基于MAS的35kV配電網故障時負荷轉移系統及方法
【專利摘要】一種基于MAS的35kV配電網故障時負荷轉移系統，其特征在于它包括至少1個35kV電源點供電區域；所述每個35kV電源點供電區域是由1個中心協調Agent、1個35kV變電站Agent和至少1個10kV配電站Agent構成；其工作方法包括：信息收集、處理、記錄和保存、判斷、控制；其優越性在于：①實現轉移負荷恢復供電；②解決搜索恢復方案的窮舉危險；③快速準確獲得故障恢復候選方案集；④自治性、主體性和反應性高。
【專利說明】基于MAS的35kV配電網故障時負荷轉移系統及方法(一)【技術領域】:
[0001]本發明涉及城市中低壓配電網的供電恢復系統及方法，尤其是一種基于MAS(Mult1-Agents——多代理)的35kV配電網故障時負荷轉移系統及方法，屬于配電網運行管理和故障應急處理領域。
(二)【背景技術】:
[0002]配電網大都是環狀結構、開環運行而呈輻射狀，其潮流一般沿輻射網呈單方向。我國配電網大多采用500/220/110/35/10kV的電壓序列，只有東北電網采用了500/220/66/10kV、西北電網采用了 750/330/66/10kV的電壓等級序列，且城市中低壓配電網區域內的負荷一般以政府機構、商業、居民為主，不僅呈輻射狀運行結構，而且具有分支多、供電半徑小、負荷密集、結構復雜的特點。城市35kV中低壓配電網一般負責某一特定區域的供電，面積在5~10km2左右，其中重要用戶多采用雙環網多聯絡結構保證可靠供電。35kV變電站變壓設備多采用單(雙)回路進線、多回路出線的設計方案，一般配有2臺主變壓器并裝設一臺從站外可靠電源引接的專用備用變壓器，事故率較低，供電可靠性較高。但是，一旦因自然災害、人為破壞或設備故障等原因造成35kV變電站發生永久性故障吋，往往會引起供電區域的大面積失電，而電力公司搶修此類高壓故障時一般需要數小時或天不等，可造成一系列嚴重后果。
[0003]故障恢復是在綜合考慮饋線容量、節點電壓、支路電流、網絡拓撲等約束條件，并滿足一定開關次數、優先等級、經濟損失等目標的前提下，尋找正確、有效的開關組合恢復供電的過程，包括故障定位、故障隔離、故障恢復、復核轉移、切除負荷和網絡重構等幾方面。但在實際中，由于配電系統規模龐大，開關組合變量空間維數甚高，使得故障后的供電恢復問題面臨窮舉搜索的危險。此外，恢復策略要綜合考慮開關操作次數、饋線負荷裕量、負荷恢復量、網絡約束、用戶優先等級等因素，但有些因素相互矛盾，這使得解決該問題變得十分困難。人工智能理論求解復雜的非線性系統問題的優勢彌補了傳統方法單純依靠數學求解的不足，解決了某些傳統計算方法難于求解或不能解決的問題。近年來，隨著通信技術的快速發展，Mult1-Age nts算法作為人工智能理論方法的重要分支,在電カ系統故障恢復領域得到了廣泛應用。
(三)
【發明內容】
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[0004]本發明的目的是提供一種基于MAS的35kV配電網故障時負荷轉移系統及方法，在城市35kV配電網發生故障造成供電區域內大面積失電且短時間內無法修復時，可以克服現有技術不足，運用 Mult1-Agents算法并結合城市35kV中低壓配電網的特點,通過具有一定自治性、主體性和反應性的中心協調Agent、35kV變電站Agent和IOkV配電站Agent之間的相互協調和配合共同完成負荷轉移的任務，可快速、高效的恢復故障區域內盡可能多的負荷供電，是ー種有效且可靠的系統及方法。
[0005]本發明的技術方案:一種基于MAS的35kV配電網故障時負荷轉移系統,其特征在于它包括至少I個35kV電源點供電區域；所述每個35kV電源點供電區域是由I個中心協調Agent、I個35kV變電站Agent和至少I個IOkV配電站Agent構成；其中，所述35kV變電站Agent和IOkV配電站Agent分別于中心協調Agent呈雙向連接；所述姆一個35kV電源點供電區域中的中心協調Agent呈雙向連接，進而構成一個網狀結構。
