基于Multi-agent技术的配电网络重构研究

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(1.国网四川省电力公司供电服务中心，四川 成都 610000；2.西南石油大学电气信息学院，四川 成都 610500)

0 引 言

配电网络的快速发展，以及用户对连续性供电的要求越来越高，对配电网络快速、可靠的复电重构不断提出了新的要求。配电网络的复电重构，即调整网络中的联络开关和分段开关的状态，找到一个最优的开关操作方案，从而为停电区域恢复供电[1]。在配电网络的复电重构过程中，需要考虑如扩大复电区域、减少开关操作、最大限度减少复电时间、保持系统的辐射状架构等诸多因素[2]。目前解决配电网重构的方法大致有数学优化方法、启发式搜索方法、人工智能方法以及多代理技术等[3-5]。

文献[6]按照馈线自动化系统的功能将其划分为终端层、子站层和主站层，并将功能下放至子站层，各子站通过彼此之间的合作与协调共同完成故障检测、隔离和恢复的任务。文献[7]将故障恢复过程分为4个阶段，各代理按照预定步骤，逐步生成各阶段的故障恢复方案，减小了故障影响范围。文献[8]应用多代理技术，提出了以恢复负荷最多、开关操作数最少为目标的供电恢复模型，建立了多代理系统，对含分布式电源的配电网的供电恢复问题进行了研究。基于多代理技术，利用JADE开发平台，为一个配电网设计了多代理复电系统，并检验了该系统的运行情况。

1 多代理系统概述

多代理系统(multi-agent system，MAS)是指能主动感知所处环境的变化并能作用于环境的软硬件集合。多代理系统中的各代理具有反应性、社会性、自治性等特点，对于某些特殊的应用系统，也可能主要利用代理的移动性等特征。

多代理系统中的各代理可通过自主性动作解决所遇到的问题；当单个代理遇到无法解决的问题时，它会通过与其他代理的协调与合作共同解决这个问题。因此，在多代理系统的设计中，不仅涉及到单个代理的体系结构、开发手段、功能配置等问题，还涉及到代理间的协调机制、交互方式、组织策略等问题。

多代理系统是可以协同工作的一种松散型系统，其知识、数据及控制在逻辑上和物理上都可能是分散的，系统中各Agent分布于网络的各节点上，可方便地求解分布式问题和动态问题。电力系统配电网络复电重构技术存在多目标、分区域、非线性以及多阶段等特点，属于多代理技术的研究范围[2]。

2 复电重构代理

利用JADE开发平台，为图1所示的配电网络设计了一个多代理复电系统。如图所示，该配电网络由2个变电站组成，每个变电站中都有1台变压器为3条支线供电，且每条支线分别为4条母线供电。在该配电网络中分布着大量的联络开关(如S1、S2、T1、T2)，当配电网发生故障时，即是通过改变这些开关的状态，为失电的负载寻找到1条最优的复电路径，从而恢复停电区域的供电。

图1 配电系统结构图

在配电网络的每条支线上都设置1个支线代理(如FA1A、FA2A)，这些代理主导故障后的复电过程。支线代理接收各母线代理的故障信息并进行综合地分析和判断，从而确定故障区域和故障程度；然后根据故障情况与网络中其他支线代理协调协商，最终找到1个最优的开关操作方案，实现失电负载的转供。

在配电网络的每条母线上都设置1个母线代理(如BA1、BA5)，其主要任务是实时监测母线的工作状况，在母线故障时将故障情况报告给相应支线代理，并根据支线代理的命令操作相应开关。

3 复电策略及流程

3.1 复电策略

当实际配电网络发生故障后，以何种目标指导复电过程取决于实际需要。为了直观地呈现多代理系统的工作情况，将复电目标简化为以下两点。

(1)最大限度地恢复供电

当配电网络中发生故障时，相应支线代理的任务之一即是尽最大可能为全部失电负载恢复供电。图1所示的配电系统正常运行时，各支线及母线上的功率消耗值如表1所示(单位MW)，并设定系统中各支线可以提供的最大功率均为1 000 MW。

表1 正常运行时的功率消耗值

(2)根据就近原则确定复电路径

配电系统发生故障时，故障支线代理会逐一评价准备为其提供电力供应的支线，依次选择离它距离最小的支线提供的电力，直到所有停电区域都恢复供电。在图1所示的系统中，定义各支线间的距离如表2所示。

