说明书基于多Agent技术的微网广域电流保护系统及方法
所属技术领域
本发明属于微网保护技术领域，特别涉及一种基于多Agent技术的微网广域电流保护系 统及方法。
背景技术
微网是通过构建由一系列分布式电源(DG)、储能系统和负荷组成的微型低压配电系统, 为分布式电源的充分应用提供有效技术手段的。同时，微网内部较复杂的电气特性：微网内 部潮流方向不固定，微网存在并网和孤岛两种运行方式。微网的双向潮流特性使微网保护的 选择性较难做到；并网运行和孤岛运行则面临着差异较大的短路故障电流。另外，微网和分 布式电源具有的“即插即用”特性，对微网的电压和频率稳定带来了较大的冲击，因此给微网 的保护带来了严峻的挑战。
随着广域测量系统和通信网络的快速发展，基于广域信息实现的广域电流保护受到了国 内外学者的关注，与此同时多Agent技术也被越来越广泛的应用在电力系统中。因此，学者 们尝试把多Agent技术与广域电流保护相结合，并取得了一些基础性的研究成果。但是这些 微网保护方法的研究仅限于特定的微网结构模型，不具备广泛性，而且对于广域电流保护而 言，接收故障信息的范围并不是越大越好，原因如下：一是继电保护的快速性要求使得没有 足够时间去接收和处理大范围的故障信息；二是故障扰动只影响有限的局部范围，该范围内 的故障信息对故障判断至关重要，而故障外的信息却并不太重要，故保护范围如何划分是一 个需要进一步研究的问题。并且还存在着当智能电子设备(IED)拒动或误动时，与之相关 联的IED如何动作的问题。
发明内容
针对现有方法存在的不足，本发明提出一种基于多Agent技术的微网广域电流保护系统 及方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于多Agent技术的微网广域电流保护系统，该系统划分为智能电子设备层、区域 控制与保护协调层、中央处理层共3个层次；其中：
智能电子设备层由微网中每个断路器上所配置的智能电子设备IED构成；智能电子设备 层负责采集微网的状态信息，并绘制出实时微网网络拓扑图，同时也负责采集微网的电气量 信息；并在层间通信正常时，将绘制的实时微网网络拓扑图上传至区域控制与保护协调层和 中央处理层，将微网的电气量信息上传至区域控制与保护协调层；每个所述的IED又进一步 包括：
状态监测Agent，负责监测微网的状态信息，包括分布式电源的接入位置、分布式电源 的投退状态和微网中各断路器的开合状态；
测量Agent，负责采集微网的电气量信息，包括：微网的电压量、电流量、相角和频率；
网络拓扑Agent，负责根据微网的状态信息，绘制实时微网网络拓扑图；
保护Agent，负责对微网的电气量信息进行分析后，根据中央处理Agent发送的微网电流 保护方案自适应地调整预先写入的保护判据的保护定值或者在层间通信完全中断时自主动作 切除故障；
区域控制与保护协调层包括：
区域控制Agent，负责对分布式电源的有功功率、分布式电源的无功功率、储能单元的 有功功率、储能单元的无功功率、微网电压以及微网频率进行控制，制定出控制方案；
保护协调Agent，确定微网中当主保护IED拒动或误动时最优的应扩大的微网电流保护 范围；负责对各个保护Agent进行协调管理，确定同一出线的上下级线路的保护Agent如何 配合，制定出保护协调方案；
中央处理层包括：
中央处理Agent，负责监测除中央处理Agent之外的各Agent的工作状态；参考区域控制 Agent提供的控制方案和保护协调Agent提供的保护协调方案，做出微网电流保护方案，并反 馈给智能电子设备层；在层间通信正常时对微网电流保护区域进行实时划分；
所述的中央处理Agent、区域控制Agent和保护协调Agent均配置在变电站低压侧出线端。
系统的层与层之间采用光纤以太网进行互联；同一层中的不同Agent之间通过CAN总线 进行信息交换。
采用所述的基于多Agent技术的微网广域电流保护系统的方法，包括如下步骤：
步骤1、初始化各个Agent；
