10kV配電網自愈系統的應用

鄭海嬌

（廣東電網有限責任公司肇慶供電局，廣東肇慶，526000）

1 10kV配電網自愈系統的功能定位和需求

1.1 功能定位

10kV配電網自愈系統的應用實現了配電網的不間斷持續供電，自愈系統不僅能準確預測電力系統故障，還能結合新技術對故障問題進行識別、隔離和處理。引入自愈系統能夠對整個配電網進行實時監控，了解配電網運行狀態，發現故障或潛在故障時，系統會給出預警。若發現故障，系統能夠通過自愈技術及時進行調整和修復，以保證配電網的正常供電，維護配電網系統穩定，保障用戶綜合效益。就10kV配電網自愈系統的工作原理和應用背景將其功能歸納為以下三點：

（1）自愈控制技術在電力系統正常運行狀態下應用時，基于目的性和選擇性優化方式對配電網進行優化，提升配電網抗干擾能力，保證其穩定性。

（2）10kV配電網自愈系統還需要具備故障預判功能，通過故障預判能夠對潛在故障進行預判和分析。對潛在故障的引發因素進行及時處理和更正，有效規避潛在故障可能對配電網產生的影響。

（3）如果配電網種出現了故障，自愈控制技術必須充分顯現其功能，通過自愈控制技術對配電網進行故障修復，同時還應該結合故障隔離等方式，修復故障，修復故障期間保障用戶供電，減少經濟損失。

1.2 技術需求

為提升配電網饋線自動化水平，自愈控制技術在智能配電網中的應用十分關鍵。隨著配電網的發展水平提高以及用戶需求的不斷提高，自愈控制技術水平也應該不斷提高，其技術需求主要體現在以下兩個方面：

（1）在線監控技術：為實現對配電網中運行參數和運行指標的實時監控，必須要引入在線監控技術。在線監控技術關注的指標主要包括電壓值、電流值以及功率值等，若發現監測指標出現故障及異常，自愈控制技術會對異常數據進行解析，結合配電網實際情況研判故障原因和故障情況，以此為依據進行故障處理和故障恢復，減少經濟損失。

（2）先進技術及設備。為提升10kV配電網自愈系統水平，必須要引入最新的技術和最新的設備。包括超導技術、電力電子技術、新儲能技術等，通過這些新技術有效降低配電網的電能損耗，保證系統正常運行。同時還需要通過這些新技術及新設備減少電磁污染，實現配電網的可持續發展，新能源存儲技術在這一領域中就具有廣闊的應用前景。

2 10kV配電網自愈系統的關鍵技術

2.1 AMI技術

AMI技術是基于自動抄表技術上發展起來的高級測量技術，AMI技術的應用涉及10kV配電網自愈系統中的多個子系統，包括數據管理系統、通信系統、傳輸單元等。AMI技術應用的關鍵是高級測量系統，能夠和管理系統相互協調以及配合，實現對配電網資源優化，提升其管理水平。

2.2 FMS技術

FMS技術在10kV配電網自愈系統中應用的最主要目的是提升其預測性能，FMS技術結合模擬技術和快速仿真技術，為配電網系統提供詳實可靠的數據，優化配電網中管理人員的管理決策。該技術應用于自愈系統中，在實時監測數據基礎上，實現故障的自動預測以及快速反應，提升故障恢復水平，對提升配電網系統穩定性具有不可忽視作用。

2.3 配電網重構技術

在配電網中會應用大量的聯絡開關和分段開關，因此配電網重構十分復雜，涉及到多個目標，屬于典型的多目標非線性混合優化問題。配電網重構是在滿足配電網呈輻射狀、饋線熱熔、節點電壓偏差要求和變壓器容量要求的前提下，確定使配電網線損、負荷均衡度、供電質量等指標最佳的配電網運行方式。配網重構技術在10kV配電網自愈系統中應用的主要目的是對配電網的狀態和結構進行調整，消除線路中潛在和已經存在的線路過載問題，提升其供電質量。

3 基于Multi-Agent的智能配電網自愈系統設計

3.1 總體規劃

本文基于Multi-Agent進行10kV配電網自愈系統的設計，希望通過Multi-Agent方法優化進一步提升自愈系統的自愈水平，同時還希望通過Multi-Agent來解決自愈系統中子結構之間的內部沖突問題。本文提出的智能配電網自愈系統的方法結構圖如下所示，通過圖1中能夠看出10kV配電網自愈系統一共包括三層結構，涉及2個環節點以及多個控制節點。

圖1 Multi-Agent方法的結構圖

基于Multi-Agent設計的10kV配電網自愈系統結構完善，能有效實現自愈功能。2個環節點一個是全局控制環，另一個是局部控制環。局部控制環主要對配電網中的子節點進行協調和控制，保證其正常運行。全局控制環在局部控制環的基礎上，對自愈系統中的各個子節點進行有效協調，實現對保護裝置的有效控制。若自愈系統發現了故障信號，兩個環節點會并及時進行分析和處理，給出相應的保護指令，以提供系統保護。全局控制環和局部控制環兩個不具備從屬關系，但兩個也不能孤立存在，兩個必須協調配合實現功能，具體結果圖如圖 2所示。

