本發(fā)明涉及電力電網(wǎng)修復(fù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電力系統(tǒng)故障搶修與恢復(fù)供電方法。

背景技術(shù)：

隨著多電源形式的接入和對負(fù)荷管理更加靈活，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得更為復(fù)雜，當(dāng)前配電網(wǎng)的功能結(jié)構(gòu)和恢復(fù)模式制約了對這些資源的調(diào)度和使用，在這種情況下，主動配電網(wǎng)(Active Distribution Network,ADN)技術(shù)得到越來越廣泛的研究。配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的末端網(wǎng)絡(luò)直接與電力用戶相連，它的安全、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行關(guān)乎所有用戶的電力享受，也是電力系統(tǒng)運(yùn)行的實際意義所在。一旦電力供應(yīng)中斷，將造成國民經(jīng)濟(jì)的重大損失甚至威脅生命安全。

多代理系統(tǒng)是多個代理之間按照約定的協(xié)議通過通信和協(xié)調(diào)來完成目標(biāo)任務(wù)。每個代理或許能夠獨(dú)立解決某個問題，或許能夠完成高級問題求解中的某一部分工作，并且能夠隨周圍環(huán)境而調(diào)整自己的行為，并主動地與其他代理進(jìn)行通信與協(xié)作，以提高整體系統(tǒng)性能。多代理系統(tǒng)具有獨(dú)立性、協(xié)調(diào)性、并行性等特點，可以為配電網(wǎng)發(fā)生多故障時的恢復(fù)供電問題提供支持。

目前，對配電網(wǎng)故障搶修與恢復(fù)的研究大多分開進(jìn)行的，很少考慮搶修與恢復(fù)之間的相互影響。實際上，多故障搶修和恢復(fù)供電的過程是逐級交替開展的，這二者既相對獨(dú)立，又需要相互協(xié)調(diào)。由于配電網(wǎng)故障搶修和故障恢復(fù)相結(jié)合的研究不僅涉及物資及人員的調(diào)度問題，而且所建模型和求解過程較為復(fù)雜，目前對其研究的文獻(xiàn)較少。

綜上所述，有必要發(fā)明一種基于多代理系統(tǒng)的主動配電網(wǎng)多故障搶修與供電恢復(fù)方法以解決現(xiàn)在配電網(wǎng)故障時的快速恢復(fù)供電問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種快速、高效的基于多代理系統(tǒng)的主動配電網(wǎng)多故障修復(fù)方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述方法主要包括主動配電網(wǎng)和多代理系統(tǒng)，所述多代理系統(tǒng)是多個代理之間按照約定的協(xié)議通過通信和協(xié)調(diào)來完成目標(biāo)任務(wù)，多代理設(shè)為區(qū)域協(xié)調(diào)代理、信息采集代理、搶修小隊代理、區(qū)域代理，其中區(qū)域代理包括子區(qū)域任務(wù)代理、子區(qū)域DG代理、子區(qū)域主動負(fù)荷代理、子區(qū)域開關(guān)操作代理；

所述方法的具體步驟如下：

步驟1，主動配電網(wǎng)發(fā)生故障后，利用故障區(qū)域劃分原則進(jìn)行失電區(qū)域劃分，啟動多代理系統(tǒng)；

步驟2，信息采集代理將采集到的故障信息、ADN中DG與負(fù)荷信息上報各區(qū)域代理，區(qū)域代理將任務(wù)下發(fā)給各子區(qū)域任務(wù)代理；

步驟3，各子區(qū)域任務(wù)代理以負(fù)荷恢復(fù)價值最大、綜合經(jīng)濟(jì)損失最小為目標(biāo)函數(shù)，得到各子區(qū)域恢復(fù)結(jié)果以及綜合經(jīng)濟(jì)損失并上報區(qū)域代理，區(qū)域代理采用DBCC算法優(yōu)化得到全局的搶修策略，并上報區(qū)域協(xié)調(diào)代理；

