本發(fā)明涉及配電網(wǎng)運行控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于多代理系統(tǒng)拍賣模式的配電網(wǎng)重構(gòu)方法。

背景技術(shù)：

隨著電力需求的不斷增長和電力市場的開放，電力系統(tǒng)正朝著可靠、綠色、高效、靈活的方向不斷發(fā)展。而分布式電源(Distributed Generation,DG)的接入和電動汽車的普及，以及人們對用電要求的不斷提高，使得配電網(wǎng)成了當(dāng)前智能電網(wǎng)發(fā)展的核心。微網(wǎng)技術(shù)和虛擬發(fā)電廠(Virtual power plant,VPP)技術(shù)的提出和成熟使DG接入的問題得到了解決。但與之相對的，在配電網(wǎng)的智能保護(hù)及控制方面，雖然也提出了主動配電網(wǎng)等技術(shù)，但由于該研究在世界范圍內(nèi)都還處于起步階段，因此當(dāng)前并沒有成熟的方案，這也影響了DG的接入和發(fā)電效率的提高。

對于智能配電網(wǎng)來說，自愈特性是其最主要的特征，它包括電網(wǎng)正常運行時的優(yōu)化與預(yù)警，故障情況下的故障診斷、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)與供電恢復(fù)兩個方面的內(nèi)容。針對網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和供電恢復(fù)，當(dāng)前有集中式和分布式兩種方法：集中式有啟發(fā)式算法和專家系統(tǒng)等，而分布式方法則主要集中在對多代理系統(tǒng)(MAS)的研究。

當(dāng)前相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)明主要集中在多代理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的控制方法上，但這些發(fā)明僅從分布式控制的角度設(shè)計控制方法，并沒有體現(xiàn)出MAS系統(tǒng)的真正優(yōu)勢。MAS與一般分布式系統(tǒng)的區(qū)別在于代理(Agent)自身的自治控制和代理之間的協(xié)商決策機制上。一方面，每個代理都擁有自己的目標(biāo)，它可以根據(jù)該目標(biāo)確定自己的行為，而不是僅僅接收命令和處理命令；另一方面，MAS代理之間能夠自主協(xié)商并進(jìn)行集體決策，因此能夠自動控制復(fù)雜系統(tǒng)而不需要外部的干預(yù)。

綜上，對于MAS配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)系統(tǒng)來說，代理之間通信方法和集體決策方法的設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵部分，也是當(dāng)前研究的熱點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，有必要針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種基于多代理系統(tǒng)拍賣模式的配電網(wǎng)重構(gòu)方法，保證自身的利益最大化，配電網(wǎng)的全局利益最大化，而且重構(gòu)速度快，全自動化。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于多代理系統(tǒng)拍賣模式的配電網(wǎng)重構(gòu)方法，包括以下步驟：

步驟S1，確定配電網(wǎng)各節(jié)點的區(qū)域目標(biāo)；包括保護(hù)系統(tǒng)短期可靠性指標(biāo)、電源可靠性指標(biāo)、負(fù)荷功率和負(fù)荷極四部分；

步驟S2，確定配電網(wǎng)全局目標(biāo)；設(shè)置一個全局性的目標(biāo)，讓它對區(qū)域代理之間的互動行為進(jìn)行引導(dǎo)，使它們的行為趨向于全局利益，從而保證配電網(wǎng)整體的可靠性最高；

步驟S3，資源識別；使出價代理能夠準(zhǔn)確的計算區(qū)域合并后自己的收益，拍賣代理需要提供自己所擁有資源的詳細(xì)數(shù)據(jù)；

步驟S4，出價；出價區(qū)域代理收到拍賣代理的合并請求后，立刻開始處理，結(jié)合區(qū)域自身的數(shù)據(jù)和拍賣代理提供的數(shù)據(jù)，計算在各種不同節(jié)點組合情況下的區(qū)域目標(biāo)值，并計算出預(yù)測值與當(dāng)前值的差值作為“預(yù)期收益”；

步驟S5，裁定；當(dāng)多個區(qū)域代理向拍賣代理返回了出價信息之后，拍賣代理最終裁定資源分配；

步驟S6，結(jié)束；裁定完成后失電區(qū)域按照分配結(jié)果進(jìn)行合并和分解操作，操作完成后整個配網(wǎng)重構(gòu)過程結(jié)束。

