主动配电网有功功率平衡多代理方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及主动配电网能量管理新【技术领域】，具体公开了一种主动配电网有功功率平衡多代理方法及系统。该方法利用多代理思想，将主动配电网有功功率平衡涉及到的各个行为主体视为具有独立决策能力的智能Agent，分别建立分布式电源Agent模型、区域控制Agent以及主动配电网中心控制Agent模型以协调管理有功功率平衡过程。基于以上Agent模型，在区域内层充分考虑不同类型分布式电源特性设定协作策略，并按此策略协调内部供需，以尽量实现区域内部的有功功率自平衡；区域间则通过合同协议机制进行交互，协调平衡各区域内部的有功功率不平衡量，从而达成整体有功功率的平衡。
【专利说明】主动配电网有功功率平衡多代理方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及主动配电网能量管理新【技术领域】，具体涉及主动配电网有功功率平衡 多代理方法及系统。
【背景技术】
[0002] 目前，在主动配电网能量管理技术方面，大多运用集中优化控制方法从控制变量、 约束条件以及目标函数等因素入手对主动配电网的优化调度方面进行了大量有利探讨；但 是，集中优化控制随着分布式电源的高渗入必然存在两方面问题，一是计算量大、通信压力 大；二是不能足够实时灵活地跟踪每个分布式电源和负荷的变化调整决策，从而失去实时 性与灵活性；因此，有学者提出利用多代理技术的分布式特性解决分布式电源高渗入的主 动配电网能量管理问题，但是在建立多代理元件模型时，有的方法设置过多的母线、馈线等 连接元件Agent，降低通讯效率；有的方法采用太过单一的一致性分布式电源模型，没有考 虑到不同类型分布式电源的特性；有的方法根据分布式电源类型分别建模，但是模型太过 复杂，降低系统效率；在通讯与协作机制方面，多采用全分布式的机制，对于实际配网规模， 该机制的能量协调过程冗杂，效率低。
【发明内容】
[0003] 针对于现有技术中存在的上述问题，本发明的一个目的是提供一种主动配电网有 功功率平衡多代理方法，该方法采用策略控制、集中控制与分布式控制相结合的分层控制 策略，实现了主动配电网有功功率的高效就地平衡。
[0004] 本发明的另一个目的是提供一种主动配电网有功功率平衡多代理系统。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0006] 提供一种主动配电网有功功率平衡多代理方法，包括：
[0007] 将主动配电网划分成若干个独立的具有局部自治能力的区域，并对主动配电网、 每个所述区域、所述区域内的每个分布式电源和负荷分别配置Agent构成主动配电网中心 控制Agent、区域控制Agent、分布式电源Agent和负荷Agent ;
[0008] 根据区域内不同类型分布式电源的特性设定区域内分布式电源之间的协作策 略；
[0009] 分布式电源Agent获取区域控制Agent下发的区域内有功功率的供需信息，并根 据所述供需信息和协作策略，设定自身的运行模式，以尽量实现区域内部有功功率的自平 衡；
[0010] 每个区域控制Agent判断区域内部的有功功率的供需是否平衡；
[0011] 当平衡时，实现对主动配电网整体有功功率的平衡；
[0012] 当不平衡时，区域控制Agent再通过合同协议机制与其它区域控制Agent之间进 行协调，以实现区域内有功功率的平衡。
[0013] 所述协作策略是根据清洁能源最大化利用、分布式电源的就地消纳能力和不同类 型分布式电源的特性充分配合的原则设定得到。
[0014] 所述区域内部有功功率自平衡的具体过程为：每个分布式电源Agent获取区域控 制Agent下发的区域内其它分布式电源的有功功率出力信息和负荷需求信息，根据所述有 功功率出力信息和负荷需求信息，再依据所述协作策略，设定自身的运行模式，以尽量实现 区域内部有功功率的自平衡。
