基于Multi-agent技術的配電網絡重構研究

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(1.國網四川省電力公司供電服務中心，四川 成都 610000；2.西南石油大學電氣信息學院，四川 成都 610500)

0 引 言

配電網絡的快速發展，以及用戶對連續性供電的要求越來越高，對配電網絡快速、可靠的復電重構不斷提出了新的要求。配電網絡的復電重構，即調整網絡中的聯絡開關和分段開關的狀態，找到一個最優的開關操作方案，從而為停電區域恢復供電[1]。在配電網絡的復電重構過程中，需要考慮如擴大復電區域、減少開關操作、最大限度減少復電時間、保持系統的輻射狀架構等諸多因素[2]。目前解決配電網重構的方法大致有數學優化方法、啟發式搜索方法、人工智能方法以及多代理技術等[3-5]。

文獻[6]按照饋線自動化系統的功能將其劃分為終端層、子站層和主站層，并將功能下放至子站層，各子站通過彼此之間的合作與協調共同完成故障檢測、隔離和恢復的任務。文獻[7]將故障恢復過程分為4個階段，各代理按照預定步驟，逐步生成各階段的故障恢復方案，減小了故障影響范圍。文獻[8]應用多代理技術，提出了以恢復負荷最多、開關操作數最少為目標的供電恢復模型，建立了多代理系統，對含分布式電源的配電網的供電恢復問題進行了研究。基于多代理技術，利用JADE開發平臺，為一個配電網設計了多代理復電系統，并檢驗了該系統的運行情況。

1 多代理系統概述

多代理系統(multi-agent system，MAS)是指能主動感知所處環境的變化并能作用于環境的軟硬件集合。多代理系統中的各代理具有反應性、社會性、自治性等特點，對于某些特殊的應用系統，也可能主要利用代理的移動性等特征。

多代理系統中的各代理可通過自主性動作解決所遇到的問題；當單個代理遇到無法解決的問題時，它會通過與其他代理的協調與合作共同解決這個問題。因此，在多代理系統的設計中，不僅涉及到單個代理的體系結構、開發手段、功能配置等問題，還涉及到代理間的協調機制、交互方式、組織策略等問題。

多代理系統是可以協同工作的一種松散型系統，其知識、數據及控制在邏輯上和物理上都可能是分散的，系統中各Agent分布于網絡的各節點上，可方便地求解分布式問題和動態問題。電力系統配電網絡復電重構技術存在多目標、分區域、非線性以及多階段等特點，屬于多代理技術的研究范圍[2]。

2 復電重構代理

利用JADE開發平臺，為圖1所示的配電網絡設計了一個多代理復電系統。如圖所示，該配電網絡由2個變電站組成，每個變電站中都有1臺變壓器為3條支線供電，且每條支線分別為4條母線供電。在該配電網絡中分布著大量的聯絡開關(如S1、S2、T1、T2)，當配電網發生故障時，即是通過改變這些開關的狀態，為失電的負載尋找到1條最優的復電路徑，從而恢復停電區域的供電。

圖1 配電系統結構圖

在配電網絡的每條支線上都設置1個支線代理(如FA1A、FA2A)，這些代理主導故障后的復電過程。支線代理接收各母線代理的故障信息并進行綜合地分析和判斷，從而確定故障區域和故障程度；然后根據故障情況與網絡中其他支線代理協調協商，最終找到1個最優的開關操作方案，實現失電負載的轉供。

在配電網絡的每條母線上都設置1個母線代理(如BA1、BA5)，其主要任務是實時監測母線的工作狀況，在母線故障時將故障情況報告給相應支線代理，并根據支線代理的命令操作相應開關。

3 復電策略及流程

3.1 復電策略

當實際配電網絡發生故障后，以何種目標指導復電過程取決于實際需要。為了直觀地呈現多代理系統的工作情況，將復電目標簡化為以下兩點。

(1)最大限度地恢復供電

當配電網絡中發生故障時，相應支線代理的任務之一即是盡最大可能為全部失電負載恢復供電。圖1所示的配電系統正常運行時，各支線及母線上的功率消耗值如表1所示(單位MW)，并設定系統中各支線可以提供的最大功率均為1 000 MW。

