原文發(fā)表在《電力工程技術(shù)》2017年36卷第5期，歡迎品讀

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郝雨辰，江葉峰，仇晨光，等. 基于多代理系統(tǒng)的直流微電網(wǎng)分區(qū)域式穩(wěn)定控制方法研究[J]. 電力工程技術(shù)，2017，36(5): 45-50.

HAO Yuchen, JIANG Yefeng, QIU Chenguang, al, et. Research on Sub-regional Stability Control of DC Microgrid Basd on Multi-Agent System[J]. Electric Power Engineering Technology, 2017, 36(5): 45-50.

基于多代理系統(tǒng)的直流微電網(wǎng)分區(qū)域式穩(wěn)定控制方法研究

郝雨辰，江葉峰，仇晨光，等

1.研究背景

隨著能源危機(jī)的加劇、環(huán)境污染的蔓延，以新能源為載體的分布式發(fā)電得到了蓬勃發(fā)展，微電網(wǎng)作為分布式發(fā)電的高級(jí)應(yīng)用形式，通過源荷協(xié)調(diào)技術(shù)、能量管理方案、并離網(wǎng)切換手段有效提高了用戶供電可靠性、能源利用環(huán)保性、系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。與交流微電網(wǎng)相比，直流微電網(wǎng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：便于直流電源的接入；僅需考慮直流母線電壓的恒定、無需考慮同步操作、無功補(bǔ)償?shù)葟?fù)雜控制；能有效減少電力電子裝置的大量使用從而降低能量轉(zhuǎn)換造成的損失。基于直流微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)屬性和分布式電源的運(yùn)行特點(diǎn)，以直流母線電壓的恒定作為控制目標(biāo)，針對(duì)系統(tǒng)中各單元隸屬于不同用戶的情況，利用多代理系統(tǒng)構(gòu)建信息網(wǎng)絡(luò)，提出以各分布式電源自協(xié)調(diào)、自管理、自組網(wǎng)為策略實(shí)現(xiàn)的直流微電網(wǎng)分區(qū)域式穩(wěn)定控制方法。選擇直流微電網(wǎng)系統(tǒng)中的獨(dú)立子區(qū)域作為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)不同供求關(guān)系下的系統(tǒng)穩(wěn)定控制策略，實(shí)現(xiàn)基于信息流的功率流的重新分配與優(yōu)化。

2.適用于直流微電網(wǎng)分區(qū)域式穩(wěn)定控制的多代理系統(tǒng)

典型的具有區(qū)域自治性的直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中直流母線電壓額定值設(shè)為800V，并經(jīng)靜態(tài)開關(guān)在公共連接點(diǎn)處與外部電網(wǎng)相連。

圖1 直流微電網(wǎng)分區(qū)域式結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)圖1所示直流微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的分區(qū)域式穩(wěn)定控制方法，其核心思想在于，利用各區(qū)域內(nèi)微電源控制器（MC）與其他關(guān)聯(lián)區(qū)域內(nèi)MC的通信，根據(jù)協(xié)商結(jié)果控制區(qū)域間開關(guān)的通斷，以自組網(wǎng)的形式進(jìn)行發(fā)電功率的合理調(diào)度以維持區(qū)域子系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定。由于直流微電網(wǎng)中不考慮無功功率的流動(dòng)，直流母線電壓的變化是系統(tǒng)有功功率供求波動(dòng)的外在體現(xiàn)。因此，對(duì)于圖1中各區(qū)域子系統(tǒng)，均可由直流母線電壓的狀態(tài)制定相應(yīng)的穩(wěn)定控制方法，如圖2所示。

圖2 直流微電網(wǎng)中各區(qū)域子系統(tǒng)決策流程

根據(jù)圖1所示直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型，構(gòu)建適用于圖2分區(qū)域式穩(wěn)定控制決策流程的多代理系統(tǒng)，其中包括區(qū)域各發(fā)用電單元對(duì)應(yīng)的Agent，以及系統(tǒng)級(jí)的DF Agent和完備的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)，DF Agent的作用在于給各MC Agent提供發(fā)布、更新和刪除各區(qū)域供電裕量和運(yùn)行狀態(tài)的信息平臺(tái)，但不具備傳統(tǒng)集中控制的主動(dòng)協(xié)調(diào)能力；點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)為Agent間的通信交互提供了網(wǎng)絡(luò)支持。