[0015] 所述当不平衡时，区域控制Agent再通过合同协议机制与其它区域控制Agent之 间进行协调具体包括以下步骤：
[0016] 区域控制Agent判断区域内有功功率的供需情况，并给出有功功率供需不平衡 量，向其它区域控制Agent发布招标信息；
[0017] 收到标书的其它区域控制Agent根据区域内部可用分布式电源的实时运行情况 发起投标信息；所述投标信息包括分布式电源ID、分布式电源可提供的有功功率出力情 况、负荷ID、负荷有功功率最大需求量以及该区域的单位电价；
[0018] 区域控制Agent根据收到的投标信息和自身决策目标进行决策，确定可协助其达 到区域内有功功率平衡的相关区域控制Agent，并与所述相关区域控制Agent进行交互，达 成能量协调协议，最终实现该区域有功功率的平衡。
[0019] 当区域控制Agent判定区域内有功功率供需情况为供不应求时，所述区域控制 Agent根据收到的投标信息和自身决策目标进行决策，并与相关区域控制Agent进行交互， 达成能量协调协议具体过程为：
[0020] 区域控制Agent根据收到的投标信息，对所述投标信息内的可用分布式电源依据 电源优先级和经济性原则进行排序，然后由上到下对排序列表中的可用分布式电源核算可 行性，并且由上到下对排序列表中可用分布式电源所属区域的区域控制Agent发起能量协 调协议，并逐一达成能量协调协议，直至满足区域有功功率平衡需求为止；所述对可用分布 式电源核算可行性是指核算有功功率传输是否满足拓扑约束，以及是否引起潮流越限；
[0021] 所述电源优先级原则为：分布式电源按照清洁程度大小进行优先级排序，清洁程 度越大的分布式电源，优先级越高；
[0022] 所述电源经济性原则为：用电成本最低；其中，用电成本是由单位电价和单位传 输网损叠加得到。
[0023] 当区域控制Agent判定区域内有功功率供需情况为供大于求时，所述区域控制 Agent根据收到的投标信息和自身决策目标进行决策，并与相关区域控制Agent进行交互， 达成能量协调协议具体过程为：
[0024] 区域控制Agent根据收到的投标信息，对所述投标信息内的可行负荷依据负荷优 先级和经济性原则进行排序，然后由上到下对排序列表中的可行负荷核算可行性，并且由 上到下对排序列表中可行负荷所属区域的区域控制Agent发起能量协调协议，并逐一达成 能量协调协议，直至满足区域有功功率平衡需求为止；所述对可行负荷核算可行性是指核 算有功功率传输是否满足拓扑约束，以及是否引起潮流越限；
[0025] 所述负荷优先级原则为：负荷按照重要程度进行优先级排序，越重要的负荷，优先 级越大；
[0026] 所述负荷经济性原则为：供电收益最高；供电收益是由单位电价与单位传输网损 相减得到。
[0027] 所述分布式电源为光伏发电、蓄电池或微型燃气轮机。
[0028] 所述Agent由信息获取模块、决策模块和行为模块组成。
[0029] 所述主动配电网划分区域的方式为：
[0030] (1)主动配电网的馈线上两个分段开关间隔内如果包含分布式电源，则其成为一 个独立的区域；
[0031] (2)主动配电网的馈线上从分支界定开关到线路末端如果包含分布式电源，则其 是一个独立的区域。
[0032] 一种主动配电网有功功率平衡多代理系统，包括：
[0033] 多个分布式电源Agent，用以为系统提供有功功率支撑以及监视和控制分布式电 源的有功功率水平和启停状态；
[0034] 多个区域控制Agent，用以监视和控制区域内分布式电源的运行状态信息，协调区 域间有功功率的供需以实现区域内有功功率的平衡；
[0035] 多个负荷Agent，用以满足用电需求及监视和控制负荷有功功率水平和开断状 态；
