基于免疫Agent的配電網電纜線路故障自愈系統

王雷

（國網冀北電力有限公司三河市供電分公司燕郊高新技術產業開發區供電中心，河北廊坊 065201）

目前，我國配電網絡的自動化程度仍較低，供電故障檢測、隔離、恢復等基礎工作已很難滿足廣大用戶對供電質量的需求。根據統計，每年都會存在一大部分由配網造成的供電事故。隨著多種新的可再生能源的加入，以及電力供應模式的多元化，任何不正常的操作都會對電力供應的品質產生一定的影響。自愈技術是配電網智能化的具體體現，其與配電網的免疫機制一樣，對確保配電網的安全、穩定運行發揮著重要作用。文獻[1]提出的基于配電自動化的自愈系統，通過使用自動化技術分析配電網電纜線路單相接地情況，并進行精準定位。通過定位結果重構配電網電纜線路，實現線路自愈；文獻[2]提出的計及充換放儲一體化配電網故障恢復方法，以系統孤島負荷、網損為不同層優化目標，構建配電網電纜線路故障多層優化模型，結合混沌模擬退火競爭算法對模型進行優化，實現線路自愈。

配電網線路是一個復雜的結構形式，一旦配電網電纜線路出現故障，就需要停機檢查，該過程會造成設備損耗。因此，設計了一種基于免疫Agent 的配電網電纜線路故障自愈系統。

1 系統硬件結構設計

基于免疫Agent 的配電網電纜線路故障自愈系統的硬件結構如圖1 所示。

圖1 系統硬件結構

由圖1 可知，控制系統包括分布式電源、控制器、分級控制器、中央控制器和調度中心，其中分布式電源和控制器，負責對網絡接口和分布式供電自身進行控制；中央控制器負責管理配電網電壓、頻率和運行模式；調度中心負責對多個微網進行統一管理[3]。

1.1 免疫Agent結構

為了提高配電網的自愈能力，將內部單元劃分為兩類，并給出具體代理結構，如圖2 所示。

圖2 免疫Agent結構

由圖2 可知，一種是領導代理，部署在各個電纜線路內的分段開關上，另一種是成員代理，部署在電纜線路的負荷上[4]。成員代理能夠將鄰近自治區的負荷、備用電源、發送狀況等信息傳遞給離失效地點最近的代理，并僅與離故障點最近的一個代理通信。例如，負載代理被分配到一個負載和一個數字網絡之間，以收集數據線區域負荷，并和其他成員代理進行互動。同時，還可以檢查相應連接開關是否閉合[5-6]。交換機的分布分散，用于采集線纜內部狀況，并按不同情況進行故障修復，將消息傳送到各線纜中的成員代理，進行電力恢復工作[7]。

1.2 智能控制終端

智能控制終端起到了饋電代理的作用，能夠獨立地進行分布式控制。該終端不僅能夠實時監測故障狀態，還能處理復雜數據，由此實現就地控制[8]。

該終端以ARM9 為主要處理單元，ARM 為核心，以可編程門陣為中心，對其進行控制，具有400 MHz的主頻以及豐富的界面資源，便于與外部通信，并具有可擴充的功能模塊[9-10]。通過FPGA 功能模塊能夠實現對高速數據的采集、處理，將處理結果作為依據進行故障檢測和各種邏輯控制。

1.3 通信服務器

針對配電網絡中的問題，根據其本身的特點和分布的特點，提出了一種“聯邦”架構，并將其與分層設計相結合，構建了一種適用于配電網絡的自修復系統。在“聯邦”架構中，一個介子把一系列代理集中成一個代理，而子集的代理只和這個代理通信。該介子負責子中心代理的行為控制，并與其他代理進行交流和協調[11]。