步驟4，區(qū)域協(xié)調(diào)代理以開關(guān)次數(shù)最少為目標(biāo)函數(shù)，協(xié)調(diào)得到全局最優(yōu)修復(fù)策略，并上報區(qū)域代理；

步驟5，判斷是否搶修完成所有故障，若是，則轉(zhuǎn)向步驟6；否則，繼續(xù)搶修下一處故障任務(wù)，搶修完成后并轉(zhuǎn)向步驟5；

步驟6，判斷是否發(fā)生新故障，若是，則轉(zhuǎn)向步驟2；否則，輸出最優(yōu)修復(fù)策略，結(jié)束。

進(jìn)一步的，步驟1的具體過程如下：

主動配電網(wǎng)故障區(qū)域劃分原則

1-1)若支路只存在一個故障點時，則將該故障點與其所在線路末端之間的區(qū)域作為一個子區(qū)域；

1-2)若同一支路存在多個故障點時，則以故障點到故障點之間的區(qū)域作為一個子區(qū)域；而對于距離線路末端最近的故障點，則將該故障點與其所在線路末端之間的區(qū)域作為一個子區(qū)域；

1-3)若兩個子區(qū)域內(nèi)之間存在聯(lián)絡(luò)開關(guān)，則將兩個子區(qū)域進(jìn)行互聯(lián)，形成一個子區(qū)域。

進(jìn)一步的，步驟2的具體過程如下：

隨著電器智能化及需求響應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，用戶能夠響應(yīng)一定的激勵機(jī)制，主動參與到電網(wǎng)的調(diào)度中，從而實現(xiàn)了用戶與電網(wǎng)的互動。本發(fā)明依據(jù)負(fù)荷參與電網(wǎng)調(diào)度的不同程度，將主動配電網(wǎng)負(fù)荷分為不可控負(fù)荷、可控負(fù)荷和可調(diào)負(fù)荷3類。

2-1)不可控負(fù)荷即固定負(fù)荷，固定負(fù)荷用電需求較為固定，一般情況下不可以中斷供電，其負(fù)荷量用表示；

2-2)可控負(fù)荷主要為可中斷負(fù)荷，電力公司與用戶簽訂合同(協(xié)議)，在系統(tǒng)峰值時和緊急狀態(tài)下，用戶按照合同規(guī)定中斷和削減負(fù)荷，其負(fù)荷量用表示；

2-3)可調(diào)負(fù)荷主要為可轉(zhuǎn)移負(fù)荷，指負(fù)荷使用情況隨實時電價的變化而變化，通過調(diào)節(jié)某些時刻的用電需求，從而達(dá)到削減負(fù)荷的目的，其負(fù)荷量用表示；

由于可控負(fù)荷和可調(diào)負(fù)荷屬于靈活性資源，即在緊急狀態(tài)分別通過直接負(fù)荷控制技術(shù)和激勵機(jī)制能夠改變負(fù)荷的接入量；因此，將可控負(fù)荷和可調(diào)負(fù)荷統(tǒng)稱為主動負(fù)荷，其負(fù)荷量用表示；主動配電網(wǎng)的負(fù)荷接入總量P_L可以表示為：

進(jìn)一步的，步驟3的具體過程如下：

以負(fù)荷恢復(fù)價值最大和綜合經(jīng)濟(jì)損失最小為目標(biāo)函數(shù)。

式中：D_i為搶修第i個故障所恢復(fù)的失電負(fù)荷節(jié)點集合；T_i為搶修第i個故障的時間(h)；D_rest為剩余未搶修故障引起的失電負(fù)荷節(jié)點集合；ω_l和ω_k分別為負(fù)荷節(jié)點l和k的負(fù)荷等級權(quán)重；L_l和L_k分別為負(fù)荷節(jié)點l和k的負(fù)荷量(kW)；M為未搶修故障數(shù)量；

以故障修復(fù)的整個周期內(nèi)開關(guān)動作總次數(shù)最少為全局目標(biāo)函數(shù)：

min N_G＝N_C+N_D (4)