進(jìn)一步地，步驟S1包括：結(jié)合保護(hù)系統(tǒng)短期可靠性指標(biāo)、電源可靠性指標(biāo)、負(fù)荷功率和負(fù)荷極三類數(shù)據(jù)，使用加權(quán)求和法得到包干N個節(jié)點保護(hù)區(qū)域的區(qū)域目標(biāo)表達(dá)式：

其中：D_ASAI為保護(hù)系統(tǒng)的短期供電可用率，G_ASAI為電源的短期供電可用率，P_L為負(fù)荷功率，P_max為負(fù)荷極限，a、b、c和d分別為權(quán)權(quán)重系數(shù)，它們根據(jù)實際電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不同而取不同的值，P_p越大，本區(qū)域獲得的利益越多，對應(yīng)的決策會被優(yōu)先選擇。

進(jìn)一步地，步驟S2包括：使用負(fù)荷平衡指數(shù)來進(jìn)行衡量，其表達(dá)式為：

其中：n為主饋線的數(shù)目；S_i是饋線i上的規(guī)范化負(fù)荷，即實際負(fù)荷除以負(fù)荷極限；S是規(guī)范化的負(fù)荷S_i的平均值，該值越小，各區(qū)域的負(fù)荷越平衡，配電網(wǎng)的可靠性越高。

進(jìn)一步地，步驟S3包括：節(jié)點的資源信息為：

Msg_info＝{D_ASAI,G_ASAI,P_L,P_max}

步驟S31，提供資源區(qū)域節(jié)點的連接方式，使用競價序列向量對其進(jìn)行描述，設(shè)G＝(V,E)是具有N個頂點的無向網(wǎng)絡(luò)，V、E代表節(jié)點集合和邊的集合，則其鄰接矩陣為：

步驟S32，根據(jù)失電區(qū)域與周圍區(qū)域的連接點，把失電區(qū)域分為主路徑和支路徑，主路徑連接多個出價區(qū)域，是節(jié)點競價的主要位置，支路徑只能整體參與競價；設(shè)兩個出價區(qū)域的連接點分別位于V_z1，V_z2，通過深度優(yōu)先搜索(Depth First Search，DFS)算法對鄰接矩陣搜索，可得到對應(yīng)出價區(qū)域1的主路徑節(jié)點集合V_mp(V_z1,V_z2)；由鄰接矩陣還可得到主路徑與支路徑的連接點集合與支路徑總條數(shù)為：

步驟S33，根據(jù)步驟S32的算式進(jìn)行DFS算法，得到N_jt個支路徑的節(jié)點集合V_bp(i)；再使用連接點可將主路徑分割為N_jt+1個子集V_mp(i)，此時由主路徑和支路徑，可得到競價序列向量：

A_b＝{V_mp(1),V_bp(1),V_mp(2),…,V_bp(n),V_mp(n+1)}

其中：n＝N_jt；

步驟S34，使用同樣的方法，得到出價區(qū)域2的主路徑節(jié)點集合V_mp(V_z2,V_z1)，并到對應(yīng)的競價序列向量。

進(jìn)一步地，步驟S4包括：設(shè)出價區(qū)域節(jié)點為M，拍賣區(qū)域節(jié)點為N，則最大收益為：

ΔP_p＝max{P_p(M+i)-P_pM|i∈N}

其中：如果A_b是競價序列數(shù)組；ΔP_p是當(dāng)前計算得到的預(yù)期收益；w是節(jié)點池，用來臨時存放待計算的節(jié)點；N_neg和P_neg用表示是否有負(fù)收益以及負(fù)收益的起始節(jié)點；

如果最大收益為負(fù)，則放棄出價；如果不為負(fù)，則將其對應(yīng)的節(jié)點組合作為出價組合，向拍賣區(qū)域進(jìn)行報價，出價區(qū)域代理提交的最終競價數(shù)據(jù)為：