[0006]所述中心協調Agent是由信息收集與處理功能模塊1、通信功能模塊I以及規則判斷與生成功能模塊組成；所述通信功能模塊I與信息收集與處理功能模塊以及規則判斷與生成功能模塊之間呈雙向連接，且同時與其它35kV電源點供電區域中的中心協調Agent呈雙向連接，還與每ー個IOkV配電站Agent呈雙向連接。
[0007]所述35kV變電站Agent是由信息收集與處理功能模塊I1、通信功能模塊II以及命令解析與執行功能模塊II組成；所述通信功能模塊II分別與信息收集與處理功能模塊II以及命令解析與執行功能模塊II呈雙向連接；所述通信功能模塊II與中心協調Agent呈雙向連接。
[0008]所述IOkV配電站Agent是由信息收集與處理功能模塊II1、通信功能模塊II1、命令解析與執行功能II1、潮流計算功能模塊以及拓撲分析功能模塊組成；所述通信功能模塊III分別與信息收集與處理功能模塊II1、命令解析與執行功能II1、潮流計算功能模塊、拓撲分析功能模塊和中心協調Agent呈雙向連接。
[0009]—種基于MAS的35kV配電網故障時負荷轉移系統的工作方法,其特征在于它包括以下步驟:
[0010]①當配電網正常運行、系統未發生故障時，配電區域內每ー個中心協調Agent信息收集與處理功能模塊1、35kV變電站Agent信息收集與處理功能模塊II和IOkV配電站Agent信息收集與處理功能模塊III，均根據自身職責和功能特性，周期性的收集并保存區域內配電網拓撲結構、節點電壓、支路電流、有功功率、無功功率、開關狀態、負荷容量和恢復容量的狀態信息；區域內35kV變電站Agent的信息收集與處理功能模塊II將變電站的設備及其狀態信息收集、處理后記錄保存；
[0011]②故障區域的中心協調Agent的信息收集與處理功能模塊I根據故障前保存記錄的該區域內的負荷有功功率、無功功率信息計算處理后，經通信功能模塊I傳送至規則判斷與生成功能模塊處理后，首先向上ー電壓等級配變電中心發出整區恢復請求，若滿足恢復容量條件，則規則判斷與生成功能模塊經通信功能模塊I分別通過故障區域內35kV變電站Agent和IOkV配電站Agent的通信功能模塊II和通信功能模塊III向命令解析與執行功能II和命令解析與執行功能III發出操作執行命令，實現整區恢復；若不滿足條件則轉步驟③；
[0012]③故障區域的中心協調Agent的規則判斷與生成功能模塊生成的負荷轉移請求命令經通信功能模塊I發送至向其它鄰近區域的中心協調Agent的通信功能模塊I，其它鄰近區域的中心協調Agent的規則判斷與生成功能模塊根據請求命令將該區域恢復容量排序后反饋至故障區域中心協調Agent ;故障區域中心協調Agent的信息收集與處理功能模塊I以IOkV配電站所覆蓋供電區域為分區并根據故障前35kV變電站Agent及IOkV配電站Agent收集、保存的分區內重要負荷多少進行排序，規則判斷與生成功能模塊以盡可能多的恢復失電負荷且重要負荷優先恢復為原則將分區內負荷容量與鄰近電源點恢復容量進行匹配，若滿足匹配條件，故障區域的中心協調Agent的規則判斷與生成功能模塊向鄰近電源點中心協調Agent的規則判斷與生成功能模塊發出操作執行請求命令，依次進行分區恢復；若遇到含較多重要負荷的分區，因無法滿足容量限制實現整個分區恢復時，則轉步驟④；
[0013]④對有容量限制且較重要的分區，則通過切除部分末端重要等級較低的負荷的方式，直至滿足鄰近電源點容量限值，并通過拓撲分析和潮流計算后滿足約束條件吋，對切除部分負荷后的分區進行恢復；
[0014]⑤若所有鄰近電源點已經全部用盡仍有部分分區無法恢復，或所有故障分區已經恢復供電，則停止搜索并形成負荷轉移候選方案；
[0015]⑥根據開關次數最少和恢復重要負荷的最多這兩個評價指標的權重比例，在候選方案中得出最優負荷轉移方案。
[0016]所述步驟①中負荷容量是指某一支路的所有負荷在某一時刻所消耗的有功功率和無功功率；所述恢復容量是指為保證負荷轉移至鄰近電源點后，不至于因負荷變化造成鄰近電源點過載等引起故障，而除去臨近電源點可實際恢復容量的一定比例后的安全容量。
