一种微电网负荷协调控制仿真系统及建模方法与流程

本发明涉及一种微电网负荷协调控制仿真系统及建模方法，属于微电网系统仿真的技术领域。

背景技术：

随着分布式新能源的广泛接入以及通信、测量、控制技术的迅速发展，人们对当代和未来的智能电网提出了更高的要求，微电网是智能电网最为重要的分布式表现形态，是一种在能量供应系统中增加可再生能源和分布式能源渗透率的新兴能量传输模式，其由不同种类的分布式电源、储能系统、负荷的用户终端以及相关的控制、保护装置等组成。针对微电网相关技术的研究，对于有效提高电力系统运行的安全性、改善电能质量和降低能耗具有非常重要的现实意义。

而其中负荷的分级管理与优化协调控制策略是其重要的研究内容之一，由于受场地、成本、安全性等因素的限制，很难直接在物理平台系统中对各种优化协调控制策略反复进行测试，而现有的仿真平台又很难同时兼顾上层的多智能体优化协调控制策略和底层微电网运行系统的建模仿真，无法满足现有微电网负荷协调控制仿真分析的实际需求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种微电网负荷协调控制仿真系统及建模方法，解决现有的仿真平台又很难同时兼顾上层的多智能体优化协调控制策略和底层微电网运行系统的建模仿真的问题。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种微电网负荷协调控制仿真系统，包括：

微电网元件层，包括通过主接线连接的分布式电源模型和负荷模型；

协调控制层，包括用于连接分布式电源模型的分布式微电源控制模型，及用于连接负荷模型的负荷控制模型；

中间通信层，用于将协调控制层分别与智能体节点层、控制决策层之间建立数据交换通道；

智能体节点层，包括分布式电源Agent和负荷Agent，其中分布式电源Agent用于通过数据交换通道实时监测所连接分布式电源模型运行状态及参数，并计算各分布式电源模型的剩余发电能力；所述负荷Agent用于预先对负荷模型进行优先级划分，及通过数据交换通道实时监测所连接负荷模型的运行状态及参数；

控制决策层，包括微电网控制中心Agent，用于根据由数据交换通道接收的分布式电源Agent所监测分布式电源模型的运行状态及参数，和负荷Agent所监测负荷模型的运行状态及参数，实时获取微电网的运行状态；并计算当前所有分布式电源模型的最大供电能力，得到当前可增加接入的最大负荷，及根据可增加接入的最大负荷和新增的负荷模型的负荷大小判断是否生成和发送切除负荷指令及运行协调指令；

所述协调控制层中负荷控制模型还用于根据接收数据交换通道发送的切除负荷指令执行对所对应负荷模型的切除操作，及控制将新增负荷模型接入，且分布式微电源控制模型还用于根据运行协调指令调整所连接分布式微电源模型的运行参数，以完成微电网负荷协调控制仿真。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述分布式电源模型包括光伏发电模型、风力发电模型、储能模型。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述分布式电源Agent或负荷Agent包括元件属性子模块、智能决策子模块和数据通信子模块，其中元件属性子模块用于定义微电网元件的运行状态；所述智能决策子模块，用于根据数据通信子模块接收微电网元件的运行状态及参数制定控制决策，及通过数据通信子模块将控制决策发送。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述智能决策子模块包括算法规则库、决策模型及处理机，其中算法规则库用于存储微电网运行控制规则；所述决策模型，用于根据接收微电网元件的运行状态及参数进行分析；所述处理机，用于根据所述微电网运行控制规则和决策模型的分析结果计算生成控制决策。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述负荷Agent还用于在监测到新增负荷模型接入时，主动向微电网控制中心Agent发送用电请求。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述分布式电源Agent还用于向其他分布式电源Agent分享所监测运行状态及参数、所计算的剩余发电能力。

在此基础上，本发明还提出一种微电网负荷协调控制仿真建模方法，包括以下步骤：

在仿真平台中建立微电网元件的仿真模型，及完成所述仿真模型之间的相互连接，以构建获得微电网仿真系统；

在构建微电网仿真系统中，对负荷模型进行优先级划分，且实时监测负荷模型的运行状态及参数；及实时监测分布式电源模型的运行状态及参数，并计算各分布式电源模型的剩余发电能力；