步骤2、状态监测Agent实时将其所监测到的微网状态信息传递给网络拓扑Agent；所述 的微网状态信息包括：分布式电源的接入位置、分布式电源的投退状态和微网中各断路器的 开合状态；同时测量Agent也实时将微网电气量信息传递给保护Agent，所述的微网电气量信 息包括：微网的电压量、电流量、相角和频率；
步骤3、若各层间通信正常，则执行步骤4；若层间通信完全中断，则保护Agent采用基 于本地信息的过电流保护进行故障切除；
步骤4、根据实时的微网状态信息，网络拓扑Agent绘制实时微网网络拓扑图并传递给 区域控制Agent、保护协调Agent和中央处理Agent，同时测量Agent也实时将微网电气量信 息传递给区域控制Agent；
步骤5、根据网络拓扑Agent绘制的实时微网网络拓扑图和测量Agent的微网电气量信息， 区域控制Agent制定微网电流保护区域内分布式电源的有功功率、分布式电源的无功功率、 储能单元的有功功率、储能单元的无功功率、微网电压以及微网频率的控制方案并上传至中 央处理Agent；保护协调Agent制定微网保护协调方案并上传至中央处理Agent；
步骤6、根据网络拓扑Agent绘制的实时微网网络拓扑图、区域控制与保护协调层做出 的控制方案与保护协调方案，中央处理Agent将禁忌表引入广度搜索算法形成融合禁忌广度 搜索算法，利用该融合禁忌广度搜索算法对微网电流保护区域进行实时划分，得到微网电流 保护划分区域；
步骤7、参考区域控制与保护协调层做出的控制方案与保护协调方案，中央处理Agent 作出微网电流保护方案：在划定的各微网电流保护区域内的保护Agent中均配置一套改进的 纵联电流差动保护和一套基于本地信息的过电流保护；中央处理Agent同时将该微网电流保 护方案反馈给智能电子设备层；
步骤8、当故障信息正确且完整时，通过改进的纵联电流差动保护进行故障切除；
保护Agent对测量Agent送来的微网电气量信息进行分析，并结合中央处理Agent发送 的微网电流保护方案，自适应的调整预先写入的改进的纵联电流差动保护判据的保护定值， 包括：差动电流的整定值Iset1，比率制动系数K1、K2，DG的不稳定电流对改进的纵联电流 差动保护影响系数K3以及比率制动电流的拐点值IINT，采集线路端口的数目；
改进的纵联电流差动保护判据如下：
I d > I set 1 I d > k 1 I zd I d ≤ I INT I d ≥ k 2 ( I zd - I r ) I d > I INT ]]>
I d = k 3 | Σ i = 1 n ΔI gi | ]]>
I zd = | Σ i = 1 n ΔI gi 2 - Δ I · gs | ]]>
Δ I · gs = Σ i = 1 n ΔI gi ]]>
Ir＝IINT(k2-k1)/k1k2
式中ΔIgi为各个线路端口采集的电流量，可根据网络拓扑Agent提供的网络拓扑图来确定 采集线路端口的数目，从而自适应地调节纵联电流差动保护的判据；K1、K2为比率制动系数， IINT为比率制动电流的拐点值，Iset1为差动电流的整定值，K3是DG的不稳定电流对纵联电流 差动保护影响的系数；
步骤9、当部分故障信息缺失或故障信息错误时，主保护IED拒动或误动，则由保护协 调Agent确定微网中该拒动或者误动的IED与其相邻的IED的关联系数和保护动作特性系数， 进而构建电流保护动作范围输出函数，获得应扩大的微网电流保护范围解集，再通过蚁群算 法寻优获得最优的应扩大的微网电流保护动作范围，最后通过改进的纵联差动电流保护进行 故障切除；
根据网络拓扑Agent提供的实时网络拓扑图，保护协调Agent确定每个IED与其相邻IED 的关联系数Af：
定义每个IED的动作特性系数：
其中i＝1,2......n；k与Af相对应，即k＝1,2,3；n为微网中IED的个数；
建立电流保护动作范围表达式如下：
A f = 1 F 1 = ( R fIED 1 1 , R fIED 2 1 , · · · , R fIEDn 1 ) A f = 2 F 2 = ( R fIED 1 2 , R fIED 2 2 , · · · , R fIEDn 2 ) A f = 3 F 3 = ( R fIED 1 3 , R fIED 2 3 , · · · , R fIEDn 3 ) ]]>