表2 各支线之间的距离值

3.2 复电流程

假设配电网络在运行时发生了如图1所示的线路故障，则支线代理FA1C会执行复电重构工作，其过程简述如下：①注册黄页服务：系统故障时，各支线正常工作且可以向外提供电力，各支线代理会在黄页上注册功率服务，表示其可以向其他支线输出功率。②接收故障信息：若支线1C上发生了线路故障，处于该支线上故障区域中母线代理会向支线代理FA1C发送故障信息。FA1C接收、记录并分析这些故障信息。③注销黄页服务：若FA1C分析得出整条支线都已经停电，则它会注销其黄页服务。④搜索黄页服务并发出请求：为了恢复失电负载的供电，支线代理FA1C会搜索黄页上能够提供功率服务的支线，并向它们发出请求电力供应的CFP信息。⑤接收回复信息：接收到了CFP信息的支线代理会根据本支线的实际情况，决定是否同意故障支线代理FA1C的请求，并回复“同意”、“拒绝”或者不回复任何信息，FA1C接收并记录这些信息。⑥评估建议信息：如果有支线代理准备为故障支线1C提供电力，则支线代理FA1C会逐一评估这些支线代理提供的建议信息，根据就近原则和最大限度恢复供电原则确定最优的复电方案。⑦方案执行：评估完成后，支线代理FA1C会发出命令操作相应的开关并连接上负载。

4 仿真分析

所模拟的是支线1C发生线路故障时，多代理系统完成配电网络故障重构的过程。由表1可得，当支线1C上发生线路故障时，该支线需要恢复的总功率是580 MW。设定支线1C发生故障时，其它支线均正常工作，并都准备向1C提供富余功率。由于支线1B和1C之间的距离为1，且支线1B目前可向外输出480 MW功率，所以FA1C会首先接收该480 MW功率。由于支线1A和1C之间的距离为2，且支线1A目前可向外提供440 MW的功率，因此它会提供给支线1C另外的100 MW功率。网络重构后的系统结构如图2所示。

图3(a)、(b)由JADE平台上的Sinffer Agent监测到的该故障环境下各代理的交互顺序图。图中的每一列表示一个代理；每一行表示一次信息的交互过程，由信息发送者指向信息接收者。为了便于观察，图中只列出了支线代理FA1A、FA1B、FA1C、BA9、BA10、BA11、BA12等几个与该故障环境密切相关的代理的交互情况。在图3(a)、(b)中，第3～5列分别代表支线代理FA1A、FA1B、FA1C，第6～9列分别表示母线代理BA9～BA12。图中各行信息所表示的具体含义如表3所示。

图2 重构后的网络结构图

表3 各代理交互信息描述

5 结 论

以多代理技术为基础，利用JADE开发平台，设计了一个多代理复电系统，并检验了该系统的运行情况。多代理系统的分布式控制功能，为问题的求解提供了一个更快捷的途径。尽管多代理技术的研究已经取得了很大的进展，但总的来说，多代理技术还不成熟，还需要深入的研究。此外，由于多代理技术的成本较高，加之配电系统对安全性的要求较高，所以多代理技术在配电系统中的应用还较少。但由于多代理技术的诸多优点，随着其成本的降低和技术的成熟，多代理技术在电力系统中的应用定会越来越广泛。

图3 各代理的交互顺序图

[1] 徐青山.电力系统故障诊断及故障恢复[M].北京:中国电力出版社,2007.

[2] 孔冰,赵泽茂,李红伟.基于多代理技术的配电网络复电技术[J].电气应用,2013,32(7):28-31.

[3] 刘莉,陈学锋,翟登辉.智能配电网故障恢复的现状与展望[J].电力系统保护与控制,2011,39(13):148-152.

[4] 李鹏飞.基于人工智能的配电网故障恢复重构研究[D].南京:南京理工大学,2008.

[5] 冯树海.配电系统网络重构方法研究[J].电力自动化设备,2002,22(5):13-15.

[6] 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):54-56.

[7] 丁施尹,刘明波,谢敏，等.应用多代理技术求解高压配电网故障恢复问题[J].电力系统保护与控制,2012,40(9):54-60.

[8] 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(10):61-65.

[9] 于卫红.基于JADE平台的多Agent系统开发技术[M].北京:国防工业出版社,2011.