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    微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制策略綜述

    2020-12-24 07:56:55張麗杰
    科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2020年27期
    關(guān)鍵詞:微電網(wǎng)控制策略分布式

    張麗杰

    摘? 要:文章針對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)中分布電源的即插即用、能量管理、電壓穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)調(diào)度等研究熱點(diǎn)問題進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析,總結(jié)了近些年來解決問題的研究方法和技術(shù)路徑,以及基于多智能體系統(tǒng)的控制策略在改善微電網(wǎng)綜合性能中的應(yīng)用。

    關(guān)鍵詞:微電網(wǎng);控制策略;分布式;多智能體系統(tǒng)

    中圖分類號(hào):TM715? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A? ? ? ? ?文章編號(hào):2095-2945(2020)27-0127-03

    Abstract: In this paper, plug-and-play, energy management, voltage stability and economic scheduling of distributed power supply in microgrid system are analyzed briefly. This paper also summarizes the research methods and technical paths to solve the problems in recent years, and the application of the control strategy based on multi-agent system in improving the comprehensive performance of microgrid.

    Keywords: microgrid; control strategy; distributed; multi-agent system

    微電網(wǎng)將各種分布式微型電源、負(fù)荷單元、儲(chǔ)能單元以及控制設(shè)備結(jié)合起來,構(gòu)成協(xié)調(diào)運(yùn)行的新型有機(jī)電源接入系統(tǒng),為解決新能源及可再生能源分布式發(fā)電無(wú)縫接入大電網(wǎng)提供了技術(shù)路徑。微電網(wǎng)作為新型電源接入系統(tǒng),其實(shí)是一種高效的“網(wǎng)中網(wǎng)”能源利用形式,既能并網(wǎng)運(yùn)行,也可以孤網(wǎng)運(yùn)行[1]。微電網(wǎng)由于受到發(fā)電方式和容量的限制,分布式電源以交直流變流器并網(wǎng)的集中式控制方式為主,雖然具有較快的調(diào)節(jié)、響應(yīng)速度,但受通信帶寬和低可靠性的約束,如何使分布式電源在微電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)即插即用成為研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)問題。在交直流混合微電網(wǎng)群由孤網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)、并網(wǎng)切換到孤網(wǎng)的多級(jí)控制過程中,維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性微電網(wǎng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵問題。另外,考慮系統(tǒng)功率平衡的約束,兼顧發(fā)電、儲(chǔ)能單元運(yùn)行成本最低目標(biāo),探索分布式微電網(wǎng)最優(yōu)能量管理模式非常有必要。針對(duì)上述提到的微電網(wǎng)高效運(yùn)行中亟待解決的問題,國(guó)內(nèi)學(xué)者就微電網(wǎng)的分散協(xié)調(diào)、系統(tǒng)穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)調(diào)度等方面的控制策略作了大量研究。

    1 微電網(wǎng)系統(tǒng)的分散控制策略研究

    微電網(wǎng)系統(tǒng)控制通常分為集中控制和分散控制兩種主要方式。分散控制是基于無(wú)通信互連線,采用即插即用電源的分布式微電網(wǎng)的控制技術(shù)。隨著微電網(wǎng)系統(tǒng)中“即插即用”技術(shù)的快速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)控制方案對(duì)于系統(tǒng)的計(jì)算和通信能力提出更高要求,尤其是有干擾情況存在的微電網(wǎng)穩(wěn)定性的控制,集中式控制策略難以滿足系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的需求。采用由多個(gè)具有功能獨(dú)立、通信和邏輯判斷能力的智能體構(gòu)成的分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng),通過知識(shí)共享、信息交互、協(xié)調(diào)或競(jìng)爭(zhēng),實(shí)現(xiàn)共同目標(biāo)。多智能體系統(tǒng)(Multi-Agent System,MAS)具有良好的自治性和協(xié)調(diào)性,非常適合于解決動(dòng)態(tài)分布的微電網(wǎng)能量管理問題。文獻(xiàn)[2]針對(duì)分布式電源易產(chǎn)生環(huán)流問題,提出了基于同步補(bǔ)償?shù)目刂撇呗?,?shí)現(xiàn)分布式電源無(wú)功功率均分輸出和電壓穩(wěn)定性,控制策略有效的保持了微電網(wǎng)分布電源的“即插即用”特點(diǎn)。文獻(xiàn)[3]基于完全分散式方法研究了分布式電源分層控制策略,優(yōu)化了系統(tǒng)頻率和功率的控制方法。為了使微電網(wǎng)中分布式電源的“即插即用”控制更加靈活,基于多智能體的一致性控制算法被廣泛用于微電網(wǎng)的分散控制策略中,可實(shí)時(shí)獲取網(wǎng)絡(luò)各單元之間的信息,在即插即用控制方面獲得理想效果。

