《智能配电网中的自愈控制技术研究》14000字（论文）

智能配电网中的自愈控制技术研究摘要随着社会的不断发展，对能源的需求量与日俱增。在社会经济发展的同时，能源短缺的现象时有发生，能源短缺带来的环境污染事故频发。因此对新型能源的研发与开发，是时代的要求，也是社会的需求。在将来，分布式电源的比例正越来越多。分布式电源在我国的经济发展提供了坚实的物质基础。但是分布式电源有着局限性，表现为能源较为分散、供电性能不连续、发电状态不稳定，以上这些局限性导致的后果有电网负荷的差异性增加、电网输电性能降低、电网配电效率不高、电力网络的输送水平被影响，有必要研究分布式电源的替代方式，以保证电力网络的稳定、高效运行。对于配电网的自愈，传统的方式是采取继电保护，这种继电保护采取三段式保护时间，增加电流的差异，使电网中的每一个继电保护没有物理相关性连接。在我国电力网络的快速发展背景下，分布式电源数量高速增长，在配电网中由于电压负压较高，设置的微机保护方式落后，使得继电保护超出性能范围，容易发现电力差错，当配电网某一继电保护处于失控状态，电力管理和维修人员不能及时进行故障定位和故障维修。随着我国电力智能网络水平不断发展，智能配电网作为电力行业的重要内容，它能使配电网的装机容量变多、电压的稳定性增强。对于新型可再生能源，目前以风电、光伏电源为代表，新能源接入到配电网中。对于新型智能配电网来说，自愈控制是较为重要的研究内容。本文对配电网的自愈控制框架结构进行了介绍和研究，提出了一种新型的智能配电网自愈控制框架结构，为“2（两级控制环）-3（三层结构）-10（十个控制模块）”为主要框架结构。此结构能够帮助配电网进行稳定运行，同时针对配电网的性能参数进行预测。关键词:MAS，智能配电网，自愈控制，策略目录TOC\o"1-3"\h\u22286摘要 157461前言 5303901.1研究背景 594261.2研究意义 5306431.2.1实现配电网的最优运行 5188551.2.2提供优质可靠的电能 534441.2.3推动新能源革命 622421.3国内外研究现状 6101542相关概念和理论介绍 9106662.1相关概念 951062.1.1电网自愈 979252.1.2电网自愈控制 941692.1.3智能配电网 9300512.2自愈能力的等级标准 926292.2.1自愈速度指标 9288602.2.2自愈率指标 10145732.2.3自愈系统的基本功能 10278482.3电网的运行状态 11282552.3.1正常状态 1127742.3.2警戒状态 11101552.3.3故障状态 11145102.3.4故障后状态 11216472.3.5优化状态 11173792.4电网自愈系统的手段 11240472.4.1预防控制 1112462.4.2紧急控制 11269512.4.3恢复控制 11182032.4.4优化控制 1221473智能配电网结构介绍 131083.1分布式电源及其并网结构 13164183.2分布式电源对配电网的影响 14141443.3含分布式电源的配电网仿真 16261313.4微网控制系统 18144043.5微网系统控制策略思路 1851573.6故障定位算法介绍 19322093.7智能配电网的自愈方法流程介绍 19109583.8分布式电源的环网配电系统介绍 2063.9重合闸控制流程图 21238784配电网自愈控制方案介绍 2367854.1继电保护技术 23247834.2SCADA技术 23238284.3网络通信技术 23243624.4数据库技术 2417684.5DFSM技术 2434855配电网自愈控制的技术 25102175.1智能配电网自愈控制原理 2554275.2微网运行控制方式 256315.3微网运行控制模式 2577275.3.1主从控制 25224445.3.2对等控制 2681226基于Multi-agent技术的智能配电网自愈控制框架结构 27232176.1配电网传统的自愈控制框架结构 27241486.2智能配电网的自愈控制分层控制框架结构 27112686.2.1两级控制环设计 2857856.2.2三层结构十个控制环节设计 299206总结 3110543参考文献 33

