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，它可以根據(jù)該目標確定自己的行為，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；包括保護系統(tǒng)短期可靠性指標、電源可靠性指標、負荷功率和負荷極四部分；

步驟S2，確定配電網(wǎng)全局目標；設(shè)置一個全局性的目標，讓它對區(qū)域代理之間的互動行為進行引導(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)域目標值，并計算出預(yù)測值與當前值的差值作為“預(yù)期收益”；

步驟S5，裁定；當多個區(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。

進一步地，步驟S1包括：結(jié)合保護系統(tǒng)短期可靠性指標、電源可靠性指標、負荷功率和負荷極三類數(shù)據(jù)，使用加權(quán)求和法得到包干N個節(jié)點保護區(qū)域的區(qū)域目標表達式：

其中：D_ASAI為保護系統(tǒng)的短期供電可用率，G_ASAI為電源的短期供電可用率，P_L為負荷功率，P_max為負荷極限，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。

進一步地，步驟S2包括：使用負荷平衡指數(shù)來進行衡量，其表達式為：

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

進一步地，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用表示是否有負收益以及負收益的起始節(jié)點；

如果最大收益為負，則放棄出價；如果不為負，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)范化負荷。

進一步地，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為負荷L_j的供電狀態(tài)，L_j為母線j所帶的負荷容量。

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)域目標來進行決策，保證自身的利益最大化；而通過基于全局目標的拍賣-競價過程，則能夠動態(tài)調(diào)整配電網(wǎng)的負荷結(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，遠程監(jiān)控和維護。

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。

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)域目標函數(shù)，是決策機制的一個關(guān)鍵。本系統(tǒng)中區(qū)域目標是由保護系統(tǒng)短期可靠性指標、負荷總功率和電源可靠性三部分數(shù)據(jù)構(gòu)成的。

1)保護系統(tǒng)短期可靠性指標。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。

2)電源可靠性指標。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的可靠性指標也是區(qū)域目標一個重要的組成部分。由于當前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。

3)負荷功率和負荷極限。在到達負荷極限之前，區(qū)域代理因該傾向于承擔更多的供電工作，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)點保護區(qū)域的區(qū)域目標的表達式

式中，D_ASAI為保護系統(tǒng)的短期供電可用率，G_ASAI為電源的短期供電可用率，P_L為負荷功率，P_max為負荷極限，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為負荷L_j的供電狀態(tài)，L_j為母線j所帶的負荷容量。

第二步、確定配電網(wǎng)全局目標。

當在一個配電網(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，讓它對區(qū)域代理之間的互動行為進行引導(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，本文使用的是負荷平衡指數(shù)來進行衡量，其表達式為

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

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

第三步、資源識別。

為了使出價代理能夠準確的計算區(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)域目標值，并計算出預(yù)測值與當前值的差值作為“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，則放棄出價；如果不為負，則將其對應(yīng)的節(jié)點組合作為出價組合，向拍賣區(qū)域進行報價。

其中A_b是競價序列數(shù)組；ΔP_p是當前計算得到的預(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用表示是否有負收益以及負收益的起始節(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)范化負荷。

第五步、裁定。

當多個區(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)域目標來進行決策，保證自身的利益最大化；而通過基于全局目標的拍賣-競價過程，則能夠動態(tài)調(diào)整配電網(wǎng)的負荷結(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了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，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，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。