10kV配电网自愈系统的应用

郑海娇

（广东电网有限责任公司肇庆供电局，广东肇庆，526000）

1 10kV配电网自愈系统的功能定位和需求

1.1 功能定位

10kV配电网自愈系统的应用实现了配电网的不间断持续供电，自愈系统不仅能准确预测电力系统故障，还能结合新技术对故障问题进行识别、隔离和处理。引入自愈系统能够对整个配电网进行实时监控，了解配电网运行状态，发现故障或潜在故障时，系统会给出预警。若发现故障，系统能够通过自愈技术及时进行调整和修复，以保证配电网的正常供电，维护配电网系统稳定，保障用户综合效益。就10kV配电网自愈系统的工作原理和应用背景将其功能归纳为以下三点：

（1）自愈控制技术在电力系统正常运行状态下应用时，基于目的性和选择性优化方式对配电网进行优化，提升配电网抗干扰能力，保证其稳定性。

（2）10kV配电网自愈系统还需要具备故障预判功能，通过故障预判能够对潜在故障进行预判和分析。对潜在故障的引发因素进行及时处理和更正，有效规避潜在故障可能对配电网产生的影响。

（3）如果配电网种出现了故障，自愈控制技术必须充分显现其功能，通过自愈控制技术对配电网进行故障修复，同时还应该结合故障隔离等方式，修复故障，修复故障期间保障用户供电，减少经济损失。

1.2 技术需求

为提升配电网馈线自动化水平，自愈控制技术在智能配电网中的应用十分关键。随着配电网的发展水平提高以及用户需求的不断提高，自愈控制技术水平也应该不断提高，其技术需求主要体现在以下两个方面：

（1）在线监控技术：为实现对配电网中运行参数和运行指标的实时监控，必须要引入在线监控技术。在线监控技术关注的指标主要包括电压值、电流值以及功率值等，若发现监测指标出现故障及异常，自愈控制技术会对异常数据进行解析，结合配电网实际情况研判故障原因和故障情况，以此为依据进行故障处理和故障恢复，减少经济损失。

（2）先进技术及设备。为提升10kV配电网自愈系统水平，必须要引入最新的技术和最新的设备。包括超导技术、电力电子技术、新储能技术等，通过这些新技术有效降低配电网的电能损耗，保证系统正常运行。同时还需要通过这些新技术及新设备减少电磁污染，实现配电网的可持续发展，新能源存储技术在这一领域中就具有广阔的应用前景。

2 10kV配电网自愈系统的关键技术

2.1 AMI技术

AMI技术是基于自动抄表技术上发展起来的高级测量技术，AMI技术的应用涉及10kV配电网自愈系统中的多个子系统，包括数据管理系统、通信系统、传输单元等。AMI技术应用的关键是高级测量系统，能够和管理系统相互协调以及配合，实现对配电网资源优化，提升其管理水平。

2.2 FMS技术

FMS技术在10kV配电网自愈系统中应用的最主要目的是提升其预测性能，FMS技术结合模拟技术和快速仿真技术，为配电网系统提供详实可靠的数据，优化配电网中管理人员的管理决策。该技术应用于自愈系统中，在实时监测数据基础上，实现故障的自动预测以及快速反应，提升故障恢复水平，对提升配电网系统稳定性具有不可忽视作用。

2.3 配电网重构技术

在配电网中会应用大量的联络开关和分段开关，因此配电网重构十分复杂，涉及到多个目标，属于典型的多目标非线性混合优化问题。配电网重构是在满足配电网呈辐射状、馈线热熔、节点电压偏差要求和变压器容量要求的前提下，确定使配电网线损、负荷均衡度、供电质量等指标最佳的配电网运行方式。配网重构技术在10kV配电网自愈系统中应用的主要目的是对配电网的状态和结构进行调整，消除线路中潜在和已经存在的线路过载问题，提升其供电质量。

3 基于Multi-Agent的智能配电网自愈系统设计

3.1 总体规划

本文基于Multi-Agent进行10kV配电网自愈系统的设计，希望通过Multi-Agent方法优化进一步提升自愈系统的自愈水平，同时还希望通过Multi-Agent来解决自愈系统中子结构之间的内部冲突问题。本文提出的智能配电网自愈系统的方法结构图如下所示，通过图1中能够看出10kV配电网自愈系统一共包括三层结构，涉及2个环节点以及多个控制节点。

图1 Multi-Agent方法的结构图

基于Multi-Agent设计的10kV配电网自愈系统结构完善，能有效实现自愈功能。2个环节点一个是全局控制环，另一个是局部控制环。局部控制环主要对配电网中的子节点进行协调和控制，保证其正常运行。全局控制环在局部控制环的基础上，对自愈系统中的各个子节点进行有效协调，实现对保护装置的有效控制。若自愈系统发现了故障信号，两个环节点会并及时进行分析和处理，给出相应的保护指令，以提供系统保护。全局控制环和局部控制环两个不具备从属关系，但两个也不能孤立存在，两个必须协调配合实现功能，具体结果图如图 2所示。