1前言1.1研究背景电力系统从起源到发展，有着100多年的历史。在这一个世纪的时间内，电力系统的电压等级和系统规模发生了翻天覆地的变化，但是电力系统的基本运行原理几乎没有更改。随着全球经济一体化的发展，社会经济发展和自然环境的破坏有着直接的矛盾，社会经济发展是以牺牲环境资源为代价，同时随着自动化技术、电力电气、大数据等技术的革新，使得电力系统有了新的时代要求，因此智能电网应运而生。配电网是电力网络和用户的连接方式，在我国优质电力网络的需求量占到总需求量的九成以上。我国是用电大户，如果电力网络运行不稳定，将会对广大人民群众生产生活造成巨大的影响。有统计表明，电力网络故障导致的停电事故占到了停电事故综述95%以上（不包含发电量不足的情况）。智能电网对电力系统的送电质量有着决定性影响，同时智能电网有着一些全新的功能，比如预测电力系统、优化电力系统系统、协同电力系统、保障电力系统安全、推动电力网络自愈、促使电力网络交互，因此自愈控制功能是智能配电网的核心内容，同时说明自愈控制功能是智能配电网的决定性因素。智能电力网络的自愈控制，是电力系统平稳工作的重要保障，也是决定电力输送质量的核心要素，同时也是学术界研究电力系统的热门方向。智能配电网由于用户需求量的增多，分布式电源的数量也随之增多，分布式电源加入使电力系统的结构较为繁琐。由于电力系统的结构复杂，使得电力系统发生故障的可能性逐渐升高，一旦电力故障超过电力系统的承受性能，会发生大面积的停电，给用户的生产生活带来影响。对于智能电力网络来说，其自愈控制能力能够决定电力故障的时间与规模，电力故障的时间、规模和智能电力网络的自愈控制呈正相关性。自愈能力越强，智能电网恢复供电的时间和效率越快。1.2研究意义配电网是电力系统和用户之前的桥梁，是输送电能的重要载体，高效率的配电网能够提高电能的利用率，也是电力用户满意度的评价标准。由于我国幅员辽阔，对电力的需求较大，输电网的发展是电力系统建设的重要内容，但同时配电网也是电力系统的关键环节。长期以来，受到客观条件的限制，我国的配网基础建设起步低，发展迅速，但是和西方国家相比，我国的电力系统建设还存在着巨大的滞后性。由于配电网基础建设落后，使得配电网的电能损失较大，约占电能损耗的一半以上，同时输送电能的质量较差。配电网需要和用电客户进行体验式服务，同时对分布式电源进行性能和技术参数的统一。因此，加强配电网的智能化发展是我国电力系统水平提升的重要方式。需要对我国的配电网进行实践调查，同时加大力度对相关技术的研发和资金投入，对我国配电网的技术进步和自动化发展有着重大的意义。1.2.1实现配电网的最优运行发展智能配电网的相关技术，能够对电力体系的运行进行实时监测，对电力系统进行资源优化配置。通过提高电力设备的容载率，对电力设备的硬件进行高效率的使用，可以降低电力设备的负载量，减少不必要的电力能源损失和设备损坏，有利于减少电力系统的成本支出。1.2.2提供优质可靠的电能配电网的智能化技术发展，首先要保证电力能源的供应能力和输电稳定性，同时还要为客户提供个性化的电力配置；其次要降低停电事故的发生率，对电力系统中存在的参数进行优化，减少负面因素的影响，从而保障电力系统的持续运行。1.2.3推动新能源革命配电网在设计和基础建设的时期，分布式电源技术还未普及，因此在配电网最初的运行中，，没有考虑分布式电源技术的需求。但是为了配电网能够满足现有电力运载量的需求，对分布式电源的技术参数作出了相应的要求，对分布式电源的发展有着制约性，同时也兼顾了分布式电源的推广和普及。智能型配电网具有良好的匹配性，能够较多接纳分布式电源的最大限度使用，能够为新能源的开发提供一个新的思路，同时降低有害气体在大气中的含量，有利于保护环境。1.3国内外研究现状在2000年左右，美国电力研究院的研究项目首次提出了“电网自愈”，从此以后，电网自愈成为电力学术界研究的热门方向。电网自愈的主要研究内容是提高配电网传输电力能源的效率，以及电网自愈技术在电力系统的实践与应用。近些年，世界各地的电力系统发生了几次重大电力故障，其相关的电网发生了不同程度的崩溃现象。重大电力故障的发生，使得学术界和电网运行相关专家对电网的安全性产生了担心，其研究核心内容为大型输电网的自愈能力控制。但是对于电力系统的配电网自愈研究处于开始阶段，相关的理论研究和实践应用还不够丰富。IBM公司在21世纪的初期（2006年），提出了“智能电网”相关的解决方案，使配电网的自愈性控制援救进入了一个新的阶段。2011年初，在北京进行了“智能配电网自愈控制技术研究与开发”的启动会，我国6家高层次研究机构参与了此项目。此项目由中国电力科学研究院牵头，针对我国电力系统的要求与现状，我国用电的实际要求，对分布式电源、微网、智能配电网、自愈控制等技术进行了深入的研究，并积极把研究结果投入到电力系统实践应用中。