[0036] 主动配电网中心控制Agent，用以对区域控制Agent发布控制指令以及监视和调 控整个主动配电网的运行情况。
[0037] 本发明的主动配电网有功功率平衡多代理方法（multi-agent system, MAS)，是在 主动配电网分区的基础上，采用策略控制、集中控制与分布式控制相结合的分层控制策略， 实现分布式电源接入后配电网有功功率的高效就地平衡。该方法利用多代理思想，将主动 配电网有功功率平衡涉及到的各个行为主体视为具有独立决策能力的智能Agent，建立分 别代表光伏发电（PV)、蓄电池（BS)、微型燃气轮机（MT)和负荷（LA)的光伏Agent、蓄电池 Agent、微型燃气轮机Agent和负荷Agent模型，同时，建立区域控制Agent与主动配电网中 心控制Agent模型以协调管理有功功率平衡过程；基于以上Agent模型，在区域内层充分考 虑不同类型分布式电源特性设定协作策略，并按此策略协调内部供需，以尽量实现区域内 部的有功功率自平衡；区域间则通过合同协议机制进行交互，协调平衡各区域内部的有功 功率不平衡量，从而达成整体有功功率的平衡。
[0038] 本发明的主动配电网有功功率平衡多代理方法及系统具有以下有益效果：
[0039] 1)本发明分别对分布式电源、负荷配置Agent进行代理，同时加上建立区域控制 Agent与主动配电网中心控制Agent模型以协调管理有功功率平衡过程，避免建立主动配 电网连接元件Agent，大大提高系统效率。
[0040] 2)本发明在对主动配电网划分区域的基础上，区域内分布式电源的行为决策是基 于清洁能源最大化利用和充分分析不同类型分布式电源特性的基础上的协作策略进行的， 不仅可以科学地平衡区域内部有功功率的供需，还可以减少很多不必要的交互，使得决策 过程简单快速。
[0041] 3)本发明对每个区域设置区域控制Agent，该区域控制Agent掌握区域全局，对整 个区域的供需不平衡进行集中处理，从而可以高效率地达成供需平衡；并且，当区域内不能 实现自治平衡时，区域控制Agent之间相互交互，协调配合，实现全局的有功功率供需的平 衡；该种方式充分利用了多代理系统分布式计算的优势，实现了对分布式电源高渗入的主 动配电网中能量协调的实时性和灵活性。
[0042] 4)本发明在区域之间进行协调时采用合同网协议机制，即将任务通过招标-投 标-中标这一市场机制进行分配，使系统以较低的代价、较高的质量完成分布式任务，效率 得到大大提高，通讯过程也得到大大简化。
【专利附图】
【附图说明】
[0043] 图1为本发明的主动配电网有功功率平衡多代理系统的一个实施例的结构框图。
[0044] 图2为本发明的Agent的结构框图。
[0045] 图3为本发明的主动配电网有功功率平衡多代理方法的一个实施例的流程图。
[0046] 图4为本发明的有功功率供不请求时区域间有功功率平衡过程流程图。
[0047] 图5为本发明的有功功率供大于求时区域间有功功率平衡过程流程图。
【具体实施方式】
[0048] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及 相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。
[0049] 参考图1，图1为本发明的主动配电网有功功率平衡多代理系统的一个实施例的 结构框图；该系统包括主动配电网中心控制Agent、区域控制Agent、光伏电池Agent、微型 燃气轮机Agent、蓄电池Agent、超级电容Agent和负荷Agent ;
[0050] 其中，如图2所示，Agent由信息获取模块、决策模块和行为模块三个部分组成；信 息获取模块是指获取决策时需要的外部环境的相关信息，包括基础数据和实时数据两类； 决策模块为各分布式电源Agent动作行为的核心模块，其功能是根据获取的外部信息，做 出行为判断，以实现该Agent的预期目标；而行为采取模块负责具体实施决策模块的决策 行为，并作用于外部环境。
