986.[103魏巍,李兴源,廖萍,等.含分布式电源的电力系统多代理故障恢复新方法[J].电力系统自动化,2009,—33(3):8998.—WEIWei,LIXingyuan,LIAOPing,eta1.Anewmulti-agentfaultrestorationmethodforpowersystemwithdistributiongenerations[J].AutomationofElectricPowerSystems,2009,33(3):89-98.[11]王守相,李晓静,肖朝霞,等.含分布式电源的配电网供电恢复的多代理方法[J].电力系统自动化,2007,31(30):61-67.WANGShou-xiang,LIXiao-jing,XIAOZhao-xia,eta1.Multi・agentapproachforservicerestorationofdistributionsystemcontainingdistributedgenerations[J].AutomationofElectricPowerSystems,2007,31(30):61.67.收稿日期:201卜1O一29;修回日期:2012-03-08作者简介:刘新东(1981-),男,博士,讲师,研究方向为电力系统稳定与控制,智能电网等;E-mail:baiom@126.corn李伟华(1980-),男,博士生,研究方向为智能配电网与电动汽车:朱勇(1970-),男,本科,主要从事电力系统自动化工作。(上接第l15页continuedfrompage115)[14]李如琦,谢林峰,王宗耀,等.基于节点分层的配网潮流前推回代方法[J].电力系统保护与控制,2010,38(14):63-66.—LIRu-qi,XIELinfeng,WANGZong-yao,eta1.Back/forwardsubstitutionmethodforradialdistributionloadflowbasedonnode-layer[J].PowerSystemProtectionandControl,2010,38(14):63-66.[15]谢开贵,周家启.树状网络潮流计算的新算法[J].中国电机工程学报,2001,21(9):116.120.XIEKai-gui,ZHOUJia-qi.Anewloadflowalgorithmforradia.1distributionnetworksflowforradialdistributionnetwork[J].ProceedingsoftheCSEE,2001,21(9):116-120.[16]董张卓,刘雪.通用配电网潮流程序架构设计和实现[J].电力系统保护与控制,2009,37(8):38.41.DONGZhang.zhuo,LIUXue.Designandrealizationofuniversalpowerdistributionnetworkloadflowprogramframe[J].PowerSystemProtectionandControl,2009,37(8):38-41.[17]纪震,吴惠连,吴青华.粒子群算法及应用[M】.北京:科学出版社,2009.收稿日期:2011-09-28:修回日期:2011_1o-29作者简介:陈树恒(1974-),男,讲师,博士,从事配电网分析、控制及自动化方面的研究;E-mail:chenshuheng_scu@163.corn党晓强(1975一),男,讲师,博士,从事电力系统保护与控制方面的研究;李兴源(1945一),男,教授,博士生导师,IEEE高级会员,从事电力系统分析与控制方面的研究。
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