欧美等发达国家，为了对电力系统进行技术更新，减少电力相关对环境的污染问题，纷纷提出了智能电网的概念与相关应用实践、解决对策，但是对未来的电力系统要求是开发新能源，新能源要实现效率运转、自愈控制，同时要对环境最大幅度降低污染程度，最好实现零污染和零排放。张栋梁与万秋兰同时认为，配电网的自愈控制需要对配电网进行实时监测和控制，针对配电网的安全性和复杂性进行性能评估和数据分析，配电网的自愈控制需要能对配电网进行控制的相关功能和技术参数指标，同时配电网还能对自身的故障进行系统隔离、自我诊断、自我恢复。郭志忠的研究提出了“2（2环逻辑控制）-3（3层控制结构）-6（6个控制环节）”的配电网自愈控制框架，此框架能够对配电网进行合理化的协调，但是对快速仿真有着负面影响，从而影响了电力系统控制的科学性。针对此问题马其燕研究出一种新型的配电网自愈控制框架，此框架能够以城市配电网为理论基础，对电网运行的参数和快速仿真进行了数据分析和系统设计，从而实现电力系统自愈控制。此框架还能够对配电网进行运行状态的综合性评价，对可能发生的配电网数据异常与重大事故进行合理性预测。张明光等人以郭志忠的研究内容为基础，提出了配电网不能进行快速故障诊断的原因及配电网自愈控制的策略，即为配电网“2-3-8”的自愈框架结构。此自愈框架结构有了新的功能分层，能够对配电网的状态进行合理化代理控制选择，保障配电网始终以最佳的状态运行。刘新东等人研究出一种分布式电网自愈控制方案，此方案对将来配电网的闭环运行进行了合理性展望，缺陷为代理设置较为单一，对于一些配电网优化和技术节点、电网荷载问题没有进行分析。刘健的研究团队对配电网故障检修入手，意图提高配电网的故障切除效率，对配电网的不同运行情况进行了详细的数据收集和数据分析，刘健的研究表明分布式电网自愈控制仍然不能进行多点对等通信，需要在以后的研究中深入了解。王旭东等人的研究基于软件Zeus，对基于MAS的配电网自愈控制系统进行了设计和实践。他们认为基于MAS配电网的自愈控制系统，能够对各层的Agent的功能及设计和实现。他们还对配电网调度环节、微电网组成、分布式电源的多代理系统进行了研究。李春封等人提出了一种Multi-Agent自愈系统，此自愈系统有4层。通过4层自愈框架结构的设计，建立了每个代理的通讯方式，最后以免疫算法对此Multi-Agent自愈系统进行有效性的测试。但是这个方法略繁琐，不适合局部快速响应和全局慢速控制的要求。林霞等人的研究以分布式配电网为研究对象，对分布式电流的保护方法进行了研究，发现智能体对于分布式控制有着较好的效果，通过此种方法能快速对电力网络的故障进行定位和排查。此种方法具有普遍性，有利于配电网的正常运行和实践应用。杨丽君等人的研究内容是配电网高效率恢复供电的代理模式，此种方法把分布式配电网故障作为研究方向，以配电网代理作为研究的理论依据，以配电网的载荷控制为研发方法，建立一套多代理的电力配电网自愈控制系统。史常凯等人的研究方向是电力网络故障保护，他们认为传统的电力网络故障保护受到客观因素的影响，具有一定的缺陷性，能够引起电力网络的大规模、长时间的停电事故，通过建立自愈控制框架结构，对配电网进行了技术改进，最后通过软件平台的仿真模拟，能够证明其建立的自愈控制框架结构能在实践中应用。陈星莺和余昆等人对城市电力系统中配电网的性能和参数指标进行了总结和分析，设计出一种新的基于MAS的市配电网自愈控制分层递阶结构。目前，MAS应用于配电网自愈控制中，以上研究进展的内容都基于自愈控制系统，但是大多不含分布式电源、微网、控制中心，或者只具备一部分。本文以上面文献的研究作为理论基础，基于Multi-Agent技术，介绍包含配电网控制中心、分布式电源、微网在内的电力系统自愈控制，使配电网维持稳定、顺利的进行电力资源传输，在配电网发生故障时能够迅速找到故障点，尽快恢复配电网的正常运行。

2相关概念和理论介绍2.1相关概念2.1.1电网自愈电网自愈(Self-Healing)是指电网的正常运行状态下采用一定的检测技术对其进行动态监测和不间断测量，得到的数据来预测和评估电网的运行状态，分析出预测即将要发生的事故，从而及时排除隐患和故障维修，同时电力网络能把故障部分进行自我隔离，随后进行自我修复使电力网络恢复正常。2.1.2电网自愈控制配电网自愈控制(Self-HealingControl,SHC)，指通过技术手段进行调配和共享，使配电网中的资源和数据一直处于最佳状态，使得配电网运行正常，及时预测和维修电力网络和设备存在的隐患和故障。配电网自愈控制的中心思想是确保配电网不发生大规模、长时间的停电事故。