并构建电流保护动作范围输出函数Fout＝{F1,F2,F3}，其中F1,F2,F3的保护动作优先级依 次降低，F1有一个解，F2和F3均有多个解；根据Fout的输出可以确定每个IED因故障信息错 误或者部分故障信息缺失，导致误动或拒动后应扩大的微网电流保护动作范围解集。
所述的步骤6中利用融合禁忌广度搜索算法对微网进行实时划分得到微网电流保护划分 区域的过程，进一步包括如下步骤：
步骤6.1、建立划分微网电流保护区域的目标函数，该函数的目标是微网中停电区域最小 化，并为该目标函数建立约束条件；
所述的目标函数为： Min F ( x ) = Σ i ∈ ps A i ]]>
所述的约束条件为：
T ij = I ij C + mt v + Δt ≤ T ijm B min ≤ B ≤ B max P i = ( P X 1 ∪ P X 2 . . . . . . ) ∩ ( P y 1 ∪ P y 2 . . . . . . ) ≥ P im U min ≤ U ≤ U max ]]>
其中F(x)代表总的停电面积；Ai代表各划分区域的停电面积；PS代表使各个划分区域 停电面积最小的措施集；Tij代表故障信息延时时间；Iij代表微网中结点i到结点j的通信距离； C代表光速；m代表通信路径经过的结点数；tv代表单个结点的通信时间；Δt代表随机抖动 延时；Tijm代表故障信息延时的给定值；B代表故障信息采集量；Pi代表通信可靠性程度；Pxi代表通信元件的可靠性；Pyi代表通信元件之间线路的可靠性；Pim代表通信可靠性的给定值； i＝1,2......n，j＝1,2......n，U代表微网母线电压；
步骤6.2、采用广度搜索算法，并给出广度搜索的初始解，即初始的微网电流保护划分区 域，该初始解可以通过随机方法产生或者由现有的启发式方法产生；
步骤6.3、以上述给出的约束条件为界，利用广度搜索算法从初始解开始搜索上述目标函 数的最优解；
步骤6.4、将搜索到的局部最优解放入禁忌表中，禁忌表在每次迭代中都进行更新，下次 搜索时避开该局部最优解，并对其它的空间进行搜索，直到获得全局最优解，即满足上述目 标函数和约束条件的最优微网电流保护划分区域为止。
本发明的有益效果是：
1、构建分层的基于多Agent技术的微网广域电流保护的系统。该保护系统充分利用了 Agent的自主性、交互性和合作性、可变性和适应性、自发性，既可以集中决策进行保护控 制，又可以在通信故障时，独立自主的进行保护。
2、采用改进的融合禁忌广度搜索算法对微网电流保护范围进行划分，充分发挥了禁忌算 法具有摆脱局部优化的优点，引入了禁忌表来标记和规范广度搜索得到的局部最优解，防止 广度搜索结果陷入局部最优，同时节约了搜索时间；本算法还充分利用了广度搜索算法搜索 范围广、效率高、算法简单的优点，故融合禁忌广度搜索算法可以很好的得到目标最优解， 即最优的微网电流保护范围。
3、采用改进的纵联电流差动保护，保护协调Agent可根据网络拓扑Agent提供的网络拓 扑图来确定保护Agent中改进的纵联电流差动保护要采集线路端口的数目，从而保护Agent 可以自适应的调节纵联电流差动保护的保护判据，以克服DG“即插即用”对保护的影响。
4、采用扩大电流保护范围的方法来克服IED拒动或误动，先确定每个IED的关联系数 和保护动作特性系数，进而构建函数来确定应扩大的微网电流保护动作范围解集，最后通过 蚁群寻优的方法来确定最优的应扩大的微网电流保护动作范围。本方法可以有效地克服IED 拒动或误动带来的问题，能够正确快速的切除微网内部的故障。
附图说明
图1是本发明一种实施方式的基于多Agent技术的微网广域电流保护系统结构示意图；
图2是本发明一种实施方式的基于多Agent技术的微网广域电流保护流程图；
图3是本发明一种实施方式的融合禁忌广度搜索算法流程图；
图4是本发明一种实施方式的基于多Agent技术的微网广域电流保护配置图；
图5(a)是本发明一种实施方式在改进的纵联电流差动保护下线路FG发生三相短路故 障前后电流波形图；(b)是本发明一种实施方式在改进的纵联电流差动保护下线路FG发生 单相接地故障前后电流波形图；