Msg_re＝{A_r,S}

其中：A_r為提交的出價組合，S是本區(qū)域的規(guī)范化負(fù)荷。

進(jìn)一步地，步驟S5包括：資源的裁定根據(jù)以下3個原則依次進(jìn)行：

1)如果節(jié)點沒有兩個及以上區(qū)域競爭，則直接裁定給出價區(qū)域；

2)如果兩個區(qū)域?qū)ν粋€節(jié)點競爭，則分別計算兩個區(qū)域的負(fù)荷平衡指數(shù)LBI，數(shù)值較小的區(qū)域獲得該節(jié)點；

3)如果兩個區(qū)域?qū)ν粋€支路徑或綁定區(qū)域進(jìn)行競價，則首先判斷競價容量，容量大的區(qū)域獲勝；如果容量相同，則再比較LBI值。

進(jìn)一步地，所述步驟S1中，增加以下約束條件：

1)容量約束：

其中：C_j為母線j可提供的最大功率，P_i為從母線j流入支路i的功率，B_j為從母線j獲得電能的支路集合；

2)支路功率約束：

|P_i|≤P_imax

其中：P_i為流過支路i的功率，P_imax為支路i的最大容量；

3)有功平衡約束：

其中：T_j為向母線j供電的支路集合；B_j為從母線j獲得電能的支路集合；x_j為負(fù)荷L_j的供電狀態(tài)，L_j為母線j所帶的負(fù)荷容量。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明在代理間的協(xié)商過程中，每個代理完全按照自己的區(qū)域目標(biāo)來進(jìn)行決策，保證自身的利益最大化；而通過基于全局目標(biāo)的拍賣-競價過程，則能夠動態(tài)調(diào)整配電網(wǎng)的負(fù)荷結(jié)構(gòu)，保證了配電網(wǎng)的全局利益最大化。該方法具有重構(gòu)速度快，全自動化的特點，特別適合在包含分布式電源的大規(guī)模復(fù)雜配電網(wǎng)上應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的基于MAS的分布式配電網(wǎng)自愈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2是拍賣協(xié)商流程圖；

圖3是出價處理流程圖；

圖4是裁定過程流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明所述的一種基于多代理系統(tǒng)拍賣模式的配電網(wǎng)重構(gòu)方法作進(jìn)一步說明。

本發(fā)明提供一種基于多代理系統(tǒng)拍賣模式的配電網(wǎng)重構(gòu)方法，所述多代理系統(tǒng)包括節(jié)點代理、區(qū)域代理和通信代理；

所述節(jié)點代理用于對母線的監(jiān)測和控制，對其他節(jié)點點對點通信，還用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和路由功能，傳遞數(shù)據(jù)包給其他節(jié)點；

所述區(qū)域代理由多個節(jié)點代理構(gòu)成，用于協(xié)調(diào)區(qū)域內(nèi)的其他節(jié)點工作，并與其他區(qū)域進(jìn)行通信；

所述通信代理用于提供管理人員和系統(tǒng)通信通道，并且可以訪問每個節(jié)點代理，遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)。

基于多代理系統(tǒng)拍賣模式的配電網(wǎng)重構(gòu)方法包括如下步驟：

第一步、確定配電網(wǎng)各節(jié)點的區(qū)域目標(biāo)。

對于區(qū)域代理來說，它所有的行動都是為了使本區(qū)域利益最大化，因此如何設(shè)計區(qū)域目標(biāo)函數(shù)，是決策機制的一個關(guān)鍵。本系統(tǒng)中區(qū)域目標(biāo)是由保護(hù)系統(tǒng)短期可靠性指標(biāo)、負(fù)荷總功率和電源可靠性三部分?jǐn)?shù)據(jù)構(gòu)成的。

1)保護(hù)系統(tǒng)短期可靠性指標(biāo)。本系統(tǒng)采用平均供電可用率(Average service availability index，ASAI)作為可靠性指標(biāo)。

2)電源可靠性指標(biāo)。DG雖然能夠提供電力，但它的接入對配電網(wǎng)的可靠性也產(chǎn)生了不小的影響。因此DG的可靠性指標(biāo)也是區(qū)域目標(biāo)一個重要的組成部分。由于當(dāng)前DG的并網(wǎng)與微網(wǎng)密切相關(guān)，因此本系統(tǒng)使用包含DG的微網(wǎng)的平均供電可用率作為評價指標(biāo)。