其核心目标为，首先利用技术方法对配电网进行优化和资源配置，使得配电网可以被矫正控制，提前对故障进行预判，将故障提前清除；其次，如果故障不可提前清除，利用配电网自愈控制功能，可以快速找出故障位置，较少时间内对其进行检修和维护，从而使配电网最快的速度恢复正常。2.1.3智能配电网智能配电网是基于计算机技术、通讯技术、网络技术、测量技术、自动化控制技术等，对智能配电网进行实时的监控、及时的保护、智能化控制，为用电客户提供输送电力效率较高、输送电力安全性优、输送电力经济效率好，同时防止大规模、长时间停电事故的发生概率。2.2自愈能力的等级标准对于研究智能配电网的自愈能力，需要先建立一个科学而客观的配电网自愈能力评价标准，但是此标准我国还没有形成一个较为统一的标准。因此，本文对智能配电网的自愈能力标准作出探讨，以期丰富智能配电网自愈能力的理论研究。2.2.1自愈速度指标自愈速度等级时间内容周波内自愈20ms（即一个周波）内恢复供电严格负荷，也感觉不到“停电”，也就是人们经常提到的“无缝自愈”。周波级自愈几个周波的停电时间（约为几十毫秒）可以被普通负荷或者一般的敏感负荷所接受，但对于严格负荷来说则绝对不能允许，足以让通讯中断或服务器数据丢失。秒级自愈长达数秒对普通负荷不会造成太大影响分钟级自愈在3分钟以内的自愈恢复会让用户明显的感觉到停电，会影响敏感负荷的正常运行，对普通负荷的影响也会造成一定影响；不自愈超过了3分钟可以停电事件录入供电可靠性指标图1电网运行状态与自愈控制2.2.2自愈率指标对于配电网的自愈控制来说，其自愈速度可以达到足够快，但是自愈控制的后果不能尽如人意，大多数时候以剥离配电网部分的载荷来达到配电网能够继续运行的效果。自愈率指配电网自愈系统对局部地区的自愈速度和时间比值，也就是得到自愈的载荷在停电载荷的占比情况。同时，自愈率还能间接体现单用户在一定时间内获得自愈的比值。2.2.3自愈系统的基本功能智能配电网的服务对象是广大的用电客户，在配电网中，只要出现不同程度的故障就能使用电客户的经济效益受到损失。因此，要提高配电网的使用安全性和可靠性，同时还要提高输送电力能源的效率，最后考虑输送电源的同时需要保护环境，不能产生污染。配电网自愈状态基本功能内容配电网运行正常明确地对其进行持续的优化调整，改善电网性能，让其拥有更高的稳定裕度和抗扰能力配电网可能出现故障预防控制为主、自愈恢复为辅，及时发现故障隐患，快速诊断和消除配电网出现故障启动自治修复功能，调整电网结构，隔离故障，将系统损失降到最低。2.3电网的运行状态2.3.1正常状态在配电网中，所有涉及电力输送的相关设备和配电网参数在正常状态，无异常，通过持续性的保护和参数运转，配电网一直处于正常水平。2.3.2警戒状态在配电网的运转状态下，配电网能够维持正常载荷，但是一些环节的电力设备与部分电气参数处于警戒线（馈线过载）或者处于异常状态（变压器温度太高），这种情况下如果不及时采取有效的措施，配电网容易发生故障，有大面积、长时间停电的风险。2.3.3故障状态配电网中，显示为故障状态的实际较为短暂，但是配电网会发生电网重构，相关电气设备发生故障，配电网显示为故障后状态。2.3.4故障后状态在配电网发生故障后，一种新的电网状态产生，可能发生2种情况，一是故障能够被配电网系统隔离，其他部门可以正常运转，继续输送电力能源；二是故障没有被配电网系统进行隔离，这样会使一线电气设备受到损伤，从而导致配电网不能正常运转。2.3.5优化状态在配电网的正常运转状态，配电网也没有达到最佳效果，因此需要通过技术手段不断对配电网进行参数优化和设备更新，使配电网输送电力能源的效率最高，安全性、稳定性最好。2.4电网自愈系统的手段2.4.1预防控制当配电网处于警戒状态时，若使其恢复正常状态，应对办法为配电网的持续监测和配电网安全性能分析。根据实施监测的数据和警戒线判断，对配电网的荷载功率和电气设备进行新的资源配置。这样使即将达到警戒线的配电网状态能够重新恢复正常状态。2.4.2紧急控制由于配电网故障的特点为时间短、故障蔓延速度快，在自愈系统控制的干预下能够对障碍部位进行快速定点，并及时隔离障碍单元，降低部分停电损失。2.4.3恢复控制在配电网发生紧急故障后，需要对配电网进行控制，电力系统更新成新的状态，对于已经发生故障的电力系统，其中电力设备可能遭受了物理损伤；这个时候需要采取一系列的设备维护和电网恢复，使电网中的故障及时得到修复，尽快使电力系统尽快正常运行。2.4.4优化控制在电网正常运行状态中，及时保障电力能源及时、高效运输，使电力网络有着更多的数据兼容性，需要对电力网络的参数进行优化调整和优化，其中包括电压、频率等。