图6是本发明一种实施方式的利用蚁群寻优算法寻找最优扩大电流保护范围流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
本实施方式构建分层的基于多Agent技术的广域电流保护系统，如图1所示。
该系统划分为智能电子设备层、区域控制与保护协调层和中央处理层。层与层之间通过 光纤以太网联网进行信息交换，信息交换的机制采用IEC61850 GOOSE模型。同一层中的不 同Agent之间通过CAN(控制器局域网络)总线进行信息交换；微网中每个断路器上配置一 套智能电子设备(IED)，所有IED构成智能电子设备层；智能电子设备层用于采集微网中的 状态信息并绘制出实时微网网络拓扑图，同时也采集电气量信息，在层间通信正常的情况下 进行信息上传，由中央处理层做出最终决策，在层间通信完全中断时自主的进行故障信息处 理和保护动作；每个IED都包括网络拓扑Agent、状态监测Agent、测量Agent和保护Agent。 区域控制与保护协调层：根据中央处理层的决策和智能电子设备层提供的本地信息，对分布 式电源的有功功率、分布式电源的无功功率、储能单元的有功功率、储能单元的无功功率、 微网电压以及微网频率进行控制，以达到微网频率稳定、电压正常、功率平衡的目的；与此 同时，当部分故障信息缺失或故障信息错误导致主保护IED拒动或误动时，确定微网中与该 拒动或者误动IED相邻的每个IED的关联系数和保护动作特性系数，从而确定应扩大的微网 电流保护范围，最后通过蚁群算法寻优确定最优的应扩大的微网电流保护范围；对微网中的 各个保护Agent进行协调管理，如确定同一出线的上下级线路的保护Agent如何配合；根据 网络拓扑Agent绘制的实时拓扑图确定保护Agent中改进的纵联电流差动保护要采集线路端 口的数目；该层包括区域控制Agent和保护协调Agent，均配置在变电站低压侧出线端。中央 处理层：用于统筹监测除其自身之外的所有Agent，并在通信正常时对微网电流保护区域进 行实时划分，以及做出微网电流保护方案，该层包括中央处理Agent，也配置在变电站低压 侧出线端。层间通信正常时，智能电子设备层、区域控制与保护协调层和中央处理层可以进 行命令的传递和信息的反馈；当层间通信完全中断时，智能电子设备层可以充分利用Agent 的自立性处理故障信息和进行电流保护动作。
中央处理Agent负责监测除自身之外的各Agent的工作状态；与智能电子设备层、区域 控制与保护协调层之间进行通信，参考区域控制Agent提供的对分布式电源的有功功率、分 布式电源的无功功率、储能单元的有功功率、储能单元的无功功率、微网电压以及微网频率 的控制方案，保护协调Agent提供的对各个保护Agent的保护协调方案，进行分析做出微网 电流保护方案，并与其它微网的中央处理Agent之间进行通信和交互；负责各Agent的信息 处理,综合各Agent送来的全微网故障信息，进行保存和显示,形成故障记录报表；在通信正常 时对微网电流保护区域进行实时划分。
区域控制Agent和保护协调Agent是一个中间环节，是信息的交汇点，既要与智能电子 设备层进行信息交互，也要与中央处理层进行信息交互，其中区域控制Agent负责对分布式 电源的有功功率、分布式电源的无功功率、储能单元的有功功率、储能单元的无功功率、微 网电压以及微网频率进行控制，以达到微网频率稳定、电压正常、功率平衡的目的。保护协 调Agent根据网络拓扑Agent绘制的实时微网网络拓扑图确定保护Agent中的改进的纵联电 流差动保护要采集线路端口的数目；当部分故障信息缺失或故障信息错误导致主保护IED拒 动或误动时，确定微网中与该拒动或者误动IED相邻的每个IED的关联系数和保护动作特性 系数，从而确定应扩大的微网电流保护范围，最后通过蚁群算法寻优确定最优的应扩大的微 网电流保护范围；负责对各个保护Agent进行协调管理，如确定同一出线的上下级线路的保 护Agent的如何配合，制定保护协调方案。并将制定的控制方案和保护协调方案上传给中央 处理Agent,由中央处理Agent作为参考做出微网电流保护方案。
