基于MAS的35kV配电网故障时负荷转移系统及方法
【专利摘要】一种基于MAS的35kV配电网故障时负荷转移系统,其特征在于它包括至少1个35kV电源点供电区域;所述每个35kV电源点供电区域是由1个中心协调Agent、1个35kV变电站Agent和至少1个10kV配电站Agent构成;其工作方法包括:信息收集、处理、记录和保存、判断、控制;其优越性在于:①实现转移负荷恢复供电;②解决搜索恢复方案的穷举危险;③快速准确获得故障恢复候选方案集;④自治性、主体性和反应性高。
【专利说明】基于MAS的35kV配电网故障时负荷转移系统及方法(一)【技术领域】:
[0001]本发明涉及城市中低压配电网的供电恢复系统及方法,尤其是一种基于MAS(Mult1-Agents——多代理)的35kV配电网故障时负荷转移系统及方法,属于配电网运行管理和故障应急处理领域。
(二)【背景技术】:
[0002]配电网大都是环状结构、开环运行而呈辐射状,其潮流一般沿辐射网呈单方向。我国配电网大多采用500/220/110/35/10kV的电压序列,只有东北电网采用了500/220/66/10kV、西北电网采用了 750/330/66/10kV的电压等级序列,且城市中低压配电网区域内的负荷一般以政府机构、商业、居民为主,不仅呈辐射状运行结构,而且具有分支多、供电半径小、负荷密集、结构复杂的特点。城市35kV中低压配电网一般负责某一特定区域的供电,面积在5~10km2左右,其中重要用户多采用双环网多联络结构保证可靠供电。35kV变电站变压设备多采用单(双)回路进线、多回路出线的设计方案,一般配有2台主变压器并装设一台从站外可靠电源引接的专用备用变压器,事故率较低,供电可靠性较高。但是,一旦因自然灾害、人为破坏或设备故障等原因造成35kV变电站发生永久性故障吋,往往会引起供电区域的大面积失电,而电力公司抢修此类高压故障时一般需要数小时或天不等,可造成一系列严重后果。
[0003]故障恢复是在综合考虑馈线容量、节点电压、支路电流、网络拓扑等约束条件,并满足一定开关次数、优先等级、经济损失等目标的前提下,寻找正确、有效的开关组合恢复供电的过程,包括故障定位、故障隔离、故障恢复、复核转移、切除负荷和网络重构等几方面。但在实际中,由于配电系统规模庞大,开关组合变量空间维数甚高,使得故障后的供电恢复问题面临穷举搜索的危险。此外,恢复策略要综合考虑开关操作次数、馈线负荷裕量、负荷恢复量、网络约束、用户优先等级等因素,但有些因素相互矛盾,这使得解决该问题变得十分困难。人工智能理论求解复杂的非线性系统问题的优势弥补了传统方法单纯依靠数学求解的不足,解决了某些传统计算方法难于求解或不能解决的问题。近年来,随着通信技术的快速发展,Mult1-Age nts算法作为人工智能理论方法的重要分支,在电カ系统故障恢复领域得到了广泛应用。
(三)
【发明内容】
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[0004]本发明的目的是提供一种基于MAS的35kV配电网故障时负荷转移系统及方法,在城市35kV配电网发生故障造成供电区域内大面积失电且短时间内无法修复时,可以克服现有技术不足,运用 Mult1-Agents算法并结合城市35kV中低压配电网的特点,通过具有一定自治性、主体性和反应性的中心协调Agent、35kV变电站Agent和IOkV配电站Agent之间的相互协调和配合共同完成负荷转移的任务,可快速、高效的恢复故障区域内尽可能多的负荷供电,是ー种有效且可靠的系统及方法。
[0005]本发明的技术方案:一种基于MAS的35kV配电网故障时负荷转移系统,其特征在于它包括至少I个35kV电源点供电区域;所述每个35kV电源点供电区域是由I个中心协调Agent、I个35kV变电站Agent和至少I个IOkV配电站Agent构成;其中,所述35kV变电站Agent和IOkV配电站Agent分别于中心协调Agent呈双向连接;所述姆一个35kV电源点供电区域中的中心协调Agent呈双向连接,进而构成一个网状结构。