3)負(fù)荷功率和負(fù)荷極限。在到達(dá)負(fù)荷極限之前，區(qū)域代理因該傾向于承擔(dān)更多的供電工作，而不是對停電區(qū)域漠不關(guān)心。另外，本文為了簡化功率算法，直接使用電流的疊加計算來估算系統(tǒng)功率。

結(jié)合以上三類數(shù)據(jù)，本文使用加權(quán)求和法得到包含N個節(jié)點保護(hù)區(qū)域的區(qū)域目標(biāo)的表達(dá)式

式中，D_ASAI為保護(hù)系統(tǒng)的短期供電可用率，G_ASAI為電源的短期供電可用率，P_L為負(fù)荷功率，P_max為負(fù)荷極限，a、b、c和d分別為權(quán)權(quán)重系數(shù)，它們根據(jù)實際電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不同而取不同的值。P_p越大，本區(qū)域獲得的利益越多，對應(yīng)的決策會被優(yōu)先選擇。

除了區(qū)域目標(biāo)函數(shù)外，本文使用了以下約束條件

1)容量約束。

式中，C_j為母線j可提供的最大功率，P_i為從母線j流入支路i的功率，B_j為從母線j獲得電能的支路集合。

2)支路功率約束。

|P_i|≤P_imax (3)

式中，P_i為流過支路i的功率，P_imax為支路i的最大容量。

3)有功平衡約束。

式中，T_j為向母線j供電的支路集合；B_j為從母線j獲得電能的支路集合；x_j為負(fù)荷L_j的供電狀態(tài)，L_j為母線j所帶的負(fù)荷容量。

第二步、確定配電網(wǎng)全局目標(biāo)。

當(dāng)在一個配電網(wǎng)內(nèi)有多個區(qū)域代理運行時，由于每個區(qū)域代理的利益是不一致的，因此爭奪某個資源(電源、負(fù)荷等)會使他們之間會存在博弈的關(guān)系。此外，配網(wǎng)中的總電源容量是有限的，因此每個區(qū)域的供電可靠性達(dá)到最高并不意味著從全局來說他們的資源分配是合理的，因為如果某個區(qū)域占有了過多的電源，其他區(qū)域雖然能夠達(dá)到局部最優(yōu)，但也只能在一個很低的水平上，這樣的分配明顯是不合理的。為了解決這些問題，我們需要設(shè)置一個全局性的目標(biāo)，讓它對區(qū)域代理之間的互動行為進(jìn)行引導(dǎo)，使它們的行為趨向于全局利益，從而保證配電網(wǎng)整體的可靠性最高。

為了評估電網(wǎng)整體的可靠性，本文使用的是負(fù)荷平衡指數(shù)來進(jìn)行衡量，其表達(dá)式為

式中，n為主饋線的數(shù)目；S_i是饋線i上的規(guī)范化負(fù)荷(即實際負(fù)荷除以負(fù)荷極限)；S是規(guī)范化的負(fù)荷S_i的平均值。該值越小，各區(qū)域的負(fù)荷越平衡，配電網(wǎng)的可靠性越高。

實際上，該全局目標(biāo)僅僅是作為衡量分布式系統(tǒng)最終效果的一個指標(biāo)，拍賣代理在實際運行時并不需要計算所有保護(hù)區(qū)域的數(shù)據(jù)，只需要對出價的區(qū)域進(jìn)行評估，保證他們之間的負(fù)荷平衡即可。

第三步、資源識別。

為了使出價代理能夠準(zhǔn)確的計算區(qū)域合并后自己的收益，拍賣代理需要提供自己所擁有資源的詳細(xì)數(shù)據(jù)。節(jié)點的資源信息為

Msg_info＝{D_ASAI,G_ASAI,P_L,P_max} (6)

由于資源區(qū)域節(jié)點的連接是有一定規(guī)則的，而且電源不可能跨過配電網(wǎng)中間的節(jié)點給尾部節(jié)點供電，因此節(jié)點的連接方式也必須提供。這里使用競價序列向量對其進(jìn)行描述。設(shè)G＝(V,E)是具有N個頂點的無向網(wǎng)絡(luò)，V、E代表節(jié)點集合和邊的集合，則其鄰接矩陣為