智能电子设备层中:状态监测Agent负责对微网的状态信息进行监测,微网状态信息包 括：分布式电源的接入位置、分布式电源的投退状态和微网中各断路器的开合状态，并与网 络拓扑Agent进行通信；测量Agent实现微网电流保护需要的电气量的采集,实时测量电流互 感器、电压互感器上的数据,或通过同步相量测量装置测量被保护区域电压的幅值、电流的幅 值、相角和频率,直接与保护Agent之间进行通信，同时也与区域控制Agent进行通信；保护 Agent的主要功能有:负责对微网的电气量信息进行分析后，结合中央处理Agent发送的微网 电流保护方案自适应地调整预先写入的改进纵联电流差动保护判据的保护定值或者在层间通 信完全中断时采用基于本地信息的过电流保护自主动作切除故障，保护定值包括：差动电流 的整定值Iset1，比率制动系数K1、K2，DG的不稳定电流对纵联电流差动保护影响系数K3以 及比率制动电流的拐点值IINT；网络拓扑Agent根据状态监测Agent提供的状态信息实时绘制 出网络拓扑图，并上传给区域控制Agent、保护协调Agent和中央处理Agent。
本实施方式的基于多Agent技术的微网广域电流保护方法，如图2所示。
步骤1、将微网中的各个Agent初始化。
步骤2、状态监测Agent实时将其所监测到的微网状态信息传递给网络拓扑Agent；所述 的微网状态信息包括：分布式电源的接入位置、分布式电源的投退状态和微网中各断路器的 开合状态；同时测量Agent也实时将微网电气量信息传递给保护Agent，所述的微网电气量信 息包括：微网的电压量、电流量、相角和频率。
步骤3、若各层间通信正常，则执行步骤4；若层间通信完全中断，则保护Agent采用基 于本地信息的过电流保护进行故障切除；
步骤4、根据实时的微网状态信息，网络拓扑Agent绘制实时微网网络拓扑图并传递给 区域控制Agent、保护协调Agent和中央处理Agent，同时测量Agent也实时将微网电气量信 息传递给区域控制Agent。
步骤5、根据网络拓扑Agent绘制实时微网网络拓扑图和测量Agent的微网电气量信息， 区域控制Agent制定微网电流保护区域内分布式电源的有功功率、分布式电源的无功功率、 储能单元的有功功率、储能单元的无功功率、微网电压以及微网频率的控制方案并上传至中 央处理Agent；保护协调Agent制定微网保护协调方案并上传至中央处理Agent，中央处理 Agent参考微网保护协调方案和控制方案作出微网电流保护方案，并反馈给智能电子设备层；
如图4所示：当PCC闭合,微网以并网的方式运行时，微网中的分布式电源DG1、DG2 均采用P-Q(有功功率-无功功率)控制，以保证电源功率的输出，并且储能单元也采用P-Q 控制，当微网的电压或频率发生变化时，DG1和DG2的运行点会发生变化以保证输出的有功 无功的不变，同时储能单元的运行点也会发生变化，进行“削峰填谷”以保证整个微网有功功 率和无功功率的平衡；当PCC断开微网，以孤岛方式运行时，微网中的储能装置采用V-F(电 压-频率)控制，来维持微网电压和频率的稳定，分布式电源DG1和DG2仍采用P-Q控制来 保证电源功率的输出，当微网的电压或频率发生变化时，采用V-F控制的储能单元会采用平 移运行曲线的方式来维持微网电压和频率的稳定，采用P-Q控制的DG1、DG2仍会采用改变 运行点的方式来保证有功功率和无功功率的输出不发生变化。
以线路EF为例制定保护协调方案，当线路EF发生故障时，主保护IED9和IED10中的 保护Agent发出跳闸指令作用于所对应的断路器，同时给保护协调Agent发出跳闸信息，保 护协调Agent在一定延时后，分别通过IED9的状态监测Agent和IED10中的状态监测Agent 来检测对应的断路器是否已经断开，若由于IED9和IED10拒动导致其所各自所对应的断路 器没有断开，则保护协调Agent根据最优应扩大的微网电流保护范围对上级线路AE所对应 IED中的保护Agent或下级线路FG所对应IED中的保护Agent发出跳闸信息，由所对应IED 中的保护Agent发出跳闸指令断开断路器，将故障切除。
