第30卷第1期2021年2月
淮阴工学院学报
Jonmai of Huaiyin Instituto oC Techaology
Vct.3。No1
Fed.2021
基于多代理技术的分布式配电网故障定位算法
彭睿，朱建良，吴凯
(南京理工大学自动化学院，南京210094)
摘要：配电网的潮流方向、故障信息因为分布式电源并网发生改变，传统故障定位方法不再适用。针对当前分布式配电网故障定位算法计算量大、计算复杂等问题，改进了一种基于多代理技术的定位方法，将其与矩阵算法相结合。根据代理所处节点不同分为中央处理层、区域管理层和本地执行层；由电流相位信息根据相应判据得到各代理处故障方向；构建网络描述矩阵和故障信息矩阵，各代理根据故障定位
策略分层协作，通过故障判断矩阵定位出故障区段；在Mahab/S l muOnk中搭建系统模型进行仿真验证，并与基于潮流计算的矩阵算法进行对比。结果表明：该研究讨论的拓扑，矩阵维数明显降低，计算量明显下降；不仅能准确定位故障区段还有效避免了无源支路误判的情况；证明了该算法的有效性和准确性。
关键词：故障定位；分布式配电网；多代理技术；矩阵算法
中图分类号：V249文献标志码：A文章编号：1009-7961(2021)01-0010-07
Distributee Distribution Netword Faud Location Algorithm
Bal on Multt-agevh Tecinology
PENG Run ZHU Can-Oany,WU Kai
(School of Automation,Nanjiny Uniynsity of Science anC Technology ,Nanjiny210444,China) Abstrsct:The powec flow Cirectiou anC fantt infomnatiou of tie CistriCution nbwom hava chanyed Cue to tie in-teamtion of CistriCuted powec sources,anC tranitiouat fantt location metiods are no lonyec anplicante.This pa-pec iCmss tie pmdlems of lar-e anC complex calculations in tie current CistriCuted CistnCutiou nbwom fantt location alyoritim.Improved a positioniny metiod bad on multi
一agent technology anC combined it witi ma-tno alyoritim.Accorbiny to tie diVerent nodes where tie agent is located,it is CiviCed into a centrat pncessiny layec,a reaionat manaaement tayec anC d local execution layec.Obtain tie fanlt Cirectiou of each ayenco fnm tie current ppa infomiatiou accorCiny to tie copnponnina c—vnon.Coustmct a nbwom Cncription matOo anC a fantt infomnatiou matOv,anC each agent cooperates hieranhicalty accorCiny to tie fantt location strateay, anC locates tie fantt ction t Umuph tie fantt juUymedt matOo.BuilO a system model in MatlaC/Simulink foc simulation venVcatiou,anC compare it witi tie matrio alyoritim bad on powec flow calculation.The results show tiat feo tie topology Ciscusd in this abicte,tie matno dimension is significantty reCuced anC tie amount of calculation is signiVcantty reduced.Not outy can accuratety locate tie fenlty ction,but al effectivety a-voiC tie misjudgment of tie passive branch.Prove tie ebectiveness anC accumcy of tie alyoritim.
计算机一级考试内容Key words:fantt location-CistriCuted CistriCution nbwom;multi-agent technology;matOo alyoritim