式中：N_G為開關(guān)動作總次數(shù)；N_C為聯(lián)絡(luò)開關(guān)的動作次數(shù)；N_D為分段開關(guān)的動作次數(shù)；

約束條件如下：

3-1)輻射狀結(jié)構(gòu)

g_k∈G_k (5)

式中：g_k為當(dāng)前配電網(wǎng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)；G_k為配電網(wǎng)所有輻射狀結(jié)構(gòu)運(yùn)行情況的集合；

3-2)配電網(wǎng)各線路的容量約束

I_l≤I_lmax,(l＝1,2,…,n) (6)

式中：I_l為流過l的電流；I_lmax為流過線路l的最大電流；n為配電網(wǎng)支路數(shù)量；

3-3)節(jié)點電壓約束

U_imin≤U_i≤U_imax,(i＝1,2,…,m) (7)

式中：U_imin為節(jié)點電壓的下限；U_imax為節(jié)點電壓的上限；m為配電網(wǎng)節(jié)點數(shù)量；

3-4)DG出力約束

式中：P_DG為DG的實際出力；為DG出力的下限；DG出力的上限；

3-5)搶修資源約束

搶修的人力和資源應(yīng)滿足需要，且滿足搶修對時間、天氣、路況等自然條件的要求；

R_C≤R (9)

式中：R_C為搶修故障花費(fèi)的資源；R為供電公司現(xiàn)有資源。

進(jìn)一步的，步驟4的具體內(nèi)容如下：

4-1)區(qū)域代理

區(qū)域代理是多代理系統(tǒng)的核心。區(qū)域代理包含子區(qū)域任務(wù)代理、子區(qū)域開關(guān)操作代理、子區(qū)域主動負(fù)荷代理以及子區(qū)域DG代理，負(fù)責(zé)下發(fā)任務(wù)給各子區(qū)域任務(wù)代理，并將各子區(qū)域任務(wù)代理制定的恢復(fù)策略發(fā)送給區(qū)域協(xié)調(diào)代理以及接收區(qū)域協(xié)調(diào)代理的全局最優(yōu)解；

4-1-1)子區(qū)域任務(wù)代理

子區(qū)域任務(wù)代理用于確定DG的出力和主動負(fù)荷的調(diào)節(jié)量，在滿足約束條件的情況下，并得到本時段最優(yōu)修復(fù)策略；

4-1-2)子區(qū)域DG代理

子區(qū)域DG代理用于存儲DG的信息；當(dāng)主動配電網(wǎng)故障發(fā)生時，可以利用DG可帶失電負(fù)荷孤島運(yùn)行的特點，為失電負(fù)荷供電；

4-1-3)子區(qū)域主動負(fù)荷代理

子區(qū)域主動負(fù)荷代理存儲負(fù)荷動態(tài)數(shù)據(jù)和節(jié)點屬性信息，檢測負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)主動配電網(wǎng)故障發(fā)生時，利用主動負(fù)荷的可控性，切除可中斷負(fù)荷和轉(zhuǎn)移可調(diào)節(jié)負(fù)荷，進(jìn)而優(yōu)先恢復(fù)重要負(fù)荷的供電；

4-1-4)子區(qū)域開關(guān)操作代理

子區(qū)域開關(guān)操作代理由開關(guān)操作集構(gòu)成，負(fù)責(zé)隔離故障，以及通過操作代理閉合或斷開分段開關(guān)以實現(xiàn)失電負(fù)荷恢復(fù)供電的功能；

4-2)區(qū)域協(xié)調(diào)代理

區(qū)域協(xié)調(diào)代理負(fù)責(zé)對區(qū)域代理上報的結(jié)果進(jìn)行協(xié)調(diào)，防止沖突，并獲得全局最優(yōu)解；最后，將最優(yōu)結(jié)果下發(fā)給區(qū)域代理；