步骤6、参考网络拓扑Agent绘制实时微网网络拓扑图、区域控制与保护协调层做出的 控制方案与保护协调方案，中央处理Agent将禁忌表引入广度搜索算法形成融合禁忌广度搜 索算法，利用该融合禁忌广度搜索算法对微网电流保护区域进行实时划分，得到微网电流保 护划分区域；
其中融合禁忌广度搜索算法流程图如图3所示，包括以下步骤：
步骤6.1、建立划分微网电流保护区域的目标函数，该函数的目标是微网中停电区域最小 化，并为该目标函数建立约束条件；
所述的目标函数为： Min F ( x ) = Σ i ∈ ps A i ]]>
所述的约束条件为：
故障信息传输延迟小于等于故障信息延时给定值，即通信可靠性 大于等于可靠性给定值，即Pi＝(PX1∪PX2......)∩(Py1∪Py2......)≥Pim；以及电压约束条件 Umin≤U≤Umax和故障信息采集量约束条件Bmin≤B≤Bmax为界，其中Umax和Umin分别为1.1U 和0.9U,Bmax和Bmin分别为1.2B和0.8B；F(x)代表总的停电面积；Ai代表各划分区域的停电 面积；PS代表使各个划分区域停电面积最小的措施集；Tij代表故障信息延时时间；Iij代表 微网中结点i到结点j的通信距离；C代表光速；m代表通信路径经过的结点数；tv代表单个 结点的通信时间；Δt代表随机抖动延时；Tijm代表故障信息延时的给定值；B代表故障信息 采集量；Pi代表通信可靠性程度；Pxi代表通信元件的可靠性；Pyi代表通信元件之间线路的 可靠性；Pim代表通信可靠性的给定值；i＝1,2......n，j＝1,2......n，U代表微网母线电压；
步骤6.2、采用广度搜索算法，并给出广度搜索的初始解，即初始的微网电流保护划分区 域，该初始解可以通过随机方法产生或者由现有的启发式方法产生；
步骤6.3、以上述给出的约束条件为界，利用广度搜索算法从初始解开始搜索上述目标函 数的最优解。
步骤6.4、将搜索到的局部最优解放入禁忌表中，禁忌表在每次迭代中都进行更新，下次 搜索时避开该局部最优解，并对其它的空间进行搜索，直到获得全局最优解，即满足上述目 标函数和约束条件的最优微网电流保护划分区域为止。
如图4所示：利用上述融合禁忌广度搜索算法在某一时刻划分的最优微网电流保护划分 区域，包括：电流保护区域Ⅰ、电流保护区域Ⅱ、电流保护区域Ⅲ、电流保护区域Ⅳ、电流 保护区域Ⅴ和电流保护区域Ⅵ。其中电流保护区域Ⅰ包括变电站、微网与配电网的公共连接 点(PCC)；电流保护区域Ⅱ包括整个馈线L1、负载LOAD1和储能单元；电流保护区域Ⅲ 包括馈线L2的AC段、负载LOAD2和第一分布式电源DG1；电流保护区域Ⅳ包括除AC段 以外的馈线L2的剩余部分和负载LOAD3；电流保护区域Ⅴ包括馈线L3的AE段、EF段、 FG段、负载LOAD4、负载LOAD5、负载LOAD6和第二分布式电源DG2；电流保护区域Ⅵ 包括除AE段、EF段、FG段以外的馈线L3剩余部分和负载LOAD7。上述所有电流保护区 域之间可以进行协调合作，从而达到正确、快速切除微网内部故障的目的。
步骤7、在划定的各微网电流保护区域内的保护Agent中均配置一套改进的纵联电流差 动保护和一套基于本地信息的过电流保护；
步骤8、当故障信息正确且完整时，通过改进的纵联电流差动保护进行故障切除；
以图4所示的微网电流保护区域Ⅴ中的线路FG为例，保护协调Agent根据网络拓扑中 DG2的接入状态,确定保护Agent中改进的纵联电流差动保护要采集3端线路的电流量，保护 协调Agent根据网络拓扑判断出IED11、IED12、IED16与线路FG的保护相关,允许各个IED 内部的测量Agent与保护Agent通信，保护Agent对测量Agent送来的微网电气量信息进行 分析，并根据中央处理Agent发送的微网电流保护方案，自适应的调整预先写入的改进的纵 联电流差动保护判据的保护定值，包括：差动电流的整定值Iset1，比率制动系数K1、K2，DG 的不稳定电流对改进的纵联电流差动保护影响系数K3以及比率制动电流的拐点值IINT；
改进的纵联电流差动保护判据如下：
