基于多代理技術的含分布電源的智能配電網探究

廣東電網有限責任公司茂名高州供電局 劉耀中

圍繞電能的發、輸、配、用鏈條進行分析可以發現，終端用戶、用電、配電間的合作相對薄弱，這對電力系統整體效率和性能帶來一定負面影響，而為了盡可能消除這種負面影響，智能配電網就應運而生。多代理系統是指相互服務、相互協調的多個Agent 成員共同完成一個任務的智能系統，多個Agent 組成群體的協調合作屬于該系統實現關鍵，而通過建設基于多代理技術的智能配電網，電力負荷管理的實時性、自適應性、可擴展性能夠有效增強，未來功能完善也能夠通過新負荷管理模塊的添加簡單實現。

1 配電網智能化相關概述

完全自動化的供電網絡被稱作智能電網，其能夠同時實現實時監控各節點和用戶，用戶端電器和各發電廠之間信息，以及電流的雙向流動。通過寬帶通信網絡數據傳輸鏈接，對電網自動控制系統的集成，均能夠順利實現電網成員間的實時互動及無縫連接、市場交易實時開展。智能微網配電子系統由儲能系統、分布式電源、負荷和保護裝置構成，智能微網在并網運行時與主電網連接通過公共連接點實現，如主配電網出現較大擾動或故障，智能微網能夠迅速解列成為局部孤島電網，維持向內部重要負荷提供獨立供電服務，在主配電網狀態恢復正常后則能夠再次與其連接并網運行[1]。

配電網智能化涉及系統控制與監視、與用戶交互、配電系統管理功能，在其他組成部分的協同下，配電網智能化在電壓和無功管理、系統監視、資產使用率提升、網損控制等方面均能夠發揮優化作用，同時能夠為維修作業安排和人員調度提供信息參考。緊急狀態下，智能化配電系統能夠自動變為可控局域安全島，同時可實現對本地分布能源的使用。分布能源能夠為無功與電壓優化提供輔助，如存在停運的并聯電容器，分布式電源能夠為配電網系統提供電壓支持。配電網智能化還能夠為用戶參與削峰、填谷提供支持，如提供實時電價。由于存在先進而復雜的功能，配電網智能化對控制系統的要求較高，需要在開放通信體系結構內設置系統全部元件并保證其存在協同工作能力，局部分布式控制需要得到分布式計算機的支持，電力交換系統需要在分布式計算主體、通信系統、傳感器支持下實現對擾動的快速反應，相關影響能夠由此降到最低。

配電網智能化通過將中央配電控制中心和分布式配電運行中心用于全配電系統中，在局部分布式控制理念下，前者能夠實現對全配電系統微處理器的監視，為分布式控制提供協調，同時協調輸電部分的控制。即可對全系統潮流進行監視并負責配電部分的分布電源協調，又可以將分布電源用于大型發電機無功和電壓管理、系統恢復、應急處理。智能化局部配電運行中心還可以負責多重網絡重構、故障定位、無功優化控制、隔離和服務恢復等基本配電自動化功能[2]。

2 構建含分布電源智能配電網意義及設計

2.1 構建含分布電源智能配電網意義

配電網屬于用戶與電力系統連接的最末端，其能否實現可靠、經濟、穩定、安全運行直接影響用戶的電能穩定使用，出現故障的配電網也很容易導致供電中斷問題出現。對于不斷提升的配電自動化水平來說，故障發生后的配電網絡可通過保護裝置快速切換，將故障隔離并實現供電迅速恢復，人身安全保護及經濟損失控制可由此實現，這屬于智能配電網建設的意義所在。

在經濟與社會快速發展下，用戶端電力需求不斷提升，并對供電可靠與安全提出更高要求，智能配電網在故障處理時的效率和表現，會對供電可靠性帶來直接影響。為適應配電網發展趨勢，必須設法實現配電網主動性充分發揮，建設含分布電源的智能配電網，而通過引入多代理技術開展智能配電網設計，對滿足不斷增長的用戶側供電可靠性需求存在較高現實意義[3]。

2.2 基于多代理技術的系統結構設計

基于多代理技術設計的含分布電源智能配電網系統，由以下四種代理組成：包括分布式電源代理、控制端代理、應用代理、用戶代理。應用代理可細分為可視化界面和數據服務代理，能夠通過四個代理協同工作，確保在電網故障斷電期間，向重要用戶負荷可靠的供電。控制端代理負責對系統頻率和電壓進行監視，同時可完成事故監測，故障出現時期能夠發送信號給主干網斷路器，主干電網與智能微網由此隔離，接收主干電網提供的電價信號并向智能電網其他部分發送同樣屬于控制端代理的重要功能。

分布式電源代理存儲分布電源點信息，以此對分布式電源點的功率進行監控，同時能夠監控其連接狀態，相關信息涉及設備數量、額定功率、電價、類型、燃料利用率等。用戶代理能夠提供信息傳遞通道給用戶，涉及智能系統各實體實時信息，重要和非重要負荷電能消費也能夠通過用戶代理監視，負荷狀態可基于預定的優先級別由用戶進行控制；應用代理涉及存儲記錄信息、系統信息及共享各代理之間信息，同時負責提供用戶顯示模塊并滿足存取各代理數據需要[4]。