3智能配电网结构介绍3.1分布式电源及其并网结构智能配电网的核心包括分布式电源，只有充分了解分布式电源的性能特点，研究电力并网对配电网自愈控制的影响，才能建立一个新型的电力网络自愈系统。分布式电源通常为容量小于50MW的小型发电厂，能包括一些移动性电源。分布式电网可以直接连接到用电客户，同时也能采用并网技术为配电网输送电能。图2含DER的一次性系统图图3广义负载示意图分布式电源的并网结构如图4所示：图4含DER的二次系统结构3.2分布式电源对配电网的影响对于分布式电源来说，见下图5，在线路M处连接了DER，当电力线路末端的K出发生接地故障，短路电流Ik原本由Ir独自承担，而分布式电源接入后，状态得到改善；因此使母线处的继电保护R检测到得故障电流减少，造成保护灵敏度下降，甚至拒动。--PAGE15-图5DER引起保护误动上下文的图5、图6可以得出结论，难度在于不好辨别电流的方向。对于传统的配电网来说，潮流单向性在多数微机继电保护中没有电流判断的功能。具体的结论如下：首先DG的接入对微机保护的影响与分布式电源的容量成正比，且有可能影响到下一级线路；其次由于分布式电源的助增与分流作用，继电保护的正确动作会受到其位置的影响；最后分布式电源接入配电网后，继电保护需要加入方向判别器件以保证其正常工作。图6DER引起保护拒动3.3含分布式电源的配电网仿真对于分布式电源来说，大容量电压介入电网中，负载功率是分布式电源功率和负荷功率的总数。因为分布式电源的发电功率具有随机波动性，因此载荷功率的波动变大了，能使荷载电压具有稳定性。为了使电压有着较好的稳定性，要对分布式电源的容量进行控制，同时要对配电网中的无功功率进行控制。图7为含DER的一次系统图等值电路，图8为分布式电源并网仿真流程图，图9为分布式电源并网电压稳定性仿真。图7含DER的一次系统图等值电路图8分布式电源并网仿真流程图图9分布式电源并网电压稳定性仿真3.4微网控制系统微网（MicroGrid）从微观上来看是一个规模较小、功能齐备电力系统；此电力系统包括载荷监控、电网自我保护装置、电网装置管理；分布式电源和储能装置与主电网互不干涉，分别独立运行。微网从宏观看，微网还能负责配电网中的电源和负载。微网与常规分布式电源直接并网，微网能够把分布式电源、储能装置与配电网进行整合，通过智能控制和主网进行资源配置，从技术上降低分布式电源对整体参数和客户的影响。图10典型微网系统3.5微网系统控制策略思路图11微网系统控制模式3.6故障定位算法介绍图12含分布式电源的自愈环网3.7智能配电网的自愈方法流程介绍图13孤岛检测流程图3.8分布式电源的环网配电系统介绍图14分布式电源的环网配电系统图15分布式电源并网示意图3.9重合闸控制流程图图16重合闸控制流程4配电网自愈控制方案介绍4.1继电保护技术配电网自愈控制技术基于继电保护技术的发展程度，微机继电保护系统是自愈系统中较为重要的Agent，其为自愈控制算法的表现形式，也是电网参数和运行状态的来源。由于在配电网的运行中，一些性能参数的采集需要微机在较短的周期内精制计算。所以要求微机保护在配电网里有着低通滤波的配置功能，同时在配电网的算法中，加入滤除高次谐波的功能。此种算法通过傅里叶算法和沃尔什函数算法为计算的依据。对于继电保护的发展历史最早在120年前，经过100多年的发展，随着电子技术的飞速发展，继电保护技术已发展成数字信号的超高速运算，能够在智能化配电网中稳定电力系统的电压。4.2SCADA技术电力网络自愈系统的核心内容主要有数据采集与监视（SCADA），此内容的飞速发展为自愈控制系统的提升提供了理论基础和技术支持。配电网自愈系统基于SCADA技术，可以实时采集电力系统相关数据和技术参数，可以形成电力仿真界面，可以为电力管理人员提供数据积累。通过采集到的电网相关数据和技术参数，分析配电网的运行趋势，对配电网的状态进行预测。当电力系统配电网发生数据非正常状态时，能够提醒管理人员及时进行电力设备和配电网的检修和维护。当电网相关数据和技术参数积累到一定数量时，可以为管理人员提供经验参考，使管理人员能够快速使配电网恢复正常运行的状态。数据采集与监视技术可以使配电网实时获得变电站和电力设备的技术参数信息和实时数据，能够及时对变电站的运行状态进行监控，以便为变电站的故障修复提供合理的维修方案。电力管理人员可以根据以上的运行参数进行载荷数据分析，降低配电网停电事故发生的概率，减少用电客户的损失。数据采集与监视技术目前广泛应用于一些行业中，比如电能运输、银行、采矿、石油等行业的配电网监控中。