[0051] 区域控制Agent :以区域的平稳最优运行为目标，同时服从主动配电网中心控制 Agent的调度；负责记录和监视区域内分布式电源及区域外相连分布式电源的信息，监视 区域潮流，检查区域约束，将区域运行情况通知给区域内部各个分布式电源Agent，可对区 域内分布式电源Agent进行调度，并代表区域与其他区域进行交互协调；另外，区域中分布 式电源Agent的加入与退出需要向区域控制Agent发起请求。
[0052] 光伏发电Agent :以为系统提供有功功率支撑以及维持系统的稳定运行为目标， 尽量实现最大出力；光伏电池Agent能够监视和控制光伏电池的功率水平和启停状态，保 证光伏电池可以可靠安全地运行；该光伏电池Agent有最大功率点跟踪（MPPT)和电压控制 (VL)两种模式，为保证清洁能源的最大利用，尽量让其工作在MPPT模式下，运行需满足额 定功率约束。
[0053] 微型燃气轮机Agent :以为系统提供有功功率支撑以及维持系统的稳定运行为目 标，在光伏发电和蓄电池出力不能满足负荷需求时，补足差额供电；微型燃气轮机Agent能 够获取区域信息，监视和控制微型燃气轮机的出力和启停状态，与电力系统的时间常数相 比，微型燃气轮机具有较大的时间常数，因此，不能对负荷功率需求的变化做出准确快速的 反应；同时，由于其不如光伏电池和风电机组环保，微型燃气轮机通常用来补偿平均功率需 求以外的部分，同时给蓄电池充电，需满足额定功率与最小正常运行功率约束。
[0054] 蓄电池Agent :以削峰填谷，为系统提供有功功率支持为目标，尽量为所在区域的 功率自平衡提供支持；蓄电池Agent能够获取区域信息，监视和控制蓄电池的出力、SOC状 况、充放电状态和启停状态，需满足额定功率和S0C状况约束。
[0055] 负荷Agent :以尽可能满足用电需求为目标，具有监视和控制负荷功率变化和开 断情况，管理负荷优先级，切除负荷等功能；其中，负荷优先级从重要负荷、普通负荷到可中 断负荷依次递减。
[0056] 主动配电网中心控制Agent :监视整个主动配电网的潮流与约束；对于主动配电 网中心控制Agent，各个区域相当于一个可调度单元，可以对区域控制Agent发出命令，指 定其整体或部分元件的运行模式，从而进行宏观调控，例如，削峰填谷、故障情况下的集中 调度等。
[0057] 如图1所示，该系统分为三个层次：区域内自治层、区域间协调层和配网中心控制 层；区域内自治层是指每个区域内部的Agent通过地方自治达成内部有功功率的快速基本 平衡；区域间协调层是指当区域内的有功功率无法达成自我平衡时，通过区域控制Agent 与其他区域控制Agent以合同网协议机制进行交互，协调达成有功功率平衡；配网中心控 制层对整个配网的运行情况进行监视和调控，可向各个区域控制Agent下发控制指令。
[0058] 参见图3,图3为采用本发明的主动配电网有功功率平衡多代理系统进行有功功 率平衡的流程图S100 ;该流程图S100包括步骤S101到步骤S105 ;
[0059] 在步骤S101中，将主动配电网划分成若干个独立的具有局部自治能力的区域，并 对主动配电网、每个区域、区域内的每个分布式电源和负荷分别配置Agent构成主动配电 网中心控制Agent、区域控制Agent、分布式电源Agent和负荷Agent ;
[0060] 根据本申请的一个实施例，将主动配电网按以下方式划分成若干个独立的具有局 部自治能力的区域：
[0061] 1)馈线上两个分段开关间隔内如果包含可控分布式电源则其成为一个独立的自 治区域；
[0062] 2)馈线上从分支界定开关到线路末端如果包含可控分布式电源则其是一个独立 的自治区域。