2.3 系統模型構建

應用帶來功能構成涉及命名服務器、認證服務器、可視化界面，應用代理功能涉及認證服務功能、命名服務器功能、可視化功能。認證服務器功能涉及注冊代理及對應服務，命名服務器功能負責對已知各代理實際網絡位置顯示及注冊。認證服務器在系統啟動時能夠獲得命名服務器提供的激活代理類別，信息收集可在這一過程中基于定時輪詢方式完成。通過對認證服務器的查詢，各代理能夠實現對其他代理信息獲取?？梢暬K能夠實現獨立可視化服務提供，啟動后的可視化模塊能夠獲取命名服務器提供的代理信息，各代理數據信息可通過可視化模塊實時顯示，具體行業專業化功能由業務代理負責提供[5]。

2.4 基于明確代理責任開展系統協作設計

為實現問題的模型化，開展基于明確代理責任開展系統協作設計，需通過協作圖展示環境交互及代理間交互。圖1直觀展示了代理的責任和作用，數據庫代理與智能電網的三個代理交互，認證服務器和命名服務器組成數據庫代理，系統內交互信息通過可視化界面接收并供用戶查看，認證服務器、命名服務器、可視化界面均被稱作應用代理。通過TCP/IP 協議進行所有信息交互，而圍繞系統工作流程進行分析可以發現，控制端代理負責系統的初始化執行，數據庫代理在用戶代理和分布式電源代理通知后出現[6]。

圖1 系統協作示意圖

在系統工作過程中，命名服務器由所有代理通知IP 地址和名字，數據庫更新由命名服務器完成，這屬于代理注冊請求流程；認證服務器通過所有代理通知功能，各代理相關功能信息由認證服務器在數據庫中寫入；各代理的活動信息由可視化模塊接收并顯示；已知代理功能信息問題由認證服務器處理，在初始化過程后，分布式電源代理和用戶代理向控制端代理開展注冊，注冊請求由控制端代理響應；對于環境與不同代理的交互，主網的監測信息通過控制端代理負責接收，注冊代理能夠接收控制端發布的信息。如停電故障出現，干線斷路器能夠接收控制端代理發出的指令信號。

電力請求信息能夠由用戶代理從負荷獲取，分布式電源代理可隨之接收相應命令信息；電能生產信息從分布電源獲取，分布式電源代理負責該工作并向用戶代理發送信息，結合用戶預先設定的規則，分布式電源代理和用戶代理對實際情況進行反映；如存在出現故障的主配電網，并網斷路器在公共連接點處檢測到系統電壓和頻率降落，且微網存在較大故障電流持續向主配電網流入，及時動作的斷路器能夠發揮作用，各種分布式電源在微網內應用科學控制策略，微網電壓和頻率穩定能夠有效維持，并網運行狀態的微網能夠在這一過程中向獨立運行狀態平穩過渡，內部負荷持續供電不會受到影響，由此可直觀了解以多代理技術為基礎的含分布電源的智能配電網設計實用性[7]。

3 實例分析

以多代理技術為基礎的含分布電源的智能配電網設計的實踐應用探索已經開展，以該設計為基礎的含分布電源主動配電網自愈系統便屬于其中代表，該系統同樣應用多代理技術，主要由區域代理層（RA）、饋線代理層（FA）組成，二者的基本結構如圖2。其中，饋線代理層實質上屬于上層協調層，選擇變電站出線側每回饋線處配置饋線代理，區域內下層代理可由此實現狀態監視、匯集、計算分析，同時提供的協調決策能夠用于沖突化解，預設的通信通道可實現各饋線代理間信息交互及通信；區域代理層實質上屬于下層執行層，每條饋線在配電網中按照多個分治區域劃分，多個分段為每個區域的邊界，分治區域首端開關處配置區域代理，負責本地范圍設備管理控制，互相通信能夠在相鄰區域代理間開展。在采集和上傳本地狀態信息的同時，區域代理還能夠自主感知內外部狀態并實現科學判斷[8]。

圖2 區域代理層、饋線代理層基本結構

饋線代理和區域代理內部模塊包括數據庫模塊、傳感器信息采集模塊、控制決策模塊、狀態感知與評估模塊、通信與信息交換模塊、功率分布評估模塊、執行模塊、規則庫、集中優化決策模塊。在系統提供的自愈機制下，多代理技術能夠保證含分布電源配電網實現隔離故障后的供電快速恢復及配電網網絡重構，網絡運行優化和快速供電恢復需求也能夠同時得到滿足。作為本文研究的含分布電源智能配電網設計實際應用成果，含分布電源主動配電網自愈系統在實際應用中表現出色，集中式的轉供電優化搜索傳統過程得以省略，在各種復雜的網架結構中均有著突出表現，具備較高推廣價值。圖3同樣屬于含分布電源的智能配電網典型設計，通過引入多代理技術，可得到圖4所示的代理結構，這種多代理技術應用同樣能夠發揮不俗效果。

圖3 含分布電源的智能配電網典型設計

圖4 代理結構示意圖