数据采集与监视技术还能帮助电力管理人员及时了解配电网的电路运行状态，也能为电力管理人员的相关管理工作提供了技术上的保障。4.3网络通信技术配电网自愈系统的通信技术主要有通信方式和通信协议两种方式。通信方式有专网通信、公网通信；通信方式根据通讯方式的区分，为有线通讯和无线通讯。有线通讯以RS485通信、以太网和光纤为代表，无线通信方式以Zigbee、GPRS、5G技术为代表。这些通讯方式的选择，需要根据其性能指标，在电网现场进行实地选择。通信协议根据电力网络的使用情况分别采集协议和转发协议。采集协议用于间隔层和过程层的通信；转发协议用于间隔层（网络层）和主站层的通信。通信协议以Modbus应用最为广泛，因为Modbus的协议最为灵活简便，能够普遍用在智能终端中。4.4数据库技术Agent由于客观条件的限制，暂时不能长时间保持相关的电网数据与性能参数。因此，对于大量数据的管理与存储这个需求变得日趋重要。配电网自愈系统的数据以实时数据和历史数据为主，前者需要进行在线计算和统计，后者需要存储重要数据，以便将来能够便于数据查询。常见的存储数据库主要有Oracle、Sybase、SQLServer、MySQL和Access。4.5DFSM技术配电网快速仿真与模拟技术（DFSM）在电力网络自愈系统的最高一级平台，也是智能配电网自愈控制系统的中心内容，是SCADA的升级技术。配电网快速仿真与模拟技术采用了全新的系统软件，拥有更为高级的实时监控模式，使管理人员的体验更佳；配电网快速仿真与模拟技术能够为管理人员提供较为全面而详细的自愈控制参数和实时数据，对系统数据及时进行跟踪和保留，对自愈系统支持自检和自我修复。

5配电网自愈控制的技术5.1智能配电网自愈控制原理配电网的故障能使电力网络供电暂时停止，或者导致电压大幅度降低。以上两种故障对电力用户的影响程度不同，分成普通载荷、敏感载荷、特殊载荷。其中以特殊荷载对电力能源的性能要求最为严格，在电力网络产生故障时，时间不能大于一个周波。因此，智能配电网的自愈控制速度对其会产生巨大的影响，可以代表着智能配电网的自愈性能。5.2微电网运行控制方式微电网主要由以下几个单元组成：微电源、储能装置、载荷、电力传输管理系统，它们由公共连接点实现与主网的连接。在欧美等发达国家中，其电力输送行业发展水平较高，电力行业的相关管理都已经研究较为深入和透彻，极大的推动了微电网技术的快速发展。现如今，微网已经发展成为新型能源的主力军，同时微网具备较高的电力能源输送效率，微网可以孤岛运行，还能与其他电网并网运行。在微网的并网运行中，微网不对主电网的操作有着实质性的影响，同时也降低电力传输的损耗，还能提高当地电网的电压，这些微网就需要主电网的电压和频率支持。如果主电网因为电网故障、电力输出不符合载荷的技术标准时，微网可以迅速地与主电网断开连接，转化为孤岛运行模式，以保证微网供电的平稳性与持续性。5.3微电网运行控制模式微电网的运行控制模式范围针对整个微电网，对微电网包含的不同电源有着不同的接口控制手段。微电网在并网运行和孤岛运行状态时，需要对其选择不同的控制模式，需要保障微电网的平稳运行。本节从主从控制、对等控制、分层控制进行介绍。5.3.1主从控制微电网进行孤岛状态运行时，需要选中一个微电源或者储电设备进行V/f控制，叫做主控单元，主控单位就作为电力系统电压和频率的参考节点；其余微电源都进行P/Q控制叫做从控单元。当微电网与主网一起运行时，微电网的微电源都可看成从控单元，当微电网进行孤岛运行时，主控单元必须从P/Q转变为V/f控制，由微电网进行载荷波动的平衡，因此，主控单位需要和较大存储设备进行匹配，或者主控单元能够进行全程控制。5.3.2对等控制当微电网内所有的微电源都是平等地位，这是一种微电网的自主控制策略。这种策略内，微电源不存在主从控制关系，也不需要进行通信联系，可以随着电压和频率变化情况，实现就近控制。这种控制策略，需要电力系统的功率不能发生变化，当有微电源投入或者退出不能对微电网中其他单元产生较大的影响，因此大多数微电源的接口都为下垂控制。当微电网进行独立运行时，所有电源通过下垂控制对系统的电压、频率起到了调控的功能，能够帮助电力系统转换成一个新的稳定状态。5.3.3分层控制在分层控制中，微电网的主控制策略是中央控制器（MicrogridCentralController），因此微电网采取了分层控制的办法，这种测量的本质还是主从控制。微电网在进行孤岛运行时，微电网会在主控单位进行电压和频率的调整；分层控制中，由于受到其性能和参数的影响，微电网不是采用真正存在的电压或者储能设备作为主控单元，微电网作为虚拟部分存在。