基于免疫Agent的配电网电缆线路故障自愈系统

王雷

（国网冀北电力有限公司三河市供电分公司燕郊高新技术产业开发区供电中心，河北廊坊 065201）

目前，我国配电网络的自动化程度仍较低，供电故障检测、隔离、恢复等基础工作已很难满足广大用户对供电质量的需求。根据统计，每年都会存在一大部分由配网造成的供电事故。随着多种新的可再生能源的加入，以及电力供应模式的多元化，任何不正常的操作都会对电力供应的品质产生一定的影响。自愈技术是配电网智能化的具体体现，其与配电网的免疫机制一样，对确保配电网的安全、稳定运行发挥着重要作用。文献[1]提出的基于配电自动化的自愈系统，通过使用自动化技术分析配电网电缆线路单相接地情况，并进行精准定位。通过定位结果重构配电网电缆线路，实现线路自愈；文献[2]提出的计及充换放储一体化配电网故障恢复方法，以系统孤岛负荷、网损为不同层优化目标，构建配电网电缆线路故障多层优化模型，结合混沌模拟退火竞争算法对模型进行优化，实现线路自愈。

配电网线路是一个复杂的结构形式，一旦配电网电缆线路出现故障，就需要停机检查，该过程会造成设备损耗。因此，设计了一种基于免疫Agent 的配电网电缆线路故障自愈系统。

1 系统硬件结构设计

基于免疫Agent 的配电网电缆线路故障自愈系统的硬件结构如图1 所示。

图1 系统硬件结构

由图1 可知，控制系统包括分布式电源、控制器、分级控制器、中央控制器和调度中心，其中分布式电源和控制器，负责对网络接口和分布式供电自身进行控制；中央控制器负责管理配电网电压、频率和运行模式；调度中心负责对多个微网进行统一管理[3]。

1.1 免疫Agent结构

为了提高配电网的自愈能力，将内部单元划分为两类，并给出具体代理结构，如图2 所示。

图2 免疫Agent结构

由图2 可知，一种是领导代理，部署在各个电缆线路内的分段开关上，另一种是成员代理，部署在电缆线路的负荷上[4]。成员代理能够将邻近自治区的负荷、备用电源、发送状况等信息传递给离失效地点最近的代理，并仅与离故障点最近的一个代理通信。例如，负载代理被分配到一个负载和一个数字网络之间，以收集数据线区域负荷，并和其他成员代理进行互动。同时，还可以检查相应连接开关是否闭合[5-6]。交换机的分布分散，用于采集线缆内部状况，并按不同情况进行故障修复，将消息传送到各线缆中的成员代理，进行电力恢复工作[7]。

1.2 智能控制终端

智能控制终端起到了馈电代理的作用，能够独立地进行分布式控制。该终端不仅能够实时监测故障状态，还能处理复杂数据，由此实现就地控制[8]。

该终端以ARM9 为主要处理单元，ARM 为核心，以可编程门阵为中心，对其进行控制，具有400 MHz的主频以及丰富的界面资源，便于与外部通信，并具有可扩充的功能模块[9-10]。通过FPGA 功能模块能够实现对高速数据的采集、处理，将处理结果作为依据进行故障检测和各种逻辑控制。

1.3 通信服务器

针对配电网络中的问题，根据其本身的特点和分布的特点，提出了一种“联邦”架构，并将其与分层设计相结合，构建了一种适用于配电网络的自修复系统。在“联邦”架构中，一个介子把一系列代理集中成一个代理，而子集的代理只和这个代理通信。该介子负责子中心代理的行为控制，并与其他代理进行交流和协调[11]。

2 系统软件部分设计

针对故障诊断问题，免疫Agent 的作用是对被称作抗原的非自我物质进行体内或体外的检测与鉴别。其工作原理对电力系统中的配电网电缆线路的研究具有一定的参考价值。

2.1 故障自愈模型构建

配电网的故障定位、隔离与维护是实现配电网电缆线路故障自愈的一种重要方法，该系统可实时分析、判断所收集的断路器及故障指示，并通过各个分支机构的指挥，迅速准确地找到最佳停电恢复方案[12]。

当电缆线路发生故障时，关键负荷的优先级别为最高，因此，最大限度恢复优先级高的负荷便于电缆线路正常运行，由此构建的故障自愈模型如下所示：

式中，ωi、ωj分别表示i、j节点的权重系数；qi、qj分别表示i、j节点的负荷；‖λi‖表示负荷供电状态向量幅值；n表示供电节点总数。当时，说明节点i与配电网电缆线路无负荷通过，即负荷处于孤岛状态[13]；当=1 时，说明节点i与配电网电缆线路有负荷通过，即电缆线路连接正常。

2.2 故障自愈拓扑约束

对于电缆线路辐射状约束，可表示为：

式中，Ek表示电缆线路正常运行情况下的线路结构；SR表示满足辐射状运行的线路结构集合。对于支路潮流容量约束，可表示为：

式中，Wkmax表示电缆线路支路额定容量；Wk表示流过电缆线路支路的功率[14]。

对于节点电压、电流约束，可表示为：

式中，Umin、Imin分别表示节点电压、电流下限；Umax、Imax分别表示节点电压、电流上限。

2.3 自愈执行过程

在故障自愈拓扑约束条件下，确定评估价指标，公式为：

式中，Q表示自愈执行方案恢复的所有负荷容量；m表示重复操作次数；M表示电缆线路裕度；B表示馈线条数；α1、α2、α3、α4均表示各项指标的权重系数[15]。当故障发生后，通过获取全局信息来制定自愈方案。

在系统的实施中，主要是通过对主控系统的故障进行早期检测与诊断，然后利用智能决策、主动调整或其他相关方法来防止和解决主控系统故障[16]。系统自愈执行过程，如图3 所示。

图3 系统自愈执行过程

由图3 可知，通过定义控制文件大小，将各个自愈执行策略映射到免疫Agent 系统，从而构造出免疫Agent 系统的主体间的概念映射空间。以免疫系统的特征为主体的抽象结构，通过不同功能的免疫代理构成了一个子系统。在多代理系统中，每个代理都携带着本地的信息，利用这些信息进行空间搜索，从而表现出复杂的群体行为，并以一种稳定的方式完成任务。

3 实验结果与分析

3.1 配电网电缆线路结构

为了验证基于免疫Agent 的配电网电缆线路故障自愈系统的设计合理性，设计以下实验完成相关测试。实验配电网电缆线路结构如图4 所示。

图4 配电网电缆线路结构

对于图4 所示的电缆线路，使用继电保护装置为实验平台供电。

3.2 实验结果与分析

对于三个故障区域，该文系统的自愈结果如表1所示。

表1 该文系统配电网电缆故障自愈结果

由表1 可知，应用该文系统后98%以上的配电网电缆故障得以自愈，应用效果非常理想。

对比分析三种方法的自愈时间，结果如表2所示。

表2 系统方法自愈时间对比

由表2 可知，经过300 次迭代处理后，文献[1]系统和文献[2]系统的耗时均高于该文系统。通过分析结果可知，使用基于免疫Agent 的自愈系统自愈时间最短。

4 结束语

文中设计了一种基于免疫Agent 的配电网电缆线路故障自愈系统，根据配电网电缆线路结构特征，给出了自愈系统的目标函数与约束条件。结合免疫Agent 算法，实现配电网电缆线路故障自愈。虽然该文已经深入研究了配电网电缆线路故障自愈模式，但是在日后研究中还需要针对自愈系统的数据库管理、图形配置等方面的技术进一步开发和设计。