圖3 各區(qū)域代理間交互關(guān)系

3.仿真分析

圖1所示直流微電網(wǎng)系統(tǒng)中，區(qū)域2,3內(nèi)的燃料電池具有輸出功率可控性，區(qū)域1內(nèi)PV的不可控性和SC的充放電制約性，使得兩者構(gòu)成的復(fù)合供電系統(tǒng)具有復(fù)雜的運(yùn)行特點(diǎn)。因此，以區(qū)域1為研究對(duì)象，采用表1所列參數(shù)。 其中為了避免SC頻繁啟停，設(shè)定SC的動(dòng)作值為20V，電壓波動(dòng)小于±5％額定值的穩(wěn)定要求，下面的仿真結(jié)果證明了本文所述基于多代理系統(tǒng)的直流微電網(wǎng)分區(qū)域式穩(wěn)定控制方法的有效性。

表1 直流微電網(wǎng)主要單元參數(shù)信息

如圖4所示。初始狀態(tài)下采用最大功率跟蹤控制模式的PV出力大于區(qū)域1中負(fù)荷所需，其直流母線電壓上升，PV Agent即利用Query協(xié)議與SC Agent通信，得其同意后閉合兩者間開關(guān)，SC開始工作于充電穩(wěn)壓狀態(tài)，使得直流母線電壓回落并穩(wěn)定在額定值800V，如圖4(a)所示。0.7s時(shí)區(qū)域1負(fù)荷增大，對(duì)應(yīng)直流母線電壓稍有波動(dòng)，SC充電功率也相應(yīng)減小，如圖4(b)所示。

直至1.23s時(shí)SC充電飽和，SC Agent即通知PV Agent并斷開兩者間開關(guān)。由于PV輸出功率仍大于負(fù)荷所需，導(dǎo)致直流母線電壓繼續(xù)上升，由于SC不再具備充電裕量，由此PV Agent利用 Ｒｅｑｕｅｓｔ 協(xié)議查詢DF Agent得到PEMFC Agent和SOFC Agent的通信方式，之后采用合同網(wǎng)通信協(xié)議與兩者進(jìn)行交互， 并選定SOFC Agent作為合作對(duì)象，于1.4s時(shí)閉合區(qū)域1,3間開關(guān)，從圖4(c)可見1.4s前區(qū)域 3直流母線電壓穩(wěn)定在800Ｖ，兩區(qū)域聯(lián)通后由于得到了區(qū)域1的功率輸入，區(qū)域3中SOFC的輸出功率具有明顯的下降，而兩區(qū)域母線電壓具有一致性。上述過程中Agent間的信息交互如圖4(d)所示。

圖4 區(qū)域內(nèi)供大于求時(shí)分區(qū)域穩(wěn)定控制結(jié)果

4.結(jié)束語

隨著新能源項(xiàng)目的發(fā)展，勢(shì)必形成一定區(qū)域內(nèi)分屬于不同用戶的、以分布式電源為主導(dǎo)、自帶負(fù)荷的新型系統(tǒng)，各區(qū)域間既相互依存又相互競(jìng)爭(zhēng)，本文針對(duì)這種新情況，以直流微電網(wǎng)為研究對(duì)象，提出基于多代理系統(tǒng)的分區(qū)域式穩(wěn)定控制方法，通過各區(qū)域子系統(tǒng)的自我識(shí)別和自我管理，利用多代理系統(tǒng)提供的服務(wù)發(fā)布與搜索功能，可實(shí)現(xiàn)不依賴于集中控制器的底層單元間的自通信、自決策和自組網(wǎng)，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和靈活性，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提策略的有效性，不僅能保持系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定，而且能體現(xiàn)不同電源的運(yùn)行特點(diǎn)。