表1 正常運行時的功率消耗值

(2)根據就近原則確定復電路徑

配電系統發生故障時，故障支線代理會逐一評價準備為其提供電力供應的支線，依次選擇離它距離最小的支線提供的電力，直到所有停電區域都恢復供電。在圖1所示的系統中，定義各支線間的距離如表2所示。

表2 各支線之間的距離值

3.2 復電流程

假設配電網絡在運行時發生了如圖1所示的線路故障，則支線代理FA1C會執行復電重構工作，其過程簡述如下：①注冊黃頁服務：系統故障時，各支線正常工作且可以向外提供電力，各支線代理會在黃頁上注冊功率服務，表示其可以向其他支線輸出功率。②接收故障信息：若支線1C上發生了線路故障，處于該支線上故障區域中母線代理會向支線代理FA1C發送故障信息。FA1C接收、記錄并分析這些故障信息。③注銷黃頁服務：若FA1C分析得出整條支線都已經停電，則它會注銷其黃頁服務。④搜索黃頁服務并發出請求：為了恢復失電負載的供電，支線代理FA1C會搜索黃頁上能夠提供功率服務的支線，并向它們發出請求電力供應的CFP信息。⑤接收回復信息：接收到了CFP信息的支線代理會根據本支線的實際情況，決定是否同意故障支線代理FA1C的請求，并回復“同意”、“拒絕”或者不回復任何信息，FA1C接收并記錄這些信息。⑥評估建議信息：如果有支線代理準備為故障支線1C提供電力，則支線代理FA1C會逐一評估這些支線代理提供的建議信息，根據就近原則和最大限度恢復供電原則確定最優的復電方案。⑦方案執行：評估完成后，支線代理FA1C會發出命令操作相應的開關并連接上負載。

4 仿真分析

所模擬的是支線1C發生線路故障時，多代理系統完成配電網絡故障重構的過程。由表1可得，當支線1C上發生線路故障時，該支線需要恢復的總功率是580 MW。設定支線1C發生故障時，其它支線均正常工作，并都準備向1C提供富余功率。由于支線1B和1C之間的距離為1，且支線1B目前可向外輸出480 MW功率，所以FA1C會首先接收該480 MW功率。由于支線1A和1C之間的距離為2，且支線1A目前可向外提供440 MW的功率，因此它會提供給支線1C另外的100 MW功率。網絡重構后的系統結構如圖2所示。

圖3(a)、(b)由JADE平臺上的Sinffer Agent監測到的該故障環境下各代理的交互順序圖。圖中的每一列表示一個代理；每一行表示一次信息的交互過程，由信息發送者指向信息接收者。為了便于觀察，圖中只列出了支線代理FA1A、FA1B、FA1C、BA9、BA10、BA11、BA12等幾個與該故障環境密切相關的代理的交互情況。在圖3(a)、(b)中，第3～5列分別代表支線代理FA1A、FA1B、FA1C，第6～9列分別表示母線代理BA9～BA12。圖中各行信息所表示的具體含義如表3所示。

圖2 重構后的網絡結構圖

表3 各代理交互信息描述

5 結 論

以多代理技術為基礎，利用JADE開發平臺，設計了一個多代理復電系統，并檢驗了該系統的運行情況。多代理系統的分布式控制功能，為問題的求解提供了一個更快捷的途徑。盡管多代理技術的研究已經取得了很大的進展，但總的來說，多代理技術還不成熟，還需要深入的研究。此外，由于多代理技術的成本較高，加之配電系統對安全性的要求較高，所以多代理技術在配電系統中的應用還較少。但由于多代理技術的諸多優點，隨著其成本的降低和技術的成熟，多代理技術在電力系統中的應用定會越來越廣泛。

圖3 各代理的交互順序圖

[1] 徐青山.電力系統故障診斷及故障恢復[M].北京:中國電力出版社,2007.

[2] 孔冰,趙澤茂,李紅偉.基于多代理技術的配電網絡復電技術[J].電氣應用,2013,32(7):28-31.

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[5] 馮樹海.配電系統網絡重構方法研究[J].電力自動化設備,2002,22(5):13-15.

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