根據(jù)失電區(qū)域與周圍區(qū)域的連接點，可以把失電區(qū)域劃分為主路徑和支路徑。主路徑連接多個出價區(qū)域，是節(jié)點競價的主要位置，支路徑由于供電的限制只能整體參與競價。設(shè)兩個出價區(qū)域的連接點分別位于V_z1，V_z2，通過深度優(yōu)先搜索(Depth First Search，DFS)^[28]算法對鄰接矩陣搜索，可得到對應(yīng)出價區(qū)域1的主路徑節(jié)點集合V_mp(V_z1,V_z2)。由鄰接矩陣還可得到主路徑與支路徑的連接點集合與支路徑總條數(shù)為

N_jt＝|V_jt| (9)

根據(jù)式(8)，(9)結(jié)果進(jìn)行DFS算法，可得到N_jt個支路徑的節(jié)點集合V_bp(i)。再使用連接點可將主路徑分割為N_jt+1個子集V_mp(i)。此時由主路徑和支路徑，可得到競價序列向量

A_b＝{V_mp(1),V_bp(1),V_mp(2),…,V_bp(n),V_mp(n+1)} (10)

式中n＝N_jt。同樣方法，可以得到出價區(qū)域2的主路徑節(jié)點集合V_mp(V_z2,V_z1)，并到對應(yīng)的競價序列向量。

第四步、出價。

出價區(qū)域代理收到拍賣代理的合并請求后，立刻開始處理。則他們會結(jié)合區(qū)域自身的數(shù)據(jù)和拍賣代理提供的數(shù)據(jù)，計算在各種不同節(jié)點組合情況下的區(qū)域目標(biāo)值，并計算出預(yù)測值與當(dāng)前值的差值作為“預(yù)期收益”。設(shè)出價區(qū)域節(jié)點為M，拍賣區(qū)域節(jié)點為N，則最大收益為

ΔP_p＝max{P_p(M+i)-P_pM|i∈N} (11)

如果最大收益為負(fù)，則放棄出價；如果不為負(fù)，則將其對應(yīng)的節(jié)點組合作為出價組合，向拍賣區(qū)域進(jìn)行報價。

其中A_b是競價序列數(shù)組；ΔP_p是當(dāng)前計算得到的預(yù)期收益；w是節(jié)點池，用來臨時存放待計算的節(jié)點；N_neg和P_neg用表示是否有負(fù)收益以及負(fù)收益的起始節(jié)點。出價區(qū)域代理提交的最終競價數(shù)據(jù)為

Msg_re＝{A_r,S} (12)

式中，A_r為提交的出價組合，S是本區(qū)域的規(guī)范化負(fù)荷。

第五步、裁定。

當(dāng)多個區(qū)域代理向拍賣代理返回了出價信息之后，資源如何分配就由拍賣代理來最終裁定。資源的裁定根據(jù)以下3個原則依次進(jìn)行。

1)如果節(jié)點沒有兩個及以上區(qū)域競爭，則直接裁定給出價區(qū)域。

2)如果兩個區(qū)域?qū)ν粋€節(jié)點競爭，則分別計算兩個區(qū)域的負(fù)荷平衡指數(shù)LBI，數(shù)值較小的區(qū)域獲得該節(jié)點。

3)如果兩個區(qū)域?qū)ν粋€支路徑或綁定區(qū)域進(jìn)行競價，則首先判斷競價容量，容量大的區(qū)域獲勝；如果容量相同，則再比較LBI值。

裁定完成后，失電區(qū)域按照分配結(jié)果進(jìn)行合并和分解操作，操作完成后整個配網(wǎng)重構(gòu)過程結(jié)束。

綜上所述，本發(fā)明在代理間的協(xié)商過程中，每個代理完全按照自己的區(qū)域目標(biāo)來進(jìn)行決策，保證自身的利益最大化；而通過基于全局目標(biāo)的拍賣-競價過程，則能夠動態(tài)調(diào)整配電網(wǎng)的負(fù)荷結(jié)構(gòu)，保證了配電網(wǎng)的全局利益最大化。該方法具有重構(gòu)速度快，全自動化的特點，特別適合在包含分布式電源的大規(guī)模復(fù)雜配電網(wǎng)上應(yīng)用。

以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。