[0006]所述中心协调Agent是由信息收集与处理功能模块1、通信功能模块I以及规则判断与生成功能模块组成;所述通信功能模块I与信息收集与处理功能模块以及规则判断与生成功能模块之间呈双向连接,且同时与其它35kV电源点供电区域中的中心协调Agent呈双向连接,还与每ー个IOkV配电站Agent呈双向连接。
[0007]所述35kV变电站Agent是由信息收集与处理功能模块I1、通信功能模块II以及命令解析与执行功能模块II组成;所述通信功能模块II分别与信息收集与处理功能模块II以及命令解析与执行功能模块II呈双向连接;所述通信功能模块II与中心协调Agent呈双向连接。
[0008]所述IOkV配电站Agent是由信息收集与处理功能模块II1、通信功能模块II1、命令解析与执行功能II1、潮流计算功能模块以及拓扑分析功能模块组成;所述通信功能模块III分别与信息收集与处理功能模块II1、命令解析与执行功能II1、潮流计算功能模块、拓扑分析功能模块和中心协调Agent呈双向连接。
[0009]—种基于MAS的35kV配电网故障时负荷转移系统的工作方法,其特征在于它包括以下步骤:
[0010]①当配电网正常运行、系统未发生故障时,配电区域内每ー个中心协调Agent信息收集与处理功能模块1、35kV变电站Agent信息收集与处理功能模块II和IOkV配电站Agent信息收集与处理功能模块III,均根据自身职责和功能特性,周期性的收集并保存区域内配电网拓扑结构、节点电压、支路电流、有功功率、无功功率、开关状态、负荷容量和恢复容量的状态信息;区域内35kV变电站Agent的信息收集与处理功能模块II将变电站的设备及其状态信息收集、处理后记录保存;
[0011]②故障区域的中心协调Agent的信息收集与处理功能模块I根据故障前保存记录的该区域内的负荷有功功率、无功功率信息计算处理后,经通信功能模块I传送至规则判断与生成功能模块处理后,首先向上ー电压等级配变电中心发出整区恢复请求,若满足恢复容量条件,则规则判断与生成功能模块经通信功能模块I分别通过故障区域内35kV变电站Agent和IOkV配电站Agent的通信功能模块II和通信功能模块III向命令解析与执行功能II和命令解析与执行功能III发出操作执行命令,实现整区恢复;若不满足条件则转步骤③;
[0012]③故障区域的中心协调Agent的规则判断与生成功能模块生成的负荷转移请求命令经通信功能模块I发送至向其它邻近区域的中心协调Agent的通信功能模块I,其它邻近区域的中心协调Agent的规则判断与生成功能模块根据请求命令将该区域恢复容量排序后反馈至故障区域中心协调Agent ;故障区域中心协调Agent的信息收集与处理功能模块I以IOkV配电站所覆盖供电区域为分区并根据故障前35kV变电站Agent及IOkV配电站Agent收集、保存的分区内重要负荷多少进行排序,规则判断与生成功能模块以尽可能多的恢复失电负荷且重要负荷优先恢复为原则将分区内负荷容量与邻近电源点恢复容量进行匹配,若满足匹配条件,故障区域的中心协调Agent的规则判断与生成功能模块向邻近电源点中心协调Agent的规则判断与生成功能模块发出操作执行请求命令,依次进行分区恢复;若遇到含较多重要负荷的分区,因无法满足容量限制实现整个分区恢复时,则转步骤④;
[0013]④对有容量限制且较重要的分区,则通过切除部分末端重要等级较低的负荷的方式,直至满足邻近电源点容量限值,并通过拓扑分析和潮流计算后满足约束条件吋,对切除部分负荷后的分区进行恢复;
[0014]⑤若所有邻近电源点已经全部用尽仍有部分分区无法恢复,或所有故障分区已经恢复供电,则停止搜索并形成负荷转移候选方案;
[0015]⑥根据开关次数最少和恢复重要负荷的最多这两个评价指标的权重比例,在候选方案中得出最优负荷转移方案。
[0016]所述步骤①中负荷容量是指某一支路的所有负荷在某一时刻所消耗的有功功率和无功功率;所述恢复容量是指为保证负荷转移至邻近电源点后,不至于因负荷变化造成邻近电源点过载等引起故障,而除去临近电源点可实际恢复容量的一定比例后的安全容量。