第二次工业革命以来，电能对于经济发展和社会进步发挥着举足轻重的作用。而传统的电力生产方式对环境的不利影响日益凸显。分布式发电并网应运而生，为电力系统提供了更加环保、高效的电能，但也对电力系统造成了冲击。配电网作为电力系统最后一环，与人们用电质量与安全息息相关。特别是分布式电源并网后，增加了故障定位的难度。
收稿日期：2020-10-12
基金项目：南京市产学研合作后补助项目(201722005)
作者简介：彭睿(1962-)，女，贵州六盘水人，在读硕士，主要从事嵌入式系统研究。通讯作者：朱建良(1980-)，男，江苏镇江人，副研究员，博士，主要从事理论与控制工程研究。
第1期彭睿，朱建良，吴凯：基于多代理技术的分布式配电网故障定位算法11
内外学者对分布式配电网故障定位的研究进展。学者对分布式配电网故障定位研究的可大致分为两类：一是矩阵算法°其简单，定位速度快。但网络，生成的矩阵体量很大，计算量大，对系统的率要求很高，这也限制在上的应用［1］°：智能算法°传算法、粒子群算法7］、
网络等。这类算法能解决矩阵算法故障信息变的问题7］°类算法大置，算量大，物明显等。
王一非等7］提出以行向量形式表示故障信息矩阵，运算简单，判，可靠性较低。Teng 等7］在分布式配电网构建动态的信息矩阵。解维度较大，计算，不能实时性要求。刘鹏程等⑷构建开关分布式电源动态，种群算传算法结合,，算量较大。；等7］提种改进的算法，加快传统算法收速度并提升算法稳定性，可能陷入局部°Yu等7］利用遗传算的，在FTU 上传信息畸变时表现的容错性，但计算量大°
上述算法大在计算量大，计算的问题°，入技矩阵算结，将分关控制器根据所处分为中央处、区域管、本地执行层,
分作，通过故障的判别来实现分布式配电网故障定位，并与基于潮流计算的矩阵算法进行对，算的性°
1基于潮流计算的矩阵算法
矩阵算 根据配电网拓扑结构构造网络描述矩阵D，根据FTU上传的故障信息构建信息矩阵G，由D和G的矩阵运算得到故障判断矩阵P，最后根据所制定的故障判来定位故障区间。
H网络描述矩阵D
对所电网的分关和电域编号,D的行元素代表划分区域i，列元素代表其对应的分关j,,nxn的矩阵。所求潮流潮流计算°D的元素定下所示：
7i与/相连且潮流方向指向i =■-7,i与j相连且潮流方向指向j(1)
S,i与j不相连1.2故障信息矩阵G
G为nxn对角矩阵。对角元素有3种值：1, -l,。若故障时分关潮流定潮流正，则上传1；相反则上传-1；故障电流则上传0°
12P
网络描述矩阵D和故障信息矩阵G计算得故障判矩阵P°
亚利桑那号
P=DxG(2)于故障域电流流入电流流，故P中非零元素全为1的行即为故障区域所在行°
2基于多代理技术的故障定位原理
2.5代理结构及职能
Agent0来源于AI学科，至今并-统一、确切的定义°学为，Agent是智能的高度能力的实体，它能在动态：下行并感变化，且能源及运行，通过、规划、决策来解决问题。•有以下4种特性：(1)自主性；(2)交互性和合作性;鱿鱼干怎么做好吃
(3)可变性和性;⑷自发性70］°
在配电系统中，保护系统获取的运行状态信息越多，保护动作的可靠性也越强。但大量的数据也导统的难度增加。故用分布结合的系统模式，先分布计算对进行初步处理，算与判断，可极大减轻算压力70°
技用电系统保护中，搭建基于统的电故障定位统°对根进行分：央管、域管
听见你的声音作文和本地执行层，具体的结构1所示°
中央管理层
区域管理层
本地执行层
图1代理结构图
中央管理层：实时监测整个系统运行状态，协调关系，电气量实时显示，对区域管上传的故障参数进行分析及处理，
根据故障定
12淮阴工学院学报2021年
位算法判故障。
域管：正行测所域内各
作状态，根执行层上传的故障信息判断所域发生故障。若发生故障则根据算法和系统的指令分析相应支路参数信息，上传至中央管。
执行层：正常运行的电气量和故障判断结果上传域管，执行域管的指。
0.2含分布式电源的配电网节点类型
根据分布式配电网的特点，可将其节点结构分为四大类：有源多分支、有源二分支节、无源和。结构2所示，其中，
(a S有源多分支；(b)有源二分支；(c)无源节点;(C)混合节点
图2节点类型示意图
2.2.2有源多分支节点
以有源三分支节点为例进行分析。假设故障发生在上。对系统电源进行等效，等效电3所示:
图3有源三分支节点等效电路图
其中，节点A 的阻抗为Zd，与DG 间的阻抗为乙叱设分布式电源DG1和DG2的电压等，受系统牵制的相位角近似相等，可
认为E dg1=E d G。
流AB和AC的电流分别为•_E dg*Zd—E dg1(Z DG2
Z DG1*Z DG0+Z DG1*Z d+Z DG0*Z d
•_E dg1d-E DG2(Z DG1+Z(4 A Z DG1* Z DG0+Z DG1*Z d+Z DG0*Z d
则有
_E dg0&-E dg1(Z DG2+Z)_Z DG0(5) h e E DG1*Z d-E DG0(Z DG1
因为线路和系统阻抗角约为62。~85。，则h?和h的相角差值在25°以内。考虑到E dg1和E g1的相角不可能及配电网网络等情，参照刘伟的⑴设置以儿和人的相角差值在96°内来进行判断。
A上游故障时，由KCL可知，厶_h+ he，根据三角形余弦定理，有
I h I_
槡h+h AC+2厶屛AcC ys(I a-0I)。其中，a-0I为A和A e的相角差。可得丨A；I> 1A1且1A1>A。
A上游发生故障，则A和A e
流，即分支电流。朮A下游(AC)发生故障，则A流向