I d > I set 1 I d > k 1 I zd I d ≤ I INT I d ≥ k 2 ( I zd - I r ) I d > I INT ]]>
I d = k 3 | Σ i = 1 n ΔI gi | ]]>
I zd = | Σ i = 1 n ΔI gi 2 - Δ I · gs | ]]>
Δ I · gs = Σ i = 1 n ΔI gi ]]>
Ir＝IINT(k2-k1)/k1k2
式中ΔIgi为各个线路端口采集的电流量，可根据网络拓扑Agent提供的网络拓扑图来确定 采集线路端口的数目，从而自适应调节改进的纵联电流差动保护的判据，以克服DG“即插即 用”对保护的影响；K1、K2为比率制动系数，IINT为比率制动电流的拐点值，Iset1为差动电流 的整定值，K3是考虑到DG的不稳定电流对改进的纵联电流差动保护影响的系数；
在PSCAD/EMTDC环境下搭建微网模型，并对线路FG在并网运行状态下发生三相故障 及孤岛运行状态下发生单相接地故障时进行仿真，微网模型中的具体参数如下表所示。
分布式电源 类型 控制方式 额定功率 额定电压
DG1 光伏电池 P-Q控制 10KW 400V
DG2 风力发电机 P-Q控制 7.5KW 400V
表1分布式电源参数
线路 长度(km) R(Ω/km) X(Ω/km)
AB 3.45 0.126 0.154
AC 3.40 0.126 0.154
CD 3.40 0.126 0.154
AE 3.35 0.133 0.167
EF 3.35 0.133 0.167
FG 3.35 0.133 0.167
GH 3.35 0.133 0.167
表2线路参数
负荷 类型 容量(KVA) 功率因数
LOAD1 静态负荷 600 0.991
LOAD2 静态负荷 600 0.992
LOAD3 静态负荷 650 0.992
LOAD4 静态负荷 600 0.990
LOAD5 静态负荷 650 0.993
LOAD6 静态负荷 650 0.991
LOAD7 静态负荷 600 0.992
表3负荷参数
设置储能单元的容量为1000KVA，功率因数为0.991，在并网运行状态下为P-Q控制， 在孤岛运行状态下为V-F控制。在本仿真中所有DG全部接入，在0.2S时分别发生三相短路 故障和单相接地故障，持续时间0.05S，仿真的电流波形曲线分别如图5(a)和图5(b)所 示。当0.2S输入故障启动信号后，线路FG上的电流发生了显著的突变，随后本文上述的改 进的纵联电流差动保护开始动作，将故障线路进行切除。仿真的电流波形曲线图证明改进的 纵联电流差动保护可以正确、快速的切除微网内部线路故障。
步骤9、当部分故障信息缺失或故障信息错误时，主保护IED拒动或误动，则由保护协 调Agent确定微网中与该拒动或者误动IED相邻的每一个IED的关联系数和保护动作特性系 数，进而构建电流保护动作范围输出函数，获得应扩大的微网电流保护范围解集，再通过蚁 群算法寻优获得最优的应扩大的微网电流保护动作范围，最后通过改进的纵联电流差动保护 进行故障切除；
以图4中微网电流保护区域Ⅴ中的IED9为例。首先确定与其相关联的IED：与IED9关 联系数为1(1代表关联程度最大)的是IED8、IED10；与IED9关联系数为2(2代表关联 程度较大)的是IED7、IED11；与IED9关联系数为3(3代表关联程度最小)的是IED12。 每个IED的动作特性系数为-1、0、1，即错误动作、不动作、正确动作。
以图4中微网电流保护区域Ⅴ中的线路EF发生故障，IED9为研究对象进行进一步说明。 当IED9的动作特性系数为1，即正确动作时，首先搜索与其关联系数为1的IED，即IED10。 当这个IED的动作特性系数也为1，即Fout＝F1＝(.....1,1......)时，就可以正确切除故障线路。 此时IED9、IED10之间的保护范围就是最优电流保护范围。当IED10的动作特性系数不为1 时，即保护IED误动或拒动。由于IED9收不到故障信息或收到的故障信息错误，就会扩大 电流保护动作范围，去搜寻与IED9关联系数为2或3的所有IED，而且IED9的保护特性系 数也可能不为1，即保护误动或拒动。故应扩大的电流保护动作范围解集，包括：(IED9， IED11)、(IED9，IED12)、(IED8，IED10)、(IED7，IED10)、(IED8，IED11)、(IED8，IED12)、 (IED7，IED11)和(IED7，IED12)。所以此时Fout＝F2或Fout＝F3的保护动作范围结果会有 多个。本实施方式接下来利用蚁群寻优的算法去寻找最优的应扩大的电流保护动作范围。