    微電網(wǎng)中的分布式電源的即插即用的靈活性,為新能源及可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的能量管理提供了技術(shù)支持和策略保障。文獻(xiàn)[4]提出了基于主從控制的交直流混合、交直流聯(lián)合并網(wǎng)離網(wǎng)、交直流獨(dú)立離網(wǎng)等多模式運(yùn)行方法,的切換控制策略。文獻(xiàn)[5]基于多智能體性算法一致迭代研究了發(fā)電單元的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)。微電網(wǎng)在能量管理過程中既可以采用并網(wǎng)模式,也可以是孤島模式。文獻(xiàn)[6]在不考慮并網(wǎng)情況時(shí),基于分布式算法改進(jìn)在孤島運(yùn)行中的分布式設(shè)備的頻率、電壓和平衡節(jié)點(diǎn)控制策略。文獻(xiàn)[7]不考慮系統(tǒng)的一致性的情況下,研究了基于等微增率準(zhǔn)則的協(xié)同控制策略在孤島微電網(wǎng)中的應(yīng)用。

    針對(duì)由交直流混合分布式電源組成的微網(wǎng)群結(jié)構(gòu),有學(xué)者將圖論的概念用于微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)?;^程。每個(gè)智能體被看作一個(gè)分布式節(jié)點(diǎn),兩個(gè)相鄰的節(jié)點(diǎn)之間如果有電量信息的交換,則表示通信連接,視為鏈接邊,通過智能多級(jí)控制策略,系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)即可獲知整個(gè)交、直流微網(wǎng)群的電壓、頻率等信息狀態(tài),由此實(shí)現(xiàn)對(duì)微電網(wǎng)組網(wǎng)形式及群級(jí)的協(xié)調(diào)控制。文獻(xiàn)[8]基于分布式一致性算法,討論了交直流混合微電網(wǎng)的分布式儲(chǔ)能單元的下垂控制策略的可行性。針對(duì)參與源、網(wǎng)、荷協(xié)調(diào)的不同主體問題,研究人員基于系統(tǒng)協(xié)調(diào)多元主體的概念,引入多智能體和多層電價(jià)響應(yīng)機(jī)制,構(gòu)建多元多層級(jí)主體協(xié)調(diào)優(yōu)化框架,解決分布式微電網(wǎng)配電的自治協(xié)調(diào)問題。例如針對(duì)直接并網(wǎng)或間接并網(wǎng)的源、荷運(yùn)行特點(diǎn),處理不同層級(jí)、不同主體間的多級(jí)協(xié)調(diào)問題,文獻(xiàn)[9]提出了基于多智能體的配電網(wǎng)源-網(wǎng)-荷功率協(xié)調(diào)響應(yīng)方法,分析了主動(dòng)負(fù)荷及分布式電源的運(yùn)行特性。對(duì)于不確定性及風(fēng)險(xiǎn)協(xié)調(diào)問題,文獻(xiàn)[10]基于有序的多層規(guī)劃理論,采用概率密度函數(shù)來描述多層電價(jià)響應(yīng)機(jī)制的不確定性,以置信度水平來衡量不同層級(jí)主體間對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的追求程度,討論了不同利益主題的協(xié)調(diào)策略。上述研究深入討論了多能流動(dòng)態(tài)的差異特性、多元用戶互動(dòng)的不確定性問題,探索了以多級(jí)控制為目標(biāo),基于多智能體系統(tǒng)的多主體互動(dòng)及分布式微電網(wǎng)控制策略。研究結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)和智能控制技術(shù),有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)分布式能源系統(tǒng)的協(xié)同管控,進(jìn)一步改善了產(chǎn)能端、用能端的智能匹配度和能源梯級(jí)利用率。

