一种基于多智能体的分布式电源一致性控制方法及控制系统与流程

本发明涉及微电网运行控制技术领域，特别是一种基于多智能体的分布式电源一致性控制方法及控制系统。

背景技术：

随着传统能源的日趋枯竭和生态环境的不断、破坏，寻求可持续利用能源成为各个领域新的热点课题，电力系统中的智能微电网在此背景下得到了迅速的发展。由于分布式电源的特征在于容量小，抗干扰能力差，系统受到干扰时，维持稳定的能力弱；电压等级低，系统阻抗小，在负荷变化和小规模故障时，电压波动剧烈；随机性强，可靠性差，有时还存在调控死区。当大量的分布式电源接入传统电网，会给整个电网的规划、控制和保护带来一系列问题。

影响分布式电源并网供电的首要关键因素是对电网稳定性的影响。电力系统的稳定性是指某个给定初始状态的电力系统在受到某种/某些干扰后重新获得平衡的能力。在大量分布式电源接入的情况下，系统的整体惯量变小，单独/多重故障带来的影响比传统电网更加严重；由于分布式电源大多直接通过配电网给负荷供电，更需要考虑通过逆变器接入的分布式电源的影响。为了解决这一问题，考虑到分布式电源具有分布性、自治性和有限受控性等特点，与多智能体系统非常类似，很多科研人员将多智能体系统作为解决分布式电源并网的重要手段。然而，当前的研究主要集中在电网的某个供受电局部，没有将广域电网中电压、频率和功角等关键指标统一考虑，这种不一致会在系统中积攒多余能量，最终引起系统振荡发散直至失稳。国内外发生过得多起停电事故也表明，电网的崩溃往往不是单个原件、某个局部故障直接导致，而是系统在经历扰动过程中决策失误及连锁反应的结果。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种基于多智能体的分布式电源一致性控制方法及控制系统，采用总体控制的思路全面考虑电网各种稳定因素之间的相互影响，建立广域电网电压、频率和功角关键指标的一致性评价体系和相对应的控制系统，实现分布式电源网络在多故障下具有主动自愈，自动调整的功能。

本发明采取的技术方案为：

一种基于多智能体的分布式电源一致性控制方法，用于微电网功角、电压和频率的一致性控制，其特征是包括如下步骤：

s1、wams采集当前微电网的实时数据信息；

s2、对采集到的信息进行数据分析和数据处理，计算系统中的一致性逾度和系统中的功率不平衡程度；

s3、确定当前微电网系统是功率缺额还是功率过剩；

s4、对各个电源进行动态调整，并监控当前电网的关键参数；

s5、当关键参数降至合理区间，说明实现了微电网电压、频率和功角的一致性控制。

优选的方案中，针对不同的故障状态，采用不同的一致性算法计算系统中的一致性逾度，主要分为：有监督的一致性算法、无监督的一致性算法和考虑严重故障时拓扑变换的一致性算法三种，具体算法如下：

常规故障下，位于pcc的监督智能体可以正常工作，通信保持良好，此时有监督的一致性逾度算法如下：

在非常规故障状态下，故障点靠近pcc或导致监督通信不畅，此时无监督的一致性逾度算法如下：

在严重故障紧急状态下，考虑系统拓扑变换的一致性逾度算法如下：

注：式中γi表征第i个分布式电源的关键信息逾度；γn是当前关键信息的额定值；mi表征系统分布式电源总数；yij表征系统中分布式电源之间的通信拓扑；xi表征第i个分布式电源的关键信息；zi表征系统中分布式电源与监督智能体所在pcc的通信情况；y′ij表征系统拓扑变换后，分布式电源之间的通信拓扑。

优选的方案中，所述的一致性逾度是微电网功角、电压和频率三者之间共同的逾度，表征当前的电网故障状态下的严重程度。

优选的方案中，所述的系统功率不平衡度是由系统有功环流的不平衡度α和系统无功环流的不平衡度β表征，具体算法如下：

注：其中x、r分别表征系统线路阻抗参数；e1′、e2′分别表征系统pcc节点两端电压，θ1、θ2分别表征系统pcc节点两端电压功角。

优选的方案中，调整时采用基于多智能体的分布式电源一致性控制系统自动对各个电源进行动态调整，并监控当前电网的关键参数。

优选的方案中，所述的基于多智能体的分布式电源一致性控制系统中，包括监督智能体、通信智能体、分布式电源智能体、储能智能体和负载调整智能体；

所述监督智能体与智能电网中的pmu测量模块相连，监督智能体负责采集与处理数据；

所述通信智能体与监督智能体相连，通信智能体负责整个系统的通信与计算；

所述分布式电源智能体与通信智能体相连，分布式电源智能体接收通信智能体的相关共享信息，以各个分布式设备自身的下垂特性为基础，实现电压、频率和功角的有效恢复与故障稳定控制；