[0063] 这种分区方式可以很好地适应主动配电网运行方式多变的特点，即自治区域的范 围不因联络开关位置的调整而发生变化，具有很高的灵活适应性；此外，这种划分方式是基 于主动配电网自动化配置的实际状况，可以实时采集到自治区域向馈线的功率注入值，具 有很尚的实用性。
[0064] 根据本申请的一个实施例，区域内包含光伏发电、蓄电池、微型燃气轮机和负荷， 对上述元件分别设置Agent进行代理，再加上协调控制Agent，则自治区域内包含：区域控 制Agent、光伏电池Agent、微型燃气轮机Agent、蓄电池Agent和负荷Agent。
[0065] 在步骤S102中，根据区域内不同类型分布式电源的特性设定区域内分布式电源 之间的协作策略；
[0066] 根据本申请的一个实施例，在上述分区的基础上，区域内每个分布式电源的行为 决策是基于协作策略进行的，该协作策略是在保证清洁能源最大化利用、分布式电源的就 地消纳能力和充分分析不同分布式电源特性的基础上制定的，例如当光伏发电出力大于区 域负荷需求且蓄电池未满时，由光伏发电负责为负荷供电，蓄电池进行充电，该种方式既可 以科学地平衡区域内部供需，又可以减少很多不必要的交互，使得决策过程简单而快速。
[0067] 在步骤S103中，分布式电源Agent获取区域控制Agent下发的区域内有功功率的 供需信息，并根据供需信息和协作策略，设定自身的运行模式，以尽量实现区域内部有功功 率的自平衡；
[0068] 根据本申请的一个实施例，区域自平衡时，各分布式电源Agent首先根据区域控 制Agent下发的区域内有功功率的供需信息掌握区域内各分布式电源的状态，再根据区域 内协作策略和自身状态做出判断，决定各自的控制模式。
[0069] 区域内协作策略具体如下表1所示：
[0070] 表1区域内协调策略
[0071]
【权利要求】
1. 主动配电网有功功率平衡多代理方法，其特征是，包括： 将主动配电网划分成若干个独立的具有局部自治能力的区域，并对主动配电网、每个 所述区域、所述区域内的每个分布式电源和负荷分别配置Agent构成主动配电网中心控制 Agent、区域控制Agent、分布式电源Agent和负荷Agent ; 根据区域内不同类型分布式电源的特性设定区域内分布式电源之间的协作策略； 分布式电源Agent获取区域控制Agent下发的区域内有功功率的供需信息，并根据所 述供需信息和协作策略，设定自身的运行模式，以尽量实现区域内部有功功率的自平衡； 每个区域控制Agent判断区域内部的有功功率的供需是否平衡； 当平衡时，实现对主动配电网整体有功功率的平衡； 当不平衡时，区域控制Agent再通过合同协议机制与其它区域控制Agent之间进行协 调，以实现区域内有功功率的平衡。
2. 根据权利要求1所述的主动配电网有功功率平衡多代理方法，其特征是：所述协作 策略是根据清洁能源最大化利用、分布式电源的就地消纳能力和不同类型分布式电源的特 性充分配合的原则设定得到。
3. 根据权利要求1或2所述的主动配电网有功功率平衡多代理方法，其特征是，所述区 域内部有功功率自平衡的具体过程为： 每个分布式电源Agent获取区域控制Agent下发的区域内其它分布式电源的有功功率 出力信息和负荷需求信息，根据所述有功功率出力信息和负荷需求信息，再依据所述协作 策略，设定自身的运行模式，以尽量实现区域内部有功功率的自平衡。
4. 根据权利要求1所述的主动配电网有功功率平衡多代理方法，其特征是，所述当不 平衡时，区域控制Agent再通过合同协议机制与其它区域控制Agent之间进行协调具体包 括以下步骤： 区域控制Agent判断区域内有功功率的供需情况，并给出有功功率供需不平衡量，向 其它区域控制Agent发布招标信息； 收到标书的其它区域控制Agent根据区域内部可用分布式电源的实时运行情况发起 投标信息；所述投标信息包括分布式电源ID、分布式电源可提供的有功功率出力情况、负 荷ID、负荷有功功率最大需求量以及该区域的单位电价； 区域控制Agent根据收到的投标信息和自身决策目标进行决策，确定可协助其达到区 域内有功功率平衡的相关区域控制Agent，并与所述相关区域控制Agent进行交互，达成能 量协调协议，最终实现该区域有功功率的平衡。