图2 Multi-Agent配电网自愈系统软件区域控制环结构

3.2 系统框架及功能应用

基于Multi-Agent的10kV配电网自愈系统基本框架图如图3所示，本文在设计中将10kV配电网自愈系统分为控制层、过程层和系统层3个层级。

图3 智能配电网自愈系统软件区域的 3 个控制层框架图

3.2.1 系统层

系统层作为10kV配电网自愈系统的最底层，具有一定复杂性，该层的主要作用是实现层结构的有效控制。该层包括三个局部控制环结构，进行监测和测量控制。10kV配电网自愈系统中自愈能力实现的基础是采集测量局部控制环，结合同步向量监测技术和调度数据采集技术对各种信号和指标进行监测，如果监测中发现异常网络信号，需要及时进行控制处理。同时还需要将异常的网络信号的信息及指令传递到控制层当中，在提升其智能程度的同时提升系统自愈能力。

3.2.2 控制层

控制层作为10kV配电网自愈系统的最高层，包括两个全部控制环和控制方案，通过控制层的设计及应用能够进一步提升10kV配电网自愈系统的防御能力。若监测到异常信号，控制层及时进行处理并给出相应的控制方案，予以实施。

3.2.3 过程层

10kV配电网自愈系统的过程层是控制层和系统层的连接层，也属于10kV配电网自愈系统中间层，其主要由快速仿真、故障诊断和评价节点三个全局控制环构成。该层能够实现异常信号的有效分析，减少控制层的处理时间，能够保障控制层在最短时间内形成处理方案。

4 基于Multi-Agent的智能配电网自愈系统应用分析

本文提出基于Multi-Agent的智能配电网自愈系统之后，希望通过实验验证的方法研究其自愈效果。构建故障配电网模型，将传统配电网自愈系统和基于Multi-Agent智能配电网自愈系统应用到故障配电网当中，研究其在配电网故障处理和自愈中的应用效果。在两种自愈系统应用效果对比中采用相同工作时长和相同运输电量的实验装置，以保证实验结果的有效性和可信度。测试装置包括1台计算机（在计算机中配置设备管理软件）、装置开关、光线路由交换机和黑犀牛处理器。通过设计的测试装置实现对遥调和遥测类型配电网的检测，在检测过程中采用数据库进行数据记录和存储。

在实际实验之前，首先对采用的故障配电网进行故障检测，明确其存在的故障类型、原因，并对检测结果进行详细记录。然后将传统配电网自愈系统和智能配电网自愈系统分别接入故障配电网中，打开电源进行工作，观察记录自愈系统接入之后故障配电网的各项参数和指标，经过自愈系统的实验和处理之后，退出自愈系统并对故障配电网进行故障复查，通过测试装置对原有故障进行检测。将智能自愈系统和传统自愈系统的自愈结果进行对比。

图4 自愈系统应用结果图

利用测试装置对故障配电网系统进行检测之后，对传统配电网自愈系统方法以及本文智能自愈系统方法的检测结果进行绘图，结果如图4所示。通过图4中的数据能够明显看出，基于Multi-Agent的智能配电网自愈系统在10min之内就能够实现对故障配电网的自愈，而传统自愈系统方法至少需要30min才能开始执行自愈功能。基于Multi-Agent的智能配电网自愈系统的自愈效果明显要优于传统自愈系统。实验结果图中显示，基于Multi-Agent的智能配电网自愈系统整个自愈过程的完成仅仅需要20min，10min的时候开始响应执行自愈动作，在30min的时候结束，完整自愈。传统自愈系统此时才刚刚开始响应执行自愈动作，并且需要历时30min整个自愈过程，在接入60min之后结束。对比基于Multi-Agent的智能配电网自愈系统和传统自愈系统的故障恢复率（自愈率）能够发现，智能配电网自愈系统的故障恢复率要优于传统故障自愈系统，自愈率达到99%。在实际的实验中还发现，基于传统故障自愈系统进行自愈处理的故障配电网中还存在安全隐患，而基于Multi-Agent的智能配电网自愈系统具有高效性。一方面是因为基于Multi-Agent智能配电网自愈系统的硬件区域的数据采集器，采集配电网的网络信号和输出信号比传统的数据采集器的速率30 M，并且不具有传输延迟问题，这就为智能配电网自愈系统的检测故障和处理故障速度快奠定了基础。另一方面是因为基于Multi-Agent智能配电网自愈系统的软件部分具有多功能应急处理方式。多功能应急处理方式明确地判定配电网的故障类型，调用不同的自愈方式进程处理，避免了小的故障用复杂的自愈方式处理，既节约了配电网的自愈时间，也提高了自愈效果，保证了电网的可靠供电。综上所述，基于Multi-Agent智能配电网自愈系统比传统的配电网自愈系统自愈效果好。

5 结论

我国配电网的智能水平和自动化水平不断提高，加强10kV配电网自愈系统的研究和应用意义不可忽视。本文提出了基于Multi-Agent10kV配电网自愈系统，并且对系统构建以及框架结构进行了详细分析，希望该技术能够对配电网供电可靠性有一定贡献。