4-3)信息采集代理

信息采集代理是多代理系統(tǒng)的基礎(chǔ)；當(dāng)主動配電網(wǎng)發(fā)生故障時，它負(fù)責(zé)采集DG、主動負(fù)荷、饋線、開關(guān)以及故障信息，并將信息上傳給區(qū)域代理；

4-4)搶修小隊代理

搶修小隊代理用于存儲小隊信息；當(dāng)主動配電網(wǎng)發(fā)生故障時，通過DG和主動負(fù)荷控制后，仍然無法恢復(fù)失電負(fù)荷時，區(qū)域代理將故障任務(wù)發(fā)送給搶修小隊代理，當(dāng)搶修小隊接收到命令后，負(fù)責(zé)搶修故障點，從而保證失電負(fù)荷恢復(fù)供電。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1、將主動配電網(wǎng)故障失電區(qū)域進(jìn)行失電區(qū)域劃分，并基于多代理系統(tǒng)的并行性和協(xié)調(diào)性獲得子區(qū)域和全局最優(yōu)解，使得計算速度快，提高恢復(fù)效率，減少經(jīng)濟(jì)損失；

2、充分利用了主動配電網(wǎng)的靈活性資源，從背景上解決配電網(wǎng)多故障以及負(fù)荷大面積失電的問題，進(jìn)一步為故障搶修順序制定奠定基礎(chǔ)；

3、考慮了突發(fā)新故障的問題，使得故障修復(fù)結(jié)果更合理，實用性高。

附圖說明

圖1是某配電網(wǎng)故障失電區(qū)域劃分結(jié)果示意圖。

圖2是多代理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是子區(qū)域任務(wù)代理功能結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明方法的總體流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

本發(fā)明提供了一種基于多代理系統(tǒng)的主動配電網(wǎng)多故障修復(fù)新方法。

結(jié)合圖1和圖4，本發(fā)明所述計算方法的具體步驟如下：

(1)主動配電網(wǎng)發(fā)生故障后，利用故障區(qū)域劃分原則進(jìn)行失電區(qū)域劃分，并啟動多代理系統(tǒng)。

(2)信息采集代理將采集到的故障信息和ADN中DG與負(fù)荷信息上報各區(qū)域代理，區(qū)域代理將任務(wù)下發(fā)給各子區(qū)域任務(wù)代理。

(3)各子區(qū)域任務(wù)代理以負(fù)荷恢復(fù)價值最大以及綜合經(jīng)濟(jì)損失最小為目標(biāo)函數(shù)得到各子區(qū)域恢復(fù)結(jié)果以及綜合經(jīng)濟(jì)損失并上報區(qū)域代理，區(qū)域代理采用DBCC算法優(yōu)化得到全局的搶修策略，并上報區(qū)域協(xié)調(diào)代理。

(4)區(qū)域協(xié)調(diào)代理以開關(guān)次數(shù)最少為目標(biāo)函數(shù)，協(xié)調(diào)得到全局最優(yōu)修復(fù)策略，并上報區(qū)域代理。

(5)判斷是否搶修完成所有故障，若是，則轉(zhuǎn)向步驟6；否則，繼續(xù)搶修下一處故障任務(wù)，搶修完成后并轉(zhuǎn)向步驟5。

(6)判斷是否發(fā)生新故障，若是，則轉(zhuǎn)向步驟2；否則，輸出最優(yōu)修復(fù)策略，結(jié)束。

進(jìn)一步的，所述步驟(1)的具體過程如下：

主動配電網(wǎng)故障區(qū)域劃分原則

1)若支路只存在一個故障點時，則將該故障點與其所在線路末端之間的區(qū)域作為一個子區(qū)域。

2)若同一支路存在多個故障點時，則以故障點到故障點之間的區(qū)域作為一個子區(qū)域；而對于距離線路末端最近的故障點，則將該故障點與其所在線路末端之間的區(qū)域作為一個子區(qū)域。