根据所监测负荷模型的运行状态及参数，和分布式电源模型的运行状态及参数，实时获取微电网的运行状态，并计算当前所有微电源的最大供电能力，将其与所需用电负荷比较得到当前可增加接入的最大负荷，及根据当前可增加接入的最大负荷和新增用电请求的负荷大小判断是否生成和发送切除负荷指令及运行协调指令；

根据接收到的切除负荷指令和运行协调指令，按照预先对负荷模型划分的优先级对所连接的负荷模型执行切除操作，且根据接收的运行协调指令调整所连接分布式微电源模型的运行参数；并控制新增用电请求接入，使得微电网在运行中保持功率平衡。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述方法包括当所述当前可增加接入的最大负荷大于新增用电请求的负荷时，直接控制新增用电请求的接入。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述方法还包括当所述当前可增加接入的最大负荷小于新增用电请求的负荷时，根据所连接负荷模型的优先级与新增用电请求的负荷优先级判断是否对所连接负荷模型执行切除操作。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述方法包括对所连接的且优先级低于新增用电请求的负荷优先级的负荷模型，按照优先级从低到高的顺序执行切除操作。

本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果：

本发明提供的微电网负荷协调控制仿真系统及建模方法，可以非常方便地对负荷进行优先级划分，实现负荷的优化协调控制；各个智能体Agent之间通信数据量小，并且可以实现跨平台仿真，系统具有很强的可移植性和拓展性；针对不同的应用对象，可以随时更改Agent内部对应的模块，具有较强的通用性；同时考虑了JADE平台用于多智能体优化协调的建模仿真以及SIMULINK平台用于微电网运行仿真、建模与控制的优势；比目前单一的电力仿真更能适应微电网负荷协调控制仿真建模的实际需求。

附图说明

图1为本发明中微电网负荷协调控制仿真系统的结构示意图。

图2为本发明中智能体的结构示意图。

图3为本发明中微电网负荷协调控制仿真建模方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的实施方式进行描述。

本发明提出一种微电网负荷协调控制仿真系统，其结构如图1所示，包括微网元件层、协调控制层、中间通信层、智能体节点层以及控制决策层。本实施例利用SIMULINK仿真平台建立微电网的元件及网络模型，计算、分析微电网运行的状态参数；利用JADE仿真平台建立微电网中的智能体节点层以及控制决策层，定义微电网组成元件所对应的多智能体模块，对微电网运行的状态参数进行分析处理、优化决策，并获得用于微电网负荷的协调控制策略；实施例中系统的中间通信层利用接口模块MACSimJX实现SIMULINK与JADE平台之间的数据交换。

系统中所述微电网元件层，包括通过主接线连接的若干个分布式电源模型和若干个负荷模型；其中包含光伏发电模型、风力发电模型、储能模型等分布式电源模型，以及必要的电气连接。

所述协调控制层，包括用于连接分布式电源模型的分布式微电源控制模型，及用于连接负荷模型的负荷控制模型；其中，分布式微电源控制模型可通过逆变器与对应的分布式电源模型连接，具体的，分布式微电源控制模型可为PQ控制器、下垂控制器等，则用于控制逆变器的输出功率、调节微电网的电压、频率稳定等，使逆变器可直接控制连接的分布式微电源模型。

所述中间通信层，包含MACSimJX数据通信接口模块，用于将协调控制层分别与智能体节点层、控制决策层之间建立数据交换通道；

所述智能体节点层，包括光伏、风机、储能等分布式电源Agent和负荷Agent，其中分布式电源Agent分别与对应的分布式电源模型对应连接，用于通过数据交换通道实时监测所连接分布式电源模型的运行状态及参数，包括分布式电源模型的输出功率等，并计算各分布式电源模型的剩余发电能力； 所述负荷Agent分别与负荷模型对应连接，用于预先对负荷模型进行优先级划分，及通过数据交换通道实时监测所连接负荷模型的运行状态及参数。