采用分层控制可以高效率的预测电力系统中发电量和载荷的要求，并在电网稳定运行的前提下，合理安排电力输送计划，最后由最低一层的微电源接口控制器或者储能设备进行电力功率的分配。分层控制技术能够较为合理的对发电单元的功率输出进行合理和调配，从而保障电力系统的安全运行，保障了用电客户的经济利益。如果微电源控制器和上层调动单元出现不匹配的现象，微电源控制器还能正常工作，通过下垂控制来应对载荷的波动，确保微电网中电压和频率正常运行。6基于Multi-agent技术的智能配电网自愈控制框架结构在实践中，对智能配电网进行自愈控制，第一步要建立智能配电网自愈控制的框架结构，要对框架结构每一个环节的功能进行提升和优化，因此智能配电网的功能需要有良好的匹配性。本文基于“2-3-8”自愈控制框架结构的基础上给出了“2（两级控制环）-3（三层结构）-10（十个控制模块）”的自愈控制框架结构。6.1配电网传统的自愈控制框架结构智能配电网需要先建立一个较为完整的自愈框架结构，才能达到控制不同层次的要求。“2-3-8”自愈控制框架结构主要以自愈配电网的功能要求来区分，它比传统的“2-3-6”框架结构多了2部分，为快速仿真和实时监测，对配电网的状态评价和部署调节环节位置进行了更换，使得自愈控制框架结构的功能得到了提升。但是随着智能配电网的发展和改进，会出现新型的微电网和分布式电源，因此“2-3-8”的自愈控制框架结构在未来有被淘汰的趋势。图1“2-3-8”自愈控制框架结构图6.2智能配电网的自愈控制分层控制框架结构在6.1所述，“2-3-8”自愈控制框架结构在将来有被淘汰的趋势，因此本文提出了配电网自愈控制的“2（两级控制环）-3（三层结构）-10（十个控制模块）”分层的控制框架结构，如图2所示。新的自愈控制分层控制框架结构中，在“2-3-8”自愈控制框架结构的基础上增加了实时预测和微网控制环节，使新的自愈控制框架结构的更加完善。在“2（两级控制环）-3（三层结构）-10（十个控制模块）”的自愈控制框架结构中，智能配电网自愈控制由反应层、协调层和决策层三个层次组成。图2“2（两级控制环）-3（三层结构）-10（十个控制模块）”自愈控制分层框架结构图6.2.1两级控制环设计对于配电网的自愈控制框架，需要以电网的动态变化过程为基础，充分考虑到配电网部分控制的快速性要求和全局响应的慢速性要求，因此增加了局部快速控制环和全局慢速响应环，如图3所示。图3两级控制环在配电网中，局部控制环（快速）对应着控制保护装置，其主要功能当配电网发生了意外故障时，对故障能够进行快速动作或者某些局部设备的检修或者更换，局部控制环（快速）的响应速度非常快，可达到毫秒、秒的单位。其循环过程为：局部的测量量与监视装置设定的参数进行对比，当局部测量量发生突然地剧增，则保护控制装置动作，以保护其他设备的安全；如果局部测量量比较稳定，则按照图3的局部控制环（快速）不断地进行循环。6.2.2三层结构十个控制环节设计根据配电网各层功能的不同，将其分成了三个层次：决策层、协调层和反应层。其结构框图如图2所示。（1）反应层反应层位于局部控制环，作为智能配电网的最底层，包括釆集测量、监视和控制执行3部分。反应层构成内容釆集测量要负责配电网数据信息的搜集，包括稳态测量和动态测量，关键设备当前运行状态量和配电网事件的顺序量等监视以采集测量的电气量为基础，主要对配电网关键设备进行监视，及时了解设备的运行状态，以便解除不良运行状态或让设备退出运行以保护设备。并将设备异常信息送至决策层，从全局出发解决该异常。控制执行根据决策层部署协调环节所下达的控制保护指令，来执行全局优化控制任务，保证配电网运行在正常状态下，实现配电网的经济优化运行2、执行局部的保护控制指令，当监视环节发现异常吋，控制执行环节执行来自监视环节的保护命令。协调层协调层位于全局控制环，作为智能配电网的中间层，它的功能是实现局部优化控制和辅助协调，通过提供时间和速度上的理论支持，来帮助决策层做更好的决策。状态评价环节：使故障诊断环节在配电网发生故障时，准确地对其进行定位，并判别其类型，该环节作为实现配电网自愈功能的基础性工作之一，也是隔离、排除故障并恢复供电的基础。微网控制环节主要作用是当微网与配电网处于并网或孤岛运行状态时，使二者间实现平滑过渡并控制微网内的电气设备，促进微网与配电网的协调运行，并根据风速、光照等自然因素，控制微网内的电源进行最大功率，最大效率的使用清洁能源。