如图6所示的本实施方式通过蚁群算法寻优获得最优的应扩大的微网电流保护动作范 围，包括以下步骤：
步骤9.1、初始化参数，包括：蚁群的最大迭代数Nmax＝300，信息素重要程度因子α＝1， 启发函数重要程度因子β＝4、信息素挥发因子ρ＝0.5、信息素释放总量Q＝64，蚁群的数目 m＝30。定义IED动作越正确、越快速，信息素浓度越大。
步骤9.2、针对确定的应扩大的电流保护动作范围解集(IED9，IED11)、(IED9，IED12)、 (IED8，IED10)、(IED7，IED10)、(IED8，IED11)、(IED8，IED12)、(IED7，IED11)、(IED7， IED12)，将各个蚂蚁随机的置于不同出发点，即对蚁群算法设置不同的初值，将所有各个应 扩大的电流保护动作范围，即：(IED9，IED11)、(IED9，IED12)、(IED8，IED10)、(IED7， IED10)、(IED8，IED11)、(IED8，IED12)、(IED7，IED11)、(IED7，IED12)定义成各个 节点，让每个蚂蚁按以下公式计算，以确定其下一个要访问的节点(状态转移概率最高的节 点)，直到所有的蚂蚁访问完所有的节点。
P ij k = [ τ ij ( t ) ] α · [ η ij ( t ) ] β Σ s ∈ allow k [ τ is ( t ) ] α · [ η is ( t ) ] β s ∈ allow k 0 s ∉ allow k ]]>
其中，表示蚂蚁k从当前节点i(i＝1,2......n)转移到下一个节点j(j＝1,2......n)的状态转 移概率，τij(t)表示t时刻在节点i和节点j连线上残留的信息素量；ηij(t)为启发函数，表示 蚂蚁从节点i转移到节点j的期望程度，ηij(t)＝1/dij，dij为节点i到节点j之间的距离；allowk(k＝1，2……m)为蚂蚁k待访问的应扩大的电流保护动作范围集合，开始时，allowk中有(n-1) 个元素，即包括除了蚂蚁k出发点的其他所有节点，随着时间的推进，allowk中的元素不断减 少，直至为空，即表示所有的应扩大的电流保护动作范围均访问完毕；α为信息素重要程度 因子，其值越大，表示信息素浓度在转移中起的作用越大；β为启发函数重要程度因子，其 值越大，表示启发函数在转移中的作用越大，即蚂蚁会以较大的概率转移到信息素浓度最大 的路径。
步骤9.3、计算各个蚂蚁经过的路径长度Lk(k＝1,2……30)，记录当前迭代次数中信息素 浓度最大的路径所对应的终点，即当前迭代次数中的最优应扩大的电流保护动作范围。同时， 对各个节点连接路径上的信息素浓度按以下公式进行更新。
τij(t+n)＝(1-ρ)τij(t)+Δτij(t)
Δτ ij ( t ) = Σ k = 1 m Δτ ij k ( t ) ]]>
τij(t+n)代表经过n个时刻的信息素浓度，表示第k只蚂蚁在本次迭代中留在解i 到解j路径上的信息素增量，Δτij(t)表示在本次迭代中所有蚂蚁留在该路径的信息素增量。
步骤9.4、如果迭代次数N＜Nmax＝300，则令N＝N+1，清空蚂蚁经过路径的记录表，并 返回步骤步骤12.2；否则，终止计算，输出最优解，即信息素浓度最大的路径，该路径对应 的终点就是最优应扩大的电流保护动作范围。通过上述蚁群寻优算法的运算可以得到本实施 方式中应扩大的电流保护动作范围是(IED8，IED11)。
通过以上的分析和仿真可以看出：本发明基于多Agent技术的微网广域电流保护能够快 速、正确的隔离和切除微网内部故障。