所述控制决策层，包括微电网控制中心Agent，用于根据由数据交换通道接收的分布式电源Agent所监测分布式电源模型的运行状态及参数和负荷Agent所监测负荷模型的运行状态及参数，实时获取微电网的运行状态；并计算当前所有分布式电源模型的最大供电能力，将其与所需用电负荷比较得到当前可增加接入的最大负荷，及根据当前可增加接入的最大负荷和新增用电请求的负荷大小判断是否生成和发送切除负荷指令及运行协调指令。即：当所计算的当前所有微电源的最大供电能力满足当前所需用电负荷时，维持对当前微电网的协调控制状态；当系统当前供电能力小于系统当前所需用电负荷时，微电网控制中心Agent生成切除负荷指令及运行协调指令，且向负荷Agent发送切除部分负荷的指令，向分布式电源Agent发送运行协调指令。负荷Agent根据接收的切除负荷指令，按照预先对负荷模型划分的优先级可按照从低到高的顺序对所连接的负荷模型执行切除操作，且分布式电源Agent根据接收的运行协调指令调整所连接分布式微电源模型的运行参数，使得微电网在运行中保持功率平衡，以完成微电网负荷协调控制仿真。

以及，还包括在负荷Agent监测到新增负荷模型接入时，主动向微电网控制中心Agent发送用电请求，微电网控制中心Agent根据所确定当前可增加接入的最大负荷判断是否允许新增负荷模型立即接入。当允许立即接入时，负荷Agent控制负荷控制模型控制将新增负荷模型直接接入至微电网中；若判断为不允许新增负荷模型立即接入时，将系统中负荷模型与新增负荷模型的优先级进行比较，判断是否需要对系统中低优先级的负荷模型执行切除操作，即在对不允许新增负荷模型立即接入时，将系统中低于新增用电请求对应模型优先级的负荷模型执行切除操作，且优选按照优先级从低到高的顺序执行切除操作。

系统中，所述分布式电源Agent还用于向所在智能体节点层内的其他分布式电源Agent分享所监测的运行状态及参数和所计算的剩余发电能力，使得多智能体的优势是可以自组织协调，在微电网控制中心Agent异常时，没有上层的指令，智能体节点层的分布式电源Agent之间也可以相互协调，维持系统的正常运行。

进一步地，系统中智能体节点层中所述分布式电源Agent和负荷Agent，其结构如图2所示，均可以包括元件属性子模块、智能决策子模块和数据通信子模块，并通过两组接口分别与微电网元件和其它多智能体进行信息交互。

所述元件属性子模块用于定义微电网元件的运行状态，包括微电网元件的运行状态参数、控制参数和控制状态变化的规律，其中微电网元件可为微电网元件层中的分布式电源模型或负荷模型；所述智能决策子模块，用于根据数据通信子模块接收微电网元件的监测运行状态及参数制定控制决策，及通过数据通信子模块将控制决策发送。

其中，所述智能决策子模块优选包括算法规则库、决策模型及处理机，所述算法规则库用于存储微电网运行控制规则，所述微电网运行控制规则可从现有技术中直接获得后存储在规则库中，也可根据微电网的实际情况生成控制规则后存储；所述决策模型，用于根据接收微电网元件的运行状态及参数进行分析获得结果；所述处理机，用于根据算法规则库中微电网运行控制规则和决策模型的分析结果计算生成控制决策。

本系统基于JADE和SIMULINK仿真平台，使得微电网负荷协调控制仿真系统同时考虑了JADE平台用于多智能体优化协调的建模仿真以及SIMULINK平台用于微电网运行仿真、建模与控制，非常方便地对负荷进行优先级划分，实现负荷的优化协调控制，并且，各个智能体Agent之间通信数据量小，并且可以实现跨平台仿真，系统具有很强的可移植性和拓展性；针对不同的应用对象，可以随时更改Agent内部对应的模块，具有较强的通用性。

在上述系统基础上，本发明还设计了一种微电网负荷协调控制仿真建模方法，本方法可适用但不仅限于上述系统，现有技术中的其他系统同样可利用本方法进行仿真建模，完成微电网的仿真和负荷协调控制。该方法的流程示意图如图3所示，具体包括以下步骤：

步骤1、在仿真平台中建立微电网元件的仿真模型，及完成所述仿真模型之间的相互连接，以构建获得微电网仿真系统；

该仿真系统可优选采用上述结构的系统，即：根据微电网的结构，在SIMULINK仿真平台中建立微电网元件的仿真模型，如光伏发电模型、风力发电模型、储能模型等分布式电源模型和负荷模型，还包括元件之间的电气连接；且在JADE仿真平台中建立对应微电网中主要元件的智能体节点层和控制决策层，包括光伏、风机、储能等分布式电源Agent以及负荷Agent等。及根据微电网的控制需求，建立微电网控制中心Agent；通过MACSimJX数据通信接口模块搭建JADE和SIMULINK仿真平台之间的数据交换通道，实现两个平台之间的信息交互。