实时预测环节主要是根据当前电网的运行参数、最近几天的数据信息和历史同期数据进行下一时刻负荷、频率、电压电流等信息的预测，以便发现配电网的薄弱节点及有可能出现的异常现象，及时做好应对调整，将隐患消除在萌芽状态，保证配电网的安全稳定运行。部署协调会根据控制方案，细化并生成可操作性指令，并把这些命令传送给反应层的控制执行环节并由它来完成这些命令。决策层决策层是配电网自愈控制框架结构的最高层，由控制方案和快速仿真两部分构成，是全局控制环。控制方案以配电网的运行状态为基础，以协调层的状态评价为标准，选择较为合理的控制方案，将制定好的合理控制方案递送给决策层，由决策层来执行快速仿真，仿真结果也上报给决策层，决策层来执行最佳的自愈控制方案。针对各个运行状态，都应釆用相应的最优控制方案。快速仿真环节根据控制层所下达的优化或者保护控制策略来实现模拟和仿真，然后给出相应的评价，判断其控制策略能否改善当前运行状态，若不能，则重新选择控制策略。6总结随着社会的不断发展，对能源的需求量与日俱增。在社会经济发展的同时，能源短缺的现象时有发生，能源短缺带来的环境污染事故频发。因此对新型能源的研发与开发，是时代的要求，也是社会的需求。在将来，分布式电源的比例正越来越多。分布式电源在我国的经济发展提供了坚实的物质基础。但是分布式电源有着局限性，表现为能源较为分散、供电性能不连续、发电状态不稳定，以上这些局限性导致的后果有电网负荷的差异性增加、电网输电性能降低、电网配电效率不高、电力网络的输送水平被影响，有必要研究分布式电源的替代方式，以保证电力网络的稳定、高效运行。对于配电网的自愈，传统的方式是采取继电保护，这种继电保护采取三段式保护时间，增加电流的差异，使电网中的每一个继电保护没有物理相关性连接。在我国电力网络的快速发展背景下，分布式电源数量高速增长，在配电网中由于电压负压较高，设置的微机保护方式落后，使得继电保护超出性能范围，容易发现电力差错，当配电网某一继电保护处于失控状态，电力管理和维修人员不能及时进行故障定位和故障维修。随着我国电力智能网络水平不断发展，智能配电网作为电力行业的重要内容，它能使配电网的装机容量变多、电压的稳定性增强。对于新型可再生能源，目前以风电、光伏电源为代表，新能源接入到配电网中。对于新型智能配电网来说，自愈控制是较为重要的研究内容。本文对配电网的自愈控制框架结构进行了介绍和研究，提出了一种新型的智能配电网自愈控制框架结构，为“2（两级控制环）-3（三层结构）-10（十个控制模块）”为主要框架结构。此结构能够帮助配电网进行稳定运行，同时针对配电网的性能参数进行预测。参考文献[1]邵彬.基于Multi-AgentSystem的智能配电网自愈控制研究[D].西南交通大学,2015.[2]SimaW,ShaoQ,SunP,etal.Magneticallygradient-distributedmicrocapsule/epoxycomposites:Lowcapsuleloadandhighlytargetedself-healingperformance[J].ChemicalEngineeringJournal,2021,405(37):126908.[3]GuanL,ChenH,LinL.AMulti-Agent-BasedSelf-HealingFrameworkConsideringFaultToleranceandAutomaticRestorationforDistributionNetworks[J].IEEEAccess,2021,PP(99):1-1.[4]杨方.智能配电网自愈系统的自动化控制技术研究[J].电子制作,2021(06):97-98+81.[5]IaconoSD,AmendolaE,MartoneA.BMI‐BasedCouplingAgenttoImproveAdhesioninSelf‐HealingComposites[J].MacromolecularSymposia,2020,389.[6]张栋梁.自愈性智能电网对传统电网的提升[J].云南电力技术,2010,38(04):15-18.[7]万秋兰.大电网实现自愈的理论研究方向[J].电力系统自动化,2009,33(17):29-32.[8]郭志忠.电网自愈控制方案[J].电力系统自动化,2005(10):85-91.[9]马其燕.智能配电网运行方式优化和自愈控制研究[D].华北电力大学（北京），2010.[10]张明光,鲁云云.多代理分层的智能配电网自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