所述储能智能体和负载调整智能体均与通信智能体相连，实现微电网在功率端和负荷端的合理有效调整，维护系统稳定运行。

优选的方案中，在系统故障状态时，所述监督智能体采集微电网公共耦合节点以及部分关键节点信息，辨识故障类型，计算相关控制参数，并将计算结果送至通信智能体、储能智能体和负载调整智能体中。

优选的方案中，所述的通信智能体接收监督智能体发布的故障特征信息，并在此基础上选择对应的一致性控制算法，计算系统中的一致性逾度和功率不平衡程度，并将计算结果与其他智能体共享。

基于多智能体的分布式电源一致性控制系统，包括监督智能体、通信智能体、分布式电源智能体、储能智能体和负载调整智能体；

所述监督智能体与智能电网中的pmu测量模块相连，所述通信智能体与监督智能体相连，所述分布式电源智能体与通信智能体相连，所述储能智能体和负载调整智能体均与通信智能体相连。

优选的方案中，在系统故障状态时，所述监督智能体采集关键节点信息，辨识故障类型，计算相关控制参数，并将计算结果送至通信智能体、储能智能体和负载调整智能体中；

所述的通信智能体接收监督智能体发布的故障特征信息后进行计算，并将计算结果与其他智能体共享；

所述分布式电源智能体接收通信智能体的相关共享信息，实现电压、频率和功角的有效恢复与故障稳定控制；

所述储能智能体和负载调整智能体根据接收到的通信智能体的相关共享信息，对微电网的功率端和负荷端进行合理有效调整，维护系统稳定运行。

本发明提供了一种基于多智能体的分布式电源一致性控制方法及控制系统，采用总体控制的思路全面考虑电网各种稳定因素之间的相互影响，建立广域电网电压、频率和功角关键指标的一致性评价体系和相对应的控制系统，实现分布式电源网络在多故障下具有主动自愈，自动调整的功能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的总体流程图。

图2为本发明中电网大数据存储平台的组成框图。

图3为本发明的系统图。

图4为故障时采取局部切故障点的方法，微电网功角无法保持暂态稳定。

图5为故障时采取本发明的方法及系统，微电网功角在相关智能体的调整下逐渐趋于稳定。

图中：pmu模块1，监督智能体2，通信智能体3，分布式电源智能体4，负载调整智能体5，储能智能体6。

具体实施方式

一种基于多智能体的分布式电源一致性控制方法，用于微电网功角、电压和频率的一致性控制，其特征是包括如下步骤：

s1、wams采集当前微电网的实时数据信息；

s2、对采集到的信息进行数据分析和数据处理，计算系统中的一致性逾度和系统中的功率不平衡程度；

s3、确定当前微电网系统是功率缺额还是功率过剩；

s4、对各个电源进行动态调整，并监控当前电网的关键参数；

s5、当关键参数降至合理区间，说明实现了微电网电压、频率和功角的一致性控制。

优选的方案中，针对不同的故障状态，采用不同的一致性算法计算系统中的一致性逾度，主要分为：有监督的一致性算法、无监督的一致性算法和考虑严重故障时拓扑变换的一致性算法三种，具体算法如下：

常规故障下，位于pcc的监督智能体可以正常工作，通信保持良好，此时有监督的一致性逾度算法如下：

在非常规故障状态下，故障点靠近pcc或导致监督通信不畅，此时无监督的一致性逾度算法如下：

在严重故障紧急状态下，考虑系统拓扑变换的一致性逾度算法如下：

注：式中γi表征第i个分布式电源的关键信息逾度；γn是当前关键信息的额定值；mi表征系统分布式电源总数；yij表征系统中分布式电源之间的通信拓扑；xi表征第i个分布式电源的关键信息；zi表征系统中分布式电源与监督智能体所在pcc的通信情况；y′ij表征系统拓扑变换后，分布式电源之间的通信拓扑。