3)若兩個子區(qū)域內(nèi)之間存在聯(lián)絡(luò)開關(guān)，則將兩個子區(qū)域進(jìn)行互聯(lián)，形成一個子區(qū)域。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)的具體過程如下：

隨著電器智能化及需求響應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，用戶能夠響應(yīng)一定的激勵機(jī)制，主動參與到電網(wǎng)的調(diào)度中，從而實現(xiàn)了用戶與電網(wǎng)的互動。本文依據(jù)負(fù)荷參與電網(wǎng)調(diào)度的不同程度，將主動配電網(wǎng)負(fù)荷分為不可控負(fù)荷、可控負(fù)荷和可調(diào)負(fù)荷3類。

1)不可控負(fù)荷即固定負(fù)荷，這類負(fù)荷用電需求較為固定，一般情況下不可以中斷供電，其負(fù)荷量用表示。

2)可控負(fù)荷主要為可中斷負(fù)荷，電力公司與用戶簽訂合同(協(xié)議)，在系統(tǒng)峰值時和緊急狀態(tài)下，用戶按照合同規(guī)定中斷和削減負(fù)荷，其負(fù)荷量用表示。

3)可調(diào)負(fù)荷主要為可轉(zhuǎn)移負(fù)荷，指負(fù)荷使用情況隨實時電價的變化而變化，通過調(diào)節(jié)某些時刻的用電需求，從而達(dá)到削減負(fù)荷的目的，其負(fù)荷量用P_L3表示。

由于可控負(fù)荷和可調(diào)負(fù)荷屬于靈活性資源，即在緊急狀態(tài)分別通過直接負(fù)荷控制技術(shù)和激勵機(jī)制能夠改變負(fù)荷的接入量。因此，本文將可控負(fù)荷和可調(diào)負(fù)荷統(tǒng)稱為主動負(fù)荷，其負(fù)荷量用表示。主動配電網(wǎng)的負(fù)荷接入總量P_L可以表示為：

進(jìn)一步的，所述步驟(3)的具體過程如下：

以負(fù)荷恢復(fù)價值最大和綜合經(jīng)濟(jì)損失最小為目標(biāo)函數(shù)。

式中：D_i為搶修第i個故障所恢復(fù)的失電負(fù)荷節(jié)點集合；T_i為搶修第i個故障的時間(h)；D_rest為剩余未搶修故障引起的失電負(fù)荷節(jié)點集合；ω_l和ω_k分別為負(fù)荷節(jié)點l和k的負(fù)荷等級權(quán)重；L_l和L_k分別為負(fù)荷節(jié)點l和k的負(fù)荷量(kW)；M為未搶修故障數(shù)量。

以故障修復(fù)的整個周期內(nèi)開關(guān)動作總次數(shù)最少為全局目標(biāo)函數(shù)。

min N_G＝N_C+N_D (4)

式中：N_G為開關(guān)動作總次數(shù)；N_C為聯(lián)絡(luò)開關(guān)的動作次數(shù)；N_D為分段開關(guān)的動作次數(shù)。

約束條件

1)輻射狀結(jié)構(gòu)

g_k∈G_k (5)

式中：gk為當(dāng)前配電網(wǎng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)；G_k為配電網(wǎng)所有輻射狀結(jié)構(gòu)運(yùn)行情況的集合。

2)配電網(wǎng)各線路的容量約束

I_l≤I_lmax,(l＝1,2,…,n) (6)

式中：I_l為流過l的電流；I_lmax為流過線路l的最大電流；n為配電網(wǎng)支路數(shù)量。

3)節(jié)點電壓約束

U_imin≤U_i≤U_imax,(i＝1,2,…,m) (7)

式中：U_imin為節(jié)點電壓的下限；U_imax為節(jié)點電壓的上限；m為配電網(wǎng)節(jié)點數(shù)量。

4)DG出力約束

式中：P_DG為DG的實際出力；為DG出力的下限；DG出力的上限。

5)搶修資源約束

搶修的人力和資源應(yīng)滿足需要，且滿足搶修對時間、天氣、路況等自然條件的要求。

R_C≤R (9)