[0017]所述步驟②中故障區域是指I個35kV變電站所覆蓋的供電區域，造成區域內大面積停電的原因是自然災害或人為因素等引起的永久性故障，即短時間無法恢復；所述上ー電壓等級配變電中心是指城市配電網中直接分配電能給35kV配電站的配變電中心；所述整區恢復是指35kV變電站所覆蓋的供電區域，亦即本發明中所涉的整個故障區域，在上一級電壓中心變電站的恢復容量滿足該故障區域內的負荷容量時通過上ー級電壓中心供電。
[0018]所述步驟③中鄰近區域是指與該35kV配電站存在地理接線(如IOkV配電站手拉手結構)、隸屬于同一或其他上一級電壓變電站的35kV配電站所覆蓋的供電區域。
[0019]所述步驟③中鄰近電源點是指鄰近區域中與故障區域中IOkV配電站存在地理接線的IOkV配電站。
[0020]所述步驟③中分區恢復是指以故障區域中IOkV配電站所覆蓋供電區域為分區，通過轉移至鄰近電源點而不改變原來的拓撲結構，進行供電恢復。
[0021]所述步驟③中容量限制是指鄰近電源點恢復容量無法滿足待恢復區域的負荷容量。
[0022]本發明的工作原理:基于MAS的35kV配電網故障時負荷轉移方法，當城市配電網35kV變電站因發生永久性故障造成區域內大面積停電時，需通過負荷轉移對失電區域恢復供電，在滿足安全約束和電氣約束的條件下，重要負荷優先恢復供電，并且盡量保持網絡原有的拓撲結構、以盡可能少的開關操作數轉移負荷最多為目標，針對這一大規模、多目標、非線性的組合優化問題，采用Mult1-Agents算法,通過構建負荷轉移系統及各Agent間的相互配合實現轉移負荷恢復供電。
[0023]所述盡可能多的恢復失電負荷且重要負荷優先恢復，其數學模型為:
【權利要求】
1.一種基于MAS的35kV配電網故障時負荷轉移系統,其特征在于它包括至少I個35kV電源點供電區域；所述每個35kV電源點供電區域是由I個中心協調Agent、l個35kV變電站Agent和至少I個IOkV配電站Agent構成；其中，所述35kV變電站Agent和IOkV配電站Agent分別于中心協調Agent呈雙向連接；所述每ー個35kV電源點供電區域中的中心協調Agent呈雙向連接,進而構成一個網狀結構。
2.根據權利要求1所述ー種基于MAS的35kV配電網故障時負荷轉移系統，其特征在于所述中心協調Agent是由信息收集與處理功能模塊1、通信功能模塊I以及規則判斷與生成功能模塊組成；所述通信功能模塊I與信息收集與處理功能模塊以及規則判斷與生成功能模塊之間呈雙向連接，且同時與其它35kV電源點供電區域中的中心協調Agent呈雙向連接，還與每ー個IOkV配電站Agent呈雙向連接。
3.根據權利要求1所述ー種基于MAS的35kV配電網故障時負荷轉移系統,其特征在于所述35kV變電站Agent是由信息收集與處理功能模塊I1、通信功能模塊II以及命令解析與執行功能模塊II組成；所述通信功能模塊II分別與信息收集與處理功能模塊II以及命令解析與執行功能模塊II呈雙向連接；所述通信功能模塊II與中心協調Agent呈雙向連接。
4.根據權利要求1所述ー種基于MAS的35kV配電網故障時負荷轉移系統,其特征在于所述IOkV配電站Agent是由信息收集與處理功能模塊II1、通信功能模塊II1、命令解析與執行功能II1、潮流計算功能模塊以及拓撲分析功能模塊組成；所述通信功能模塊III分別與信息收集與處理功能模塊II1、命令解析與執行功能II1、潮流計算功能模塊、拓撲分析功能模塊和中心協調Agent呈雙向連接。
5.一種基于MAS的35kV配電網故障時負荷轉移系統的工作方法,其特征在于它包括以下步驟:` ①當配電網正常運行、系統未發生故障時，配電區域內每ー個中心協調Agent信息收集與處理功能模塊1、35kV變電站Agent信息收集與處理功能模塊II和IOkV配電站Agent信息收集與處理功能模塊III，均根據自身職責和功能特性，周期性的收集并保存區域內配電網拓撲結構、節點電壓、支路電流、有功功率、無功功率、開關狀態、負荷容量和恢復容量的狀態信息；區域內35kV變電站Agent的信息收集與處理功能模塊II將變電站的設備及其狀態信息收集、處理后記錄保存 ②故障區域的中心協調Agent的信息收集與處理功能模塊I根據故障前保存記錄的該區域內的負荷有功功率、無功功率信息計算處理后，經通信功能模塊I傳送至規則判斷與生成功能模塊處理后，首先向上ー電壓等級配變電中心發出整區恢復請求，若滿足恢復容量條件，則規則判斷與生成功能模塊經通信功能模塊I分別通過故障區域內35kV變電站Agent和IOkV配電站Agent的通信功能模塊II和通信功能模塊III向命令解析與執行功能II和命令解析與執行功能III發出操作執行命令，實現整區恢復；若不滿足條件則轉步驟③； ③故障區域的中心協調Agent的規則判斷與生成功能模塊生成的負荷轉移請求命令經通信功能模塊I發送至向其它鄰近區域的中心協調Agent的通信功能模塊I，其它鄰近區域的中心協調Agent的規則判斷與生成功能模塊根據請求命令將該區域恢復容量排序后反饋至故障區域中心協調Agent ;故障區域中心協調Agent的信息收集與處理功能模塊I以IOkv配電站所覆蓋供電區域為分區并根據故障前35kV變電站Agent及IOkV配電站Agent收集、保存的分區內重要負荷多少進行排序，規則判斷與生成功能模塊以盡可能多的恢復失電負荷且重要負荷優先恢復為原則將分區內負荷容量與鄰近電源點恢復容量進行匹配，若滿足匹配條件，故障區域的中心協調Agent的規則判斷與生成功能模塊向鄰近電源點中心協調Agent的規則判斷與生成功能模塊發出操作執行請求命令，依次進行分區恢復；若遇到含較多重要負荷的分區，因無法滿足容量限制實現整個分區恢復吋，則轉步驟④； ④對有容量限制且較重要的分區，則通過切除部分末端重要等級較低的負荷的方式，直至滿足鄰近電源點容量限值，并通過拓撲分析和潮流計算后滿足約束條件時，對切除部分負荷后的分區進行恢復； ⑤若所有鄰近電源點已經全部用盡仍有部分分區無法恢復，或所有故障分區已經恢復供電，則停止搜索并形成負荷轉移候選方案； ⑥根據開關次數最少和恢復重要負荷的最多這兩個評價指標的權重比例，在候選方案中得出最優負荷轉移方案。
6.根據權利要求5所述ー種基于MAS的35kV配電網故障時負荷轉移系統的工作方法，其特征在于所述步驟①中負荷容量是指某一支路的所有負荷在某一時刻所消耗的有功功率和無功功率；所述恢復容量是指為保證負荷轉移至鄰近電源點后，不至于因負荷變化造成鄰近電源點 過載等引起故障，而除去臨近電源點可實際恢復容量的一定比例后的安全容量。
7.根據權利要求5所述ー種基于MAS的35kV配電網故障時負荷轉移系統的工作方法，其特征在于所述步驟②中故障區域是指I個35kV變電站所覆蓋的供電區域，造成區域內大面積停電的原因是自然災害或人為因素等引起的永久性故障，即短時間無法恢復；所述上ー電壓等級配變電中心是指城市配電網中直接分配電能給35kV配電站的配變電中心；所述整區恢復是指35kV變電站所覆蓋的供電區域，亦即本發明中所涉的整個故障區域，在上一級電壓中心變電站的恢復容量滿足該故障區域內的負荷容量時通過上一級電壓中心供電。
8.根據權利要求5所述ー種基于MAS的35kV配電網故障時負荷轉移系統的工作方法，其特征在于所述步驟③中鄰近區域是指與該35kV配電站存在地理接線、隸屬于同一或其他上一級電壓變電站的35kV配電站所覆蓋的供電區域。
9.根據權利要求5所述ー種基于MAS的35kV配電網故障時負荷轉移系統的工作方法，其特征在于所述步驟③中鄰近電源點是指鄰近區域中與故障區域中IOkV配電站存在地理接線的IOkV配電站；所述步驟③中分區恢復是指以故障區域中IOkV配電站所覆蓋供電區域為分區，通過轉移至鄰近電源點而不改變原來的拓撲結構，進行供電恢復。
10.根據權利要求5所述ー種基于MAS的35kV配電網故障時負荷轉移系統的工作方法，其特征在于所述步驟③中容量限制是指鄰近電源點恢復容量無法滿足待恢復區域的負荷容量。
【文檔編號】H02J3/00GK103532133SQ201310464347
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月29日 優先權日:2013年9月29日
【發明者】周雪松, 侯兆豪, 馬幼捷, 尹金良, 吳艷娟, 李季, 石雪琦, 袁洪德, 馬玲 申請人:天津理工大學