优选的方案中，所述的一致性逾度是微电网功角、电压和频率三者之间共同的逾度，表征当前的电网故障状态下的严重程度。

优选的方案中，所述的系统功率不平衡度是由系统有功环流的不平衡度α和系统无功环流的不平衡度β表征，具体算法如下：

注：其中x、r分别表征系统线路阻抗参数；e1′、e2′分别表征系统pcc节点两端电压，θ1、θ2分别表征系统pcc节点两端电压功角。

优选的方案中，调整时采用基于多智能体的分布式电源一致性控制系统自动对各个电源进行动态调整，并监控当前电网的关键参数。

优选的方案中，所述的基于多智能体的分布式电源一致性控制系统中，包括监督智能体2、通信智能体3、分布式电源智能体4、储能智能体5和负载调整智能体6；

所述监督智能体2与智能电网中的pmu测量模块1相连，监督智能体2负责采集与处理数据；

所述通信智能体3与监督智能体2相连，通信智能体3负责整个系统的通信与计算；

所述分布式电源智能体4与通信智能体3相连，分布式电源智能体4接收通信智能体3的相关共享信息，以各个分布式设备自身的下垂特性为基础，实现电压、频率和功角的有效恢复与故障稳定控制；

所述储能智能体5和负载调整智能体6均与通信智能体3相连，实现微电网在功率端和负荷端的合理有效调整，维护系统稳定运行。

优选的方案中，在系统故障状态时，所述监督智能体2采集微电网公共耦合节点以及部分关键节点信息，辨识故障类型，计算相关控制参数，并将计算结果送至通信智能体3、储能智能体5和负载调整智能体6中。

优选的方案中，所述的通信智能体3接收监督智能体2发布的故障特征信息，并在此基础上选择对应的一致性控制算法，计算系统中的一致性逾度和功率不平衡程度，并将计算结果与其他智能体共享。

基于多智能体的分布式电源一致性控制系统，包括监督智能体2、通信智能体3、分布式电源智能体4、储能智能体5和负载调整智能体6；

所述监督智能体2与智能电网中的pmu测量模块1相连，所述通信智能体3与监督智能体2相连，所述分布式电源智能体4与通信智能体3相连，所述储能智能体5和负载调整智能体6均与通信智能体3相连。

优选的方案中，在系统故障状态时，所述监督智能体2采集关键节点信息，辨识故障类型，计算相关控制参数，并将计算结果送至通信智能体3、储能智能体5和负载调整智能体6中；

所述的通信智能体3接收监督智能体2发布的故障特征信息后进行计算，并将计算结果与其他智能体共享；

所述分布式电源智能体4接收通信智能体3的相关共享信息，实现电压、频率和功角的有效恢复与故障稳定控制；

所述储能智能体5和负载调整智能体6根据接收到的通信智能体的相关共享信息，对微电网的功率端和负荷端进行合理有效调整，维护系统稳定运行。

实施例：

监督智能体是整个系统的核心决策部分，由数据处理模块、特征提取模块和协调决策模块构成等，主要负责电网信息的采集、运行状态的监控和系统故障状态下一致性控制算法的制定和实施；

监督智能体主要负责系统的计算与通信，采集系统故障状态下微电网公共耦合节点以及部分关键节点信息，辨识故障类型，计算相关控制参数，并将计算结果送至通信智能体、储能智能体和负载调整智能体中，通过通信智能体在稀疏通信结构下实现各个智能体之间关键信息的交互与分享，同时，通信智能体与监督智能体相连，接收监督智能体发布的故障特征信息，并在此基础上选择对应的一致性控制算法，计算系统中电压、频率和功角共同逾度，并将计算结果与其他智能体共享；

分布式电源智能体根据当前系统功率的不平衡程度，合理各个分布式设备自身的下垂特性，给出电压、频率和功角的一致性控制反馈量；

储能智能体主要实现微电网在功率过剩时吸收存储能量；系统功率缺额或故障时有效释放能量，增加系统惯量，维护系统稳定运行；负载调整智能体在一定范围内有合理调整负荷，实现微电网系统的最优运行，在紧急情况下智能切除负荷，保证整体系统的稳定运行。

如图4所示，系统在发生多重故障时，若采取局部切故障点的方法，微电网无法保持暂态稳定；如图5所示，系统在发生多重故障时，采用本专利所述的一致性控制方法及系统，微电网在相关智能体的调整下逐渐趋于稳定。