5. 根据权利要求4所述的主动配电网有功功率平衡多代理方法，其特征是，当区域控 制Agent判定区域内有功功率供需情况为供不应求时，所述区域控制Agent根据收到的投 标信息和自身决策目标进行决策，并与相关区域控制Agent进行交互，达成能量协调协议 具体过程为： 区域控制Agent根据收到的投标信息，对所述投标信息内的可用分布式电源依据电 源优先级和经济性原则进行排序，然后由上到下对排序列表中的可用分布式电源核算可行 性，并且由上到下对排序列表中可用分布式电源所属区域的区域控制Agent发起能量协调 协议，并逐一达成能量协调协议，直至满足区域有功功率平衡需求为止；所述对可用分布式 电源核算可行性是指核算有功功率传输是否满足拓扑约束，以及是否引起潮流越限； 所述电源优先级原则为：分布式电源按照清洁程度大小进行优先级排序，清洁程度越 大的分布式电源，优先级越高； 所述电源经济性原则为：用电成本最低；其中，用电成本是由单位电价和单位传输网 损叠加得到。
6. 根据权利要求4所述的主动配电网有功功率平衡多代理方法，其特征是，当区域控 制Agent判定区域内有功功率供需情况为供大于求时，所述区域控制Agent根据收到的投 标信息和自身决策目标进行决策，并与相关区域控制Agent进行交互，达成能量协调协议 具体过程为： 区域控制Agent根据收到的投标信息，对所述投标信息内的可行负荷依据负荷优先级 和经济性原则进行排序，然后由上到下对排序列表中的可行负荷核算可行性，并且由上到 下对排序列表中可行负荷所属区域的区域控制Agent发起能量协调协议，并逐一达成能量 协调协议，直至满足区域有功功率平衡需求为止；所述对可行负荷核算可行性是指核算有 功功率传输是否满足拓扑约束，以及是否引起潮流越限； 所述负荷优先级原则为：负荷按照重要程度进行优先级排序，越重要的负荷，优先级越 大； 所述负荷经济性原则为：供电收益最高；供电收益是由单位电价与单位传输网损相减 得到。
7. 根据权利要求1所述的主动配电网有功功率平衡多代理方法，其特征是，所述分布 式电源为光伏发电、蓄电池或微型燃气轮机。
8. 根据权利要求1所述的主动配电网有功功率平衡多代理方法，其特征是：所述Agent 由信息获取模块、决策模块和行为模块组成。
9. 根据权利要求1所述的主动配电网有功功率平衡多代理方法，其特征是： 所述主动配电网划分区域的方式为： (1) 主动配电网的馈线上两个分段开关间隔内如果包含分布式电源，则其成为一个独 立的区域； (2) 主动配电网的馈线上从分支界定开关到线路末端如果包含分布式电源，则其是一 个独立的区域。
10. -种主动配电网有功功率平衡多代理系统，其特征是，包括： 多个分布式电源Agent，用以为系统提供有功功率支撑以及监视和控制分布式电源的 有功功率水平和启停状态； 多个区域控制Agent，用以监视和控制区域内分布式电源的运行状态信息，协调区域间 有功功率的供需以实现区域内有功功率的平衡； 多个负荷Agent，用以满足用电需求及监视和控制负荷有功功率水平和开断状态； 主动配电网中心控制Agent，用以对区域控制Agent发布控制指令以及监视和调控整 个主动配电网的运行情况。
【文档编号】H02J3/46GK104505865SQ201510014087
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2015年1月12日 优先权日:2015年1月12日
【发明者】刘友波, 刘俊勇, 杨洋, 高红均 申请人:四川大学