2 系統軟件部分設計

針對故障診斷問題，免疫Agent 的作用是對被稱作抗原的非自我物質進行體內或體外的檢測與鑒別。其工作原理對電力系統中的配電網電纜線路的研究具有一定的參考價值。

2.1 故障自愈模型構建

配電網的故障定位、隔離與維護是實現配電網電纜線路故障自愈的一種重要方法，該系統可實時分析、判斷所收集的斷路器及故障指示，并通過各個分支機構的指揮，迅速準確地找到最佳停電恢復方案[12]。

當電纜線路發生故障時，關鍵負荷的優先級別為最高，因此，最大限度恢復優先級高的負荷便于電纜線路正常運行，由此構建的故障自愈模型如下所示：

式中，ωi、ωj分別表示i、j節點的權重系數；qi、qj分別表示i、j節點的負荷；‖λi‖表示負荷供電狀態向量幅值；n表示供電節點總數。當時，說明節點i與配電網電纜線路無負荷通過，即負荷處于孤島狀態[13]；當=1 時，說明節點i與配電網電纜線路有負荷通過，即電纜線路連接正常。

2.2 故障自愈拓撲約束

對于電纜線路輻射狀約束，可表示為：

式中，Ek表示電纜線路正常運行情況下的線路結構；SR表示滿足輻射狀運行的線路結構集合。對于支路潮流容量約束，可表示為：

式中，Wkmax表示電纜線路支路額定容量；Wk表示流過電纜線路支路的功率[14]。

對于節點電壓、電流約束，可表示為：

式中，Umin、Imin分別表示節點電壓、電流下限；Umax、Imax分別表示節點電壓、電流上限。

2.3 自愈執行過程

在故障自愈拓撲約束條件下，確定評估價指標，公式為：

式中，Q表示自愈執行方案恢復的所有負荷容量；m表示重復操作次數；M表示電纜線路裕度；B表示饋線條數；α1、α2、α3、α4均表示各項指標的權重系數[15]。當故障發生后，通過獲取全局信息來制定自愈方案。

在系統的實施中，主要是通過對主控系統的故障進行早期檢測與診斷，然后利用智能決策、主動調整或其他相關方法來防止和解決主控系統故障[16]。系統自愈執行過程，如圖3 所示。

圖3 系統自愈執行過程

由圖3 可知，通過定義控制文件大小，將各個自愈執行策略映射到免疫Agent 系統，從而構造出免疫Agent 系統的主體間的概念映射空間。以免疫系統的特征為主體的抽象結構，通過不同功能的免疫代理構成了一個子系統。在多代理系統中，每個代理都攜帶著本地的信息，利用這些信息進行空間搜索，從而表現出復雜的群體行為，并以一種穩定的方式完成任務。

3 實驗結果與分析

3.1 配電網電纜線路結構

為了驗證基于免疫Agent 的配電網電纜線路故障自愈系統的設計合理性，設計以下實驗完成相關測試。實驗配電網電纜線路結構如圖4 所示。

圖4 配電網電纜線路結構

對于圖4 所示的電纜線路，使用繼電保護裝置為實驗平臺供電。

3.2 實驗結果與分析

對于三個故障區域，該文系統的自愈結果如表1所示。

表1 該文系統配電網電纜故障自愈結果

由表1 可知，應用該文系統后98%以上的配電網電纜故障得以自愈，應用效果非常理想。

對比分析三種方法的自愈時間，結果如表2所示。

表2 系統方法自愈時間對比

由表2 可知，經過300 次迭代處理后，文獻[1]系統和文獻[2]系統的耗時均高于該文系統。通過分析結果可知，使用基于免疫Agent 的自愈系統自愈時間最短。

4 結束語

文中設計了一種基于免疫Agent 的配電網電纜線路故障自愈系統，根據配電網電纜線路結構特征，給出了自愈系統的目標函數與約束條件。結合免疫Agent 算法，實現配電網電纜線路故障自愈。雖然該文已經深入研究了配電網電纜線路故障自愈模式，但是在日后研究中還需要針對自愈系統的數據庫管理、圖形配置等方面的技術進一步開發和設計。