式中：R_C為搶修故障花費(fèi)的資源；R為供電公司現(xiàn)有資源。

進(jìn)一步的，所述步驟(4)的具體過程如下：

多代理系統(tǒng)可以認(rèn)為是多個代理之間按照約定的協(xié)議通過通信和協(xié)調(diào)來完成目標(biāo)任務(wù)。本文將多代理設(shè)置為區(qū)域協(xié)調(diào)代理、信息采集代理、搶修小隊代理以及區(qū)域代理四個部分，其中區(qū)域代理包括子區(qū)域任務(wù)代理、子區(qū)域DG代理、子區(qū)域主動負(fù)荷代理以及子區(qū)域開關(guān)操作代理。

1)區(qū)域代理

區(qū)域代理是多代理系統(tǒng)的核心。區(qū)域代理包含子區(qū)域任務(wù)代理、子區(qū)域開關(guān)操作代理、子區(qū)域主動負(fù)荷代理以及子區(qū)域DG代理，負(fù)責(zé)下發(fā)任務(wù)給各子區(qū)域任務(wù)代理，并將各子區(qū)域任務(wù)代理制定的恢復(fù)策略發(fā)送給區(qū)域協(xié)調(diào)代理以及接收區(qū)域協(xié)調(diào)代理的全局最優(yōu)解。

①子區(qū)域任務(wù)代理

子區(qū)域任務(wù)代理用于確定DG的出力和主動負(fù)荷的調(diào)節(jié)量，在滿足約束條件的情況下，并得到本時段最優(yōu)修復(fù)策略。

②子區(qū)域DG代理

子區(qū)域DG代理用于存儲DG的信息。當(dāng)主動配電網(wǎng)故障發(fā)生時，可以利用DG可帶失電負(fù)荷孤島運(yùn)行的特點，為失電負(fù)荷供電。

③子區(qū)域主動負(fù)荷代理

子區(qū)域主動負(fù)荷代理存儲負(fù)荷動態(tài)數(shù)據(jù)和節(jié)點屬性信息，檢測負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)主動配電網(wǎng)故障發(fā)生時，利用主動負(fù)荷的可控性，切除可中斷負(fù)荷和轉(zhuǎn)移可調(diào)節(jié)負(fù)荷，進(jìn)而優(yōu)先恢復(fù)重要負(fù)荷的供電。

④子區(qū)域開關(guān)操作代理

子區(qū)域開關(guān)操作代理由開關(guān)操作集構(gòu)成，負(fù)責(zé)隔離故障，以及通過操作代理閉合或斷開分段開關(guān)以實現(xiàn)失電負(fù)荷恢復(fù)供電的功能。

2)區(qū)域協(xié)調(diào)代理

區(qū)域協(xié)調(diào)代理負(fù)責(zé)對區(qū)域代理上報的結(jié)果進(jìn)行協(xié)調(diào)，防止沖突，并獲得全局最優(yōu)解；最后，將最優(yōu)結(jié)果下發(fā)給區(qū)域代理。

3)信息采集代理

信息采集代理是多代理系統(tǒng)的基礎(chǔ)。當(dāng)主動配電網(wǎng)發(fā)生故障時，它負(fù)責(zé)采集DG、主動負(fù)荷、饋線、開關(guān)以及故障信息，并將信息上傳給區(qū)域代理。

4)搶修小隊代理

搶修小隊代理用于存儲小隊信息。當(dāng)主動配電網(wǎng)發(fā)生故障時，通過DG和主動負(fù)荷控制后，仍然無法恢復(fù)失電負(fù)荷時，區(qū)域代理將故障任務(wù)發(fā)送給搶修小隊代理，當(dāng)搶修小隊接收到命令后，負(fù)責(zé)搶修故障點，從而保證失電負(fù)荷恢復(fù)供電。

以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。