A e流入。故分支电流
反，且故障电流大于非故障。
以上分析，可判据：
'amA W96°，故障在节点上游
‘A⑹am A>96°，故障在节点下游
判故障发在，电流值
大的分支即为故障。推广至有源多分支，在判故障发在上，
分支电流位即可。
上述分析是以系统发生对称三故障为基础的，所以各分支所采用的电流正序量，根据正序增广网络的，正序分量可以适用于形式的故障，则此判可以推广到系统的故障。
2.2.2有源二分支节
有源二分支节点结构如图4所示
。
第1期彭睿，朱建良，吴凯：基于多代理技术的分布式配电网故障定位算法13
其中，节点A和系统电源E s间的阻抗为Z s,
和DG之间的阻抗为Z dg°
统正行时，故障前电流
L ib=(E s-E dg)/(Z s+Z dg)⑺
统电源侧发生故障时，故障电流
in=E dg(dg⑻
分布式电源侧发生故障时，故障电流
】n=E s(s(9)
设故障前后电流相角分别为①和④；故障前
后流过节点A的电流分别为
i j-i E s-E DG1E DG1厶=^ab_'n=帀丄z_
s DG DG
...E”E”i=L b-i=Z+Z G1+Z
s DG s 电流向量关5所示：(17) (⑴
图5电流向量图
由图5可知，若节点上游发生故障，故障后电流L与故障前电流L b在针的角度，即炉-①＞0°；发生故障，则有炉-①＜0°°
上述判根据故障前电流统电源侧流向分布式电源侧，即系统正常运行时，电流相位I炉W99°的情况。若是丨炉〉99°，则①'-①＞0°时故障发生在,--①＜0°时故障发生在上游。
2.2.3无源节点
对于无源节点，采用传统配电网的故障定位进行判断即可。因为电力系统发生故障时，等统阻抗会发生变化，电流中会产减的流分量，电动转还会产减的交流分量，使电流幅值发大变化。故当某条线电流显著增大或超过电流整定值时即判断故障发在上°故障发在上°
2.2.4混合节点
对于混合节点而言，可先判断无源支路是否发生故障。无源支除，对进行简化分析，根据有源多分支节点或是有源二分支的判进行判°
3基于多代理技术的故障定位算法矩阵算根电网结构构造网络描述矩阵D，根上传的故障信息构建矩阵G，G对D进行正故障判矩阵P，最后根据所制定的故障判来定位故障°
3.5网络描述矩阵D
对所求配电网拓扑中的节点代理进行编号,D 素代表的关系，的矩阵。
统发生改变，能够根据实t 进行调整°网络描述矩阵D的元素定所：
(12)
={1,i与j相连
(0,i与j不相连
3.4故障方向矩阵G
根判据判别故障，若判定故障发生在上游，则上传-1；发生在：下游，则上传1°
3.3P
用G A D进行修正P°修正为对D中非素用G位置元素°故障区段判：对每行的主对角元素与非对角素中的非素做算，若结果为1则判定为故障°
故障判别步：
(1)故障发生后，测到电流明显增大，上报至系统，启动故障定位。
(2)判断无源支路和分布式电源支无故障发生，然后将其除，简类°
(3)先形成仅含故障支域的矩阵D，根判断的故障形成矩阵G, G对D进行修正故障判断矩阵，对每行的主对角素非对角素的非素做
算，判故障发在某域
°
(4)系统根据判断结果下达指步骤(3)上，的故障判断结果上传至系统，由系统算e 故障°
4算例分析
以17kV配电网接入分布式电源系统为例，
以
14淮阴工学院学报2021 年
图6所示拓扑进行算例分析。F G
图6分布式配电网拓扑
4.1基于潮流计算的矩阵算法分析
根 6所 电网
对配电线路进行编
号，并 故障前后潮流 。
图8故障后潮流方向
以此构造网络描述矩阵
0 -0
1
-1
-1
0000-1
01-1
0000001-1天津学院
00
0D=
0001-1
10000010000000-1
00
000001
-00
00-1-
在区域(2)处设置故障，根据设备上传信息形 成故障信息矩阵
G = diag(l,l , -1, -1,1,1,1,1)
(14)
由D 与G 相乘得到故障判断矩阵
-1
-1
0000-1
0110
00000-1
100
0D=
000-1
-1
1000001
0000000-1
000001-0
0 -01俨骖騑于上路
00-1-
P 可得，区域(2)(5)(7)处非 素全为
8发生故障。其中，区域(5)和(7)为无源支路，所
以，此算法在区域(2)处判 ，在无源支 .
域发 判。
作业目标4.2基于多代理技术的矩阵算法仿真
在
置
，其中，系统电源处为央处 ，A 、C 、D
为区域管理层
其
为 执行
。
在Matlab/2imu2ny
建 统 。
其中，系统电源为电压10.5 SV ，容量66 MVA
的三 流电源，DG 容量为5MVA，功率因数为
0.95。馈线上负荷有功功率为4 MW 。线路长度
为 4 km 。
正序参
R 1 =0. 17£l/2m ,X [ = 0. 14H/2m ;
参
R 1 =0.23Q/2m , X [ = 0.19H/2m ;
通过 Three - Pha V- I Megsuremeni 模块测
量
处三相电流。由傅里叶分析 分
电流幅值相位信息。由3 - Pha Facti O 拟
免费网校故障。 处 类型如表1所示。
表1节点类型表称
类
A 混合节点
B
有源二分支节点C
有源三分支节点
D 混合节点
E 、
F 、G
无源节点
4.2.1单点故障仿真
在BC 中段设置三相短路故障，得到故障前后 的电流幅值和相角如表2所示
。