    2 微電網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性控制策略研究

    分布式微電網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性也是研究的熱點(diǎn)問題,目前常用的電壓控制方法有:(1)主從站控制方法[11];(2)聯(lián)絡(luò)線控制方法[12];(3)下垂控制法[13];(4)基于MAS技術(shù)的控制方法[14]。很多學(xué)者針對(duì)上述方法,基于分布式控制理論,通過對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)備輸出功率、電壓、頻率等參量的控制,實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定性的改善方面開展了深入研究。文獻(xiàn)[15]針對(duì)無(wú)功功率分配不均問題,探討了分布式算法的控制策略,實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)無(wú)功功率的重新分配和電壓調(diào)節(jié)。文獻(xiàn)[16]提出基于多智能體系統(tǒng)的分層分布優(yōu)化策略,實(shí)現(xiàn)分布式電源功率的精確控制和電壓優(yōu)化。文獻(xiàn)[17]通過構(gòu)建協(xié)調(diào)控制層、積分運(yùn)算層和主控制層3層多智能體系統(tǒng)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)對(duì)相鄰節(jié)點(diǎn)當(dāng)前信息的協(xié)調(diào)控制,達(dá)到控制微電網(wǎng)功率、電壓穩(wěn)定性的要求。針對(duì)低壓配電區(qū)域,微電網(wǎng)通過協(xié)調(diào)不同類型的分布式電源和儲(chǔ)能單元,不間斷向重要負(fù)荷供電,提高系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性。文獻(xiàn)[18]提出通過改善微電網(wǎng)通信的間歇性,提高系統(tǒng)輸出電壓的穩(wěn)定性。文獻(xiàn)[19]考慮了微電網(wǎng)分層控制的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),研究了基于一致性算法的多智能體分布控制策略,實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定和功率的靈活配置。文獻(xiàn)[20]考慮了孤島運(yùn)行模式下微電網(wǎng)的無(wú)功電壓特性,探討了基于自趨優(yōu)特點(diǎn)的MAS微電網(wǎng)無(wú)功電壓控制策略。也有學(xué)者針對(duì)微電網(wǎng)中的分布式發(fā)電機(jī)運(yùn)行的間歇性和不確定性引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性問題,開展了微電網(wǎng)系統(tǒng)供電質(zhì)量穩(wěn)定性研究。文獻(xiàn)[21]研究了基于一致性算法的多智能體分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制策略,優(yōu)化了儲(chǔ)能系統(tǒng)的穩(wěn)定性。文獻(xiàn)[22]考慮了微電網(wǎng)有外界干擾因素存在的系統(tǒng)穩(wěn)定性,提出基于多智能體的分散協(xié)調(diào)控制策略。上述研究中,微電網(wǎng)被看成多智能體系統(tǒng),將分布式電源間的通信網(wǎng)絡(luò)表示為有向圖,通過網(wǎng)絡(luò)變量的同步跟蹤算法,證明了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