圖2 Multi-Agent配電網自愈系統軟件區域控制環結構

3.2 系統框架及功能應用

基于Multi-Agent的10kV配電網自愈系統基本框架圖如圖3所示，本文在設計中將10kV配電網自愈系統分為控制層、過程層和系統層3個層級。

圖3 智能配電網自愈系統軟件區域的 3 個控制層框架圖

3.2.1 系統層

系統層作為10kV配電網自愈系統的最底層，具有一定復雜性，該層的主要作用是實現層結構的有效控制。該層包括三個局部控制環結構，進行監測和測量控制。10kV配電網自愈系統中自愈能力實現的基礎是采集測量局部控制環，結合同步向量監測技術和調度數據采集技術對各種信號和指標進行監測，如果監測中發現異常網絡信號，需要及時進行控制處理。同時還需要將異常的網絡信號的信息及指令傳遞到控制層當中，在提升其智能程度的同時提升系統自愈能力。

3.2.2 控制層

控制層作為10kV配電網自愈系統的最高層，包括兩個全部控制環和控制方案，通過控制層的設計及應用能夠進一步提升10kV配電網自愈系統的防御能力。若監測到異常信號，控制層及時進行處理并給出相應的控制方案，予以實施。

3.2.3 過程層

10kV配電網自愈系統的過程層是控制層和系統層的連接層，也屬于10kV配電網自愈系統中間層，其主要由快速仿真、故障診斷和評價節點三個全局控制環構成。該層能夠實現異常信號的有效分析，減少控制層的處理時間，能夠保障控制層在最短時間內形成處理方案。

4 基于Multi-Agent的智能配電網自愈系統應用分析

本文提出基于Multi-Agent的智能配電網自愈系統之后，希望通過實驗驗證的方法研究其自愈效果。構建故障配電網模型，將傳統配電網自愈系統和基于Multi-Agent智能配電網自愈系統應用到故障配電網當中，研究其在配電網故障處理和自愈中的應用效果。在兩種自愈系統應用效果對比中采用相同工作時長和相同運輸電量的實驗裝置，以保證實驗結果的有效性和可信度。測試裝置包括1臺計算機（在計算機中配置設備管理軟件）、裝置開關、光線路由交換機和黑犀牛處理器。通過設計的測試裝置實現對遙調和遙測類型配電網的檢測，在檢測過程中采用數據庫進行數據記錄和存儲。

在實際實驗之前，首先對采用的故障配電網進行故障檢測，明確其存在的故障類型、原因，并對檢測結果進行詳細記錄。然后將傳統配電網自愈系統和智能配電網自愈系統分別接入故障配電網中，打開電源進行工作，觀察記錄自愈系統接入之后故障配電網的各項參數和指標，經過自愈系統的實驗和處理之后，退出自愈系統并對故障配電網進行故障復查，通過測試裝置對原有故障進行檢測。將智能自愈系統和傳統自愈系統的自愈結果進行對比。

圖4 自愈系統應用結果圖

利用測試裝置對故障配電網系統進行檢測之后，對傳統配電網自愈系統方法以及本文智能自愈系統方法的檢測結果進行繪圖，結果如圖4所示。通過圖4中的數據能夠明顯看出，基于Multi-Agent的智能配電網自愈系統在10min之內就能夠實現對故障配電網的自愈，而傳統自愈系統方法至少需要30min才能開始執行自愈功能。基于Multi-Agent的智能配電網自愈系統的自愈效果明顯要優于傳統自愈系統。實驗結果圖中顯示，基于Multi-Agent的智能配電網自愈系統整個自愈過程的完成僅僅需要20min，10min的時候開始響應執行自愈動作，在30min的時候結束，完整自愈。傳統自愈系統此時才剛剛開始響應執行自愈動作，并且需要歷時30min整個自愈過程，在接入60min之后結束。對比基于Multi-Agent的智能配電網自愈系統和傳統自愈系統的故障恢復率（自愈率）能夠發現，智能配電網自愈系統的故障恢復率要優于傳統故障自愈系統，自愈率達到99%。在實際的實驗中還發現，基于傳統故障自愈系統進行自愈處理的故障配電網中還存在安全隱患，而基于Multi-Agent的智能配電網自愈系統具有高效性。一方面是因為基于Multi-Agent智能配電網自愈系統的硬件區域的數據采集器，采集配電網的網絡信號和輸出信號比傳統的數據采集器的速率30 M，并且不具有傳輸延遲問題，這就為智能配電網自愈系統的檢測故障和處理故障速度快奠定了基礎。另一方面是因為基于Multi-Agent智能配電網自愈系統的軟件部分具有多功能應急處理方式。多功能應急處理方式明確地判定配電網的故障類型，調用不同的自愈方式進程處理，避免了小的故障用復雜的自愈方式處理，既節約了配電網的自愈時間，也提高了自愈效果，保證了電網的可靠供電。綜上所述，基于Multi-Agent智能配電網自愈系統比傳統的配電網自愈系統自愈效果好。

5 結論

我國配電網的智能水平和自動化水平不斷提高，加強10kV配電網自愈系統的研究和應用意義不可忽視。本文提出了基于Multi-Agent10kV配電網自愈系統，并且對系統構建以及框架結構進行了詳細分析，希望該技術能夠對配電網供電可靠性有一定貢獻。