基于多智能體的微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

李正明 徐鵬坤 單曉晨

摘 ?要： 針對傳統(tǒng)智能優(yōu)化算法在調(diào)節(jié)含分布式電源的微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性時不穩(wěn)定、過早收斂的問題，提出一種基于多智能體的微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用集中式和分布式管理相結(jié)合的方式來提高微電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性，在監(jiān)控電壓穩(wěn)定性指標的同時解決電壓越限的問題;同時，使用配電網(wǎng)智能體實時監(jiān)控分布式電源總控智能體和調(diào)壓智能體，通過調(diào)節(jié)分布式電源智能體的有功與無功出力來調(diào)節(jié)微電網(wǎng)電壓。在含有3個分布式電源的IEEE 33節(jié)點系統(tǒng)上的仿真測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)能有效解決含分布式電源的微電網(wǎng)電壓越限的問題，調(diào)節(jié)電壓穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞： 微電網(wǎng); 分布式電源; 多智能體; 電壓穩(wěn)定性; 智能優(yōu)化算法; 電壓越限

中圖分類號： TN86?34; TM76 ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2018）10?0133?03

Abstract： In allusion to the problems of unstability and premature convergence when using the traditional intelligent optimization algorithm to regulate the voltage stability of a microgrid with distributed power supply， a microgrid voltage stability coordination control system based on multi?agent is proposed. In the system， the mode of combining centralized management with distributed management is adopted to improve the voltage stability of the microgrid. The voltage over?limit problem can be resolved while voltage stability indicators are being monitored. The distribution network agent is adopted to monitor the master control agent and pressure regulation agent of distributed power supply in real time. The microgrid voltage is regulated by adjusting the active output and reactive output of the distributed?power agent. The simulation test was performed on the IEEE 33 node system with three distributed power sources. The results show that the system can effectively resolve the voltage over?limit problem of the microgrid with distributed power supply， and regulate voltage stability.

Keywords： microgrid; distributed power supply; multi?agent; voltage stability; intelligent optimization algorithm; voltage over?limit

0 ?引 ?言

隨著分布式發(fā)電及其并網(wǎng)技術(shù)的日漸成熟，分布式電源的成本不斷降低，越來越多的分布式電源出現(xiàn)在人們的日常生活中[1]。然而，大量分布式電源接入微電網(wǎng)，不僅會將原來的單電源輻射型微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)楸椴际浇Y(jié)構(gòu)，且還會嚴重影響微電網(wǎng)的潮流分布、電能質(zhì)量和繼電保護，從而對微電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性造成極大沖擊[2?3]。

研究表明，分布式電源接入微電網(wǎng)后將改變微電網(wǎng)的潮流分布，導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)電壓波動或電壓越限的風(fēng)險[4]。目前，國內(nèi)外研究者對此做了大量研究：文獻[5]使用雙母線模型研究單分布式電源接入微電網(wǎng)時電壓分布的變化;文獻[6]研究光伏電源接入電網(wǎng)時對電壓穩(wěn)定性的影響，并解決了電容量光伏電源導(dǎo)致的電壓越限問題;文獻[7]分別研究感應(yīng)發(fā)電機型和異步電機型分布式電源對微電網(wǎng)電壓的影響，并建立了電壓失穩(wěn)模型，同時，許多研究者也提出大量的優(yōu)化配置模型和算法對含分布式電源的微電網(wǎng)進行優(yōu)化;如文獻[8]使用遺傳算法優(yōu)化含分布式電源的微電網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定模型，求解不同投資成本要求約束的系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性;文獻[9]使用靜止同步補償器建立分區(qū)、分階段電壓協(xié)同控制策略，以保證系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性。

雖上述方法使用解析求解和啟發(fā)式策略取得了一定的效果，但智能優(yōu)化算法容易出現(xiàn)早熟現(xiàn)象[10?11]。因此，本文提出一種基于多智能體的微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性協(xié)調(diào)控制方法。其采用集中式和分布式管理相結(jié)合的方式來提高微電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性，在監(jiān)控電壓穩(wěn)定性指標的同時解決了電壓越限的問題。

1 ?基于多智能體的微電網(wǎng)電壓控制系統(tǒng)

多智能體技術(shù)將龐大復(fù)雜的微電網(wǎng)模塊化為多個具有計算、傳感、通信和執(zhí)行能力的智能體（Agent），并通過智能體間的協(xié)同合作實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)控的目標。該調(diào)控方法具有良好的自適應(yīng)性和自主性，能有效提高系統(tǒng)的魯棒性與可靠性。為了便于控制中心統(tǒng)一管理各分布式電源，本文首先建立分布式電源總控制器，并與所有分布式電源構(gòu)成一個總控制智能體。如圖1所示為基于多智能體的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖。圖中分布式電源DG對應(yīng)的控制器為DGC，箭頭表示信號的傳遞方向。

同時，本文將分布式電源、微電網(wǎng)和調(diào)壓設(shè)備均看作智能體。建立了如圖2所示的基于多智能體的微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

該系統(tǒng)使用配電網(wǎng)智能體實時監(jiān)控分布式電源總控智能體和調(diào)壓智能體，其具體工作流程為：當微電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定時，先確定系統(tǒng)電壓的最薄弱點，并重點監(jiān)控該片區(qū)域;當電壓滿足越上限的條件時，配電網(wǎng)智能體向分布式電源總控智能體和調(diào)壓智能體發(fā)送調(diào)壓指令;當分布式電源智能體接收到調(diào)壓指令后，通過調(diào)節(jié)自身的有功和無功出力來調(diào)節(jié)微電網(wǎng)電壓;最后，通過分布式電源總控智能體和調(diào)壓智能體間的通信達到協(xié)調(diào)控制的效果。

2 ?多智能體協(xié)調(diào)控制策略

基于多智能體的微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，通過調(diào)壓智能體和分布式電源智能體間的通信達到協(xié)調(diào)控制的效果。單個智能體的狀態(tài)方程表示為：

3 ?仿真測試與分析

本文采用如圖3所示的IEEE 33節(jié)點微電網(wǎng)系統(tǒng)進行仿真測試。該微電網(wǎng)包含3個分布式電源DG1，DG2和DG3，其功率分別為500 kW，200 kW和500 kW，微電網(wǎng)電壓基準值為12.66 kV。

本文使用Matlab軟件進行仿真測試，計算得到各節(jié)點的L值如表1所示。從表中可知，支路11的L值最大，即該支路最為薄弱。因此，重點監(jiān)控該條線路，當其電壓滿足越上限條件時，調(diào)節(jié)分布式電源智能體自身的無功出力進行無功補償。圖4所示為無功補償前后，微電網(wǎng)各節(jié)點的電壓變化情況。

對比圖4中曲線1和曲線2可以看出，使用本文提出的多智能體電壓穩(wěn)定性協(xié)調(diào)控制策略后，各節(jié)點均位于電壓上限之下，趨于穩(wěn)定。由此表明，所提出的控制系統(tǒng)能有效調(diào)節(jié)含分布式電源的微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性。

4 ?結(jié) ?語

本文針對分布式電源接入微電網(wǎng)后將導(dǎo)致電壓越限等風(fēng)險，故提出一種基于多智能體的微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性協(xié)調(diào)控制方法。該系統(tǒng)采用集中式和分布式管理相結(jié)合的方式，來提高微電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性。同時，提出一種多智能體協(xié)調(diào)控制策略以有效地解決電壓越限的問題。在含有3個分布式電源的IEEE 33節(jié)點微電網(wǎng)系統(tǒng)上的仿真測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)能有效調(diào)節(jié)含分布式電源的微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性。

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