[0017]所述步骤②中故障区域是指I个35kV变电站所覆盖的供电区域,造成区域内大面积停电的原因是自然灾害或人为因素等引起的永久性故障,即短时间无法恢复;所述上ー电压等级配变电中心是指城市配电网中直接分配电能给35kV配电站的配变电中心;所述整区恢复是指35kV变电站所覆盖的供电区域,亦即本发明中所涉的整个故障区域,在上一级电压中心变电站的恢复容量满足该故障区域内的负荷容量时通过上ー级电压中心供电。
[0018]所述步骤③中邻近区域是指与该35kV配电站存在地理接线(如IOkV配电站手拉手结构)、隶属于同一或其他上一级电压变电站的35kV配电站所覆盖的供电区域。
[0019]所述步骤③中邻近电源点是指邻近区域中与故障区域中IOkV配电站存在地理接线的IOkV配电站。
[0020]所述步骤③中分区恢复是指以故障区域中IOkV配电站所覆盖供电区域为分区,通过转移至邻近电源点而不改变原来的拓扑结构,进行供电恢复。
[0021]所述步骤③中容量限制是指邻近电源点恢复容量无法满足待恢复区域的负荷容量。
[0022]本发明的工作原理:基于MAS的35kV配电网故障时负荷转移方法,当城市配电网35kV变电站因发生永久性故障造成区域内大面积停电时,需通过负荷转移对失电区域恢复供电,在满足安全约束和电气约束的条件下,重要负荷优先恢复供电,并且尽量保持网络原有的拓扑结构、以尽可能少的开关操作数转移负荷最多为目标,针对这一大规模、多目标、非线性的组合优化问题,采用Mult1-Agents算法,通过构建负荷转移系统及各Agent间的相互配合实现转移负荷恢复供电。
[0023]所述尽可能多的恢复失电负荷且重要负荷优先恢复,其数学模型为:
【权利要求】
1.一种基于MAS的35kV配电网故障时负荷转移系统,其特征在于它包括至少I个35kV电源点供电区域;所述每个35kV电源点供电区域是由I个中心协调Agent、l个35kV变电站Agent和至少I个IOkV配电站Agent构成;其中,所述35kV变电站Agent和IOkV配电站Agent分别于中心协调Agent呈双向连接;所述每ー个35kV电源点供电区域中的中心协调Agent呈双向连接,进而构成一个网状结构。
2.根据权利要求1所述ー种基于MAS的35kV配电网故障时负荷转移系统,其特征在于所述中心协调Agent是由信息收集与处理功能模块1、通信功能模块I以及规则判断与生成功能模块组成;所述通信功能模块I与信息收集与处理功能模块以及规则判断与生成功能模块之间呈双向连接,且同时与其它35kV电源点供电区域中的中心协调Agent呈双向连接,还与每ー个IOkV配电站Agent呈双向连接。
3.根据权利要求1所述ー种基于MAS的35kV配电网故障时负荷转移系统,其特征在于所述35kV变电站Agent是由信息收集与处理功能模块I1、通信功能模块II以及命令解析与执行功能模块II组成;所述通信功能模块II分别与信息收集与处理功能模块II以及命令解析与执行功能模块II呈双向连接;所述通信功能模块II与中心协调Agent呈双向连接。
4.根据权利要求1所述ー种基于MAS的35kV配电网故障时负荷转移系统,其特征在于所述IOkV配电站Agent是由信息收集与处理功能模块II1、通信功能模块II1、命令解析与执行功能II1、潮流计算功能模块以及拓扑分析功能模块组成;所述通信功能模块III分别与信息收集与处理功能模块II1、命令解析与执行功能II1、潮流计算功能模块、拓扑分析功能模块和中心协调Agent呈双向连接。
5.一种基于MAS的35kV配电网故障时负荷转移系统的工作方法,其特征在于它包括以下步骤:` ①当配电网正常运行、系统未发生故障时,配电区域内每ー个中心协调Agent信息收集与处理功能模块1、35kV变电站Agent信息收集与处理功能模块II和IOkV配电站Agent信息收集与处理功能模块III,均根据自身职责和功能特性,周期性的收集并保存区域内配电网拓扑结构、节点电压、支路电流、有功功率、无功功率、开关状态、负荷容量和恢复容量的状态信息;区域内35kV变电站Agent的信息收集与处理功能模块II将变电站的设备及其状态信息收集、处理后记录保存 ②故障区域的中心协调Agent的信息收集与处理功能模块I根据故障前保存记录的该区域内的负荷有功功率、无功功率信息计算处理后,经通信功能模块I传送至规则判断与生成功能模块处理后,首先向上ー电压等级配变电中心发出整区恢复请求,若满足恢复容量条件,则规则判断与生成功能模块经通信功能模块I分别通过故障区域内35kV变电站Agent和IOkV配电站Agent的通信功能模块II和通信功能模块III向命令解析与执行功能II和命令解析与执行功能III发出操作执行命令,实现整区恢复;若不满足条件则转步骤③; ③故障区域的中心协调Agent的规则判断与生成功能模块生成的负荷转移请求命令经通信功能模块I发送至向其它邻近区域的中心协调Agent的通信功能模块I,其它邻近区域的中心协调Agent的规则判断与生成功能模块根据请求命令将该区域恢复容量排序后反馈至故障区域中心协调Agent ;故障区域中心协调Agent的信息收集与处理功能模块I以IOkv配电站所覆盖供电区域为分区并根据故障前35kV变电站Agent及IOkV配电站Agent收集、保存的分区内重要负荷多少进行排序,规则判断与生成功能模块以尽可能多的恢复失电负荷且重要负荷优先恢复为原则将分区内负荷容量与邻近电源点恢复容量进行匹配,若满足匹配条件,故障区域的中心协调Agent的规则判断与生成功能模块向邻近电源点中心协调Agent的规则判断与生成功能模块发出操作执行请求命令,依次进行分区恢复;若遇到含较多重要负荷的分区,因无法满足容量限制实现整个分区恢复吋,则转步骤④; ④对有容量限制且较重要的分区,则通过切除部分末端重要等级较低的负荷的方式,直至满足邻近电源点容量限值,并通过拓扑分析和潮流计算后满足约束条件时,对切除部分负荷后的分区进行恢复; ⑤若所有邻近电源点已经全部用尽仍有部分分区无法恢复,或所有故障分区已经恢复供电,则停止搜索并形成负荷转移候选方案; ⑥根据开关次数最少和恢复重要负荷的最多这两个评价指标的权重比例,在候选方案中得出最优负荷转移方案。
6.根据权利要求5所述ー种基于MAS的35kV配电网故障时负荷转移系统的工作方法,其特征在于所述步骤①中负荷容量是指某一支路的所有负荷在某一时刻所消耗的有功功率和无功功率;所述恢复容量是指为保证负荷转移至邻近电源点后,不至于因负荷变化造成邻近电源点 过载等引起故障,而除去临近电源点可实际恢复容量的一定比例后的安全容量。
7.根据权利要求5所述ー种基于MAS的35kV配电网故障时负荷转移系统的工作方法,其特征在于所述步骤②中故障区域是指I个35kV变电站所覆盖的供电区域,造成区域内大面积停电的原因是自然灾害或人为因素等引起的永久性故障,即短时间无法恢复;所述上ー电压等级配变电中心是指城市配电网中直接分配电能给35kV配电站的配变电中心;所述整区恢复是指35kV变电站所覆盖的供电区域,亦即本发明中所涉的整个故障区域,在上一级电压中心变电站的恢复容量满足该故障区域内的负荷容量时通过上一级电压中心供电。
8.根据权利要求5所述ー种基于MAS的35kV配电网故障时负荷转移系统的工作方法,其特征在于所述步骤③中邻近区域是指与该35kV配电站存在地理接线、隶属于同一或其他上一级电压变电站的35kV配电站所覆盖的供电区域。
9.根据权利要求5所述ー种基于MAS的35kV配电网故障时负荷转移系统的工作方法,其特征在于所述步骤③中邻近电源点是指邻近区域中与故障区域中IOkV配电站存在地理接线的IOkV配电站;所述步骤③中分区恢复是指以故障区域中IOkV配电站所覆盖供电区域为分区,通过转移至邻近电源点而不改变原来的拓扑结构,进行供电恢复。
10.根据权利要求5所述ー种基于MAS的35kV配电网故障时负荷转移系统的工作方法,其特征在于所述步骤③中容量限制是指邻近电源点恢复容量无法满足待恢复区域的负荷容量。
【文档编号】H02J3/00GK103532133SQ201310464347
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】周雪松, 侯兆豪, 马幼捷, 尹金良, 吴艳娟, 李季, 石雪琦, 袁洪德, 马玲 申请人:天津理工大学