步骤2、在构建微电网仿真系统中，在协调控制层的实时控制作用下，保证微电网的稳定运行。具体过程如下：

步骤21、首先系统中负荷Agent对负荷模型进行优先级划分。

步骤22、设定协调控制周期，及在第一个周期开始时，实时监测负荷模型的运行状态及参数；及分布式电源Agent实时监测分布式电源模型运行状态及参数，如监测分布式电源模型的输出功率，并计算各分布式电源模型的剩余发电能力。

步骤23、所述微电网控制中心Agent根据所监测负荷模型的运行状态及参数，和分布式电源模型运行状态及参数，如输出功率，实时获取微电网的运行状态，并计算当前所有微电源的最大供电能力，得到系统当前可增加接入的最大负荷，及根据当前可增加接入的最大负荷和新增用电请求的负荷大小判断是否生成和发送切除负荷指令及运行协调指令。

步骤24、当系统当前的最大供电能力能满足当前所需用电负荷时，即存在当前可增加接入的最大负荷，维持对当前微电网的协调控制状态，执行步骤25；当系统当前的最大供电能力不能满足当前所需用电负荷时，由微电网控制中心Agent向负荷Agent发送切除部分负荷的指令，且向分布式电源Agent发送运行协调指令。

所述负荷Agent根据接收的切除负荷指令，优选按照预先对负荷模型划分的优先级从低到高的顺序执行对所连接负荷模型的切除操作，切除相应的过载负荷，且分布式电源Agent根据接收的运行协调指令调整所连接分布式微电源模型的运行参数，完成在该周期下的协调控制，使得微电网在运行中保持功率平衡。然后，重新返回执行步骤22。

步骤25、当负荷Agent监测到存在新增负荷模型需要接入时，由负荷Agent主动向微电网控制中心Agent发送用电请求。

步骤26、所述微电网控制中心Agent根据所确定可增加接入的最大负荷与新增用电请求的负荷大小判断是否允许新增负荷模型接入。其判断过程为：

若可增加接入的最大负荷可容纳该新增负荷模型，由微电网控制中心Agent按照发电成本从低到高的顺序向相应的分布式电源Agent发送增加输出功率的运行协调指令，及向负荷Agent发送接入负荷的指令，同时通过协调控制层实时控制负荷模型接入后的功率平衡，将新增负荷模型接入后，完成在该周期下的协调控制；并开始新的执行周期，即重新返回执行步骤22，完成过程中的协调控制。

若可增加接入的最大负荷不足以容纳该新增负荷，则将系统中负荷模型与新增负荷模型的优先级比较，判断是否对系统中负荷模型执行切除操作。具体为：

首先判断新增负荷模型的优先级，如果该负荷模型的优先级不高于当前系统中的任意负荷模型，则该负荷模型的用电请求不予响应，返回执行步骤22；如果该负荷模型的优先级高于当前系统中的部分负荷模型，并且切除部分低优先级的负荷模型，使得系统可以容纳该请求接入的负荷模型，则由微电网控制中心Agent向负荷Agent发送切除部分低优先级负荷的指令，然后再向负荷Agent发送接入新增负荷模型的指令，控制新增负荷模型的接入，并向分布式电源Agent发送增加输出功率的运行协调指令，同时由协调控制层实时控制负荷接入后的功率平衡；在接入新增负荷模型后，完成在该周期下的协调控制；并开始新的执行周期，即重新返回执行步骤22，通过重复执行协调控制，完成微电网的仿真建模过程，且使得仿真系统在运行中保持功率平衡。

由此，本发明的方法同时考虑了用于多智能体优化协调的建模仿真以及用于微电网运行仿真、建模与控制，可以非常方便地对负荷进行优先级划分，实现负荷的优化协调控制。比目前单一的电力仿真更能适应微电网负荷协调控制仿真建模的实际需求。

综上，本发明采用多智能体技术，仿真过程中可以看到智能体模块的状态变化和微电网协调控制的参数变化，所涉及建模方法中的模块具有独立性、自主性和智能性，实现了微电网负荷的协调控制。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。