    3 微電網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制策略研究

    微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度作為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性的重要環(huán)節(jié),其經(jīng)濟(jì)調(diào)度和環(huán)境效益的控制與優(yōu)化已經(jīng)成為微電網(wǎng)的重要研究方向。多數(shù)研究基于多智能體系統(tǒng)理論,建立了多層微電網(wǎng)優(yōu)化控制結(jié)構(gòu),分析了不同電價(jià)機(jī)制下的微電網(wǎng)與配電網(wǎng)之間的互動(dòng)策略,對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、最大化經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益進(jìn)行了優(yōu)化。文獻(xiàn)[23]采用分層管理的多智能體機(jī)制解決了分布式發(fā)電單元之間交互和協(xié)作問題,確定了經(jīng)濟(jì)調(diào)度最優(yōu)競(jìng)標(biāo)決策。文獻(xiàn)[24]采用多智能體模擬競(jìng)價(jià)均衡的微電網(wǎng)優(yōu)化方法,探討了微電網(wǎng)與傳統(tǒng)大電網(wǎng)之間的交互路徑。文獻(xiàn)[25]構(gòu)建了基于多智能體的微電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電價(jià)框架,分析了電網(wǎng)較高自主權(quán)的競(jìng)價(jià)優(yōu)化運(yùn)行決策。文獻(xiàn)[26]提出基于多智能體系統(tǒng)分布式算法解決電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題。文獻(xiàn)[27]基于多智能體理論提出了孤網(wǎng)運(yùn)行的功率分配方法,研究了微電網(wǎng)功率實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)分配策略。文獻(xiàn)[28]采用分布式算法解決微電網(wǎng)的瞬態(tài)供需平衡問題。這些方法能夠?qū)崟r(shí)了解微電網(wǎng)中負(fù)載與電源的運(yùn)行狀態(tài)信息。在基于一致性理論優(yōu)化的多智能體功率經(jīng)濟(jì)分配方法中,事件觸發(fā)機(jī)制也得到了廣泛應(yīng)用。文獻(xiàn)[29]基于智能體系統(tǒng)事件觸發(fā)模型提出了微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)分配控制策略。文獻(xiàn)[30]采用基于事件觸發(fā)的一致性算法,研究了微電網(wǎng)中的經(jīng)濟(jì)分配問題。文獻(xiàn)[31]采用協(xié)同動(dòng)態(tài)智能體一致性理論,建立了微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型,解決分散式自治問題。文獻(xiàn)[32]提出基于周期性通信機(jī)制的事件觸發(fā)控制方法,研究了多個(gè)混合系統(tǒng)中的直流微電網(wǎng)協(xié)調(diào)安全運(yùn)行?;谏鲜龆嘀悄荏w理論的微電網(wǎng)性能優(yōu)化過程中,每個(gè)電源都被?;癁橐粋€(gè)智能體,在此基礎(chǔ)上,學(xué)者們提出基于層次分析法與一致性算法的綜合評(píng)價(jià)方法,在考慮微電網(wǎng)供需平衡因素的情況下,分析了微電網(wǎng)電源的綜合性能,并采用智能體學(xué)習(xí)算法深入研究了多類電源的調(diào)度優(yōu)化策略,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)多類電源的綜合性能最優(yōu)控制。

    4 結(jié)論

    可再生能源發(fā)電單元的不斷接入,增加了微電網(wǎng)系統(tǒng)的復(fù)雜性,也加大了各單元系統(tǒng)之間的配合難度,導(dǎo)致微電網(wǎng)擾動(dòng)嚴(yán)重,系統(tǒng)的能量管理、經(jīng)濟(jì)調(diào)度不能滿足要求,使得電壓質(zhì)量受到嚴(yán)重影響。為了改善微電網(wǎng)系統(tǒng)在干擾介入時(shí)的綜合性能,研究文獻(xiàn)結(jié)合MAS理論和一致性算法的控制策略,較好的解決了微電網(wǎng)系統(tǒng)及分布式電源即插即用、電壓穩(wěn)定性、調(diào)度優(yōu)化問題。這些方法對(duì)在大擾動(dòng)情況下維護(hù)全系統(tǒng)良好性能提供技術(shù)路徑,在應(yīng)用中也便于實(shí)現(xiàn);也為今后深入研究微電網(wǎng)群系統(tǒng)各單元的調(diào)度及控制積累了理論數(shù)據(jù)。

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