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基于多代理的输配网与分布式电源协调控制系统和方法  

2016-05-05 10:20:15|  分类: 生产工艺 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 摘要:本发明公开一种基于多代理的输配网与分布式电源协调控制系统,输电网调度中心连接有多个配电网,各配电网连接有多个微电网,各微电网连接有多个微电网元件 ;微电网元件包括微电源设备 ;协调控制系统包括 :用于微电源、储能装置和可控负荷的优化控制微电网元件 Agent 层,用于微电网级电网调度运行控制的微电网 Agent层、用于中压网络和低压网络运行控制的配电网 Agent 层,和用于整个电网运行控制的输电网Agent 层。本发明将含分布式电源的输配电系统化分为具有不同功能的 Agent,并通过对各 Agent的控制和相互间的交互,进而实现含大规模分布式电源的输配电网的分层协调控制。

  背景技术

  随着能源问题和环境问题的日益突出,分布式可再生能源发电获得了越来越多的 重视与应用。大量的分布式电源接入电网,给电力系统的运行和控制带来了挑战:随着分布 式电源渗透率的进一步提高,电力系统控制变量的规模和复杂度均大幅度增加,传统电力 系统集中控制的瓶颈愈加明显,集中控制将难以满足含大规模分布式电源的电力系统运行 与控制要求;如何协调与控制众多地域分散的分布式电源,保证电力系统的稳定运行成为电力系统工作者需要解决的重要问题。

  发明内容

  本发明要解决的技术问题为:应用多代理技术构造输配电网协调运行的分层控制 框架,将含分布式电源的输配电系统化分为具有不同功能的代理Agent,并通过对各Agent 的控制和相互间的交互,进而实现含大规模分布式电源的输配电网的分层协调控制。

  本发明所采取的技术方案具体为:一种基于多代理的输配网与分布式电源协调控 制系统,输电网调度中心连接有多个配电网,各配电网连接有多个微电网,各微电网连接有 多个微电网元件;微电网元件包括微电源设备;

  输配网与分布式电源协调控制系统包括:用于微电源、储能装置和可控负荷的优化控 制微电网元件Agent层,用于微电网级电网调度运行控制的微电网Agent层、用于中压网络 和低压网络运行控制的配电网Agent层,和用于整个电网运行控制的输电网Agent层;

  所述微电网元件Agent层中的微电网元件Agent包括应用控制代理、并网代理、数据处 理代理、数据传输代理以及数据储存代理;应用控制代理控制各微电网元件的运行,并将运 行数据输出至数据处理代理中;数据处理代理通过数据传输代理与微电网Agent层连接通 信;并网代理控制数据处理代理与微电网Agent层之间并网设施的运行;数据储存代理与用 户Agent保持联系以使得用户可以获得微电网元件的运行数据;

  所述微电网Agent层中的微电网Agent监测并控制各微电网内设备的运行,并控制微电 网元件Agent层进行微电源输出功率设置点的调整,实现微电网内部的功率平衡和电压的 稳定;同时微电网Agent层接收配电网Agent层的控制指令,并向配电网Agent层反馈微电网 Agent及微电网运行状态;

  所述配电网Agent层中的配电网Agent依据输电网Agent发出的控制指令,以及各配电 网管辖区域内各个微电网的运行状态信息决定相应配电网的运行状态,并将配电网的运行 信息反馈给输电网Agent层;

  输电网Agent层中的输电网Agent通过对包括联络线路潮流、节点电压的系统状态信息 的监测,以及对配电网Agent层、微电网Agent层以及微电网元件Agent层上送信息的分析,获取整个电网的运行状态,并根据电网的负荷及发电情况,分析获得整个网络的运行状态 及后续控制;并将分析结果及控制命令发送给配电网Agent层,以对各个配电网Agent层以 及微电网元件Agent层中的设备进行整体调度。

 进一步的,本发明所述微电网Agent包括SCADA ( Supervisory Control And Data Acquisition,数据采集与监视控制)Agent、AGC ( 自动发电控制)Agent、经济调度计划 Agent、潮流分析Agent和气象预测Agent;微电网Agent通过SCADA Agent采集微电网内设备 的运行本地控制代理及其相关设备的状态和运行数据,并发送给AGC Agent和潮流分析 Agent;微电网Agent通过AGC Agent修改微电网元件Agent层中微电源的发电计划,以实现 相应微电网内自动发电控制;微电网Agent通过经济调度计划Agent根据潮流的优化和经济 性原则、对可再生能源的短期预测,以及微电网中发电Agent的投标信息,制定微电网内的 发电单元在未来24小时的经济调度计划;潮流分析Agent,根据接收到的SCADA采集的数据 和网络拓扑的分析,对微电网内的潮流进行计算;气象预测Agent根据发电的历史数据对各 个电站进行超短期预测,从实时数据库和历史数据库中分析数据,利用强化学习算法,不断地将自己的预测值进行优化。SCADA ( Supervisory Control And Data Acquisition,数据 采集与监视控制)Agent和AGC ( 自动发电控制)Agent,为现有技术。

  所述配电网Agent包括并网运行Agent、状态切换Agent和经济调度Agent;并网运 行Agent确定与大电网的功率交换,响应或发起与其他配电网进行协作,共同完成输电网下 发的任务;状态切换Agent实时监测输电网的频率和状态,并根据输电网的状态控制配电网 与输电网的连接。具体为,当检测到输电网发生故障时,立即断开与输电网相连的静态开 关,切换到独立运行模式;当故障恢复后,配电网又需要重新与大电网并联。经济调度Agent 根据经济性原则及优化算法,对各配电网管辖下的多个微电网进行统一调度管理。

  所述输电网Agent包括SCADA Agent、最优调度Agent和能量管理Agent;SCADA Agent监测联络线潮流和节点电压,通过与底层的Agent的通讯,收集配电网和微电网内设 备状态和运行数据;最优调度Agent制定输电网内的发电单元的经济调度计划;能量管理 Agent对输电网内各发电单元出力进行管理。

  本发明还公开基于上述系统的输配网与分布式电源间的协调控制方法,具体为: 稳定运行时,微电源Agent层将各自的功率输出预测发送给微电网Agent层,微电网Agent将 管辖区域内各微电网元件Agent层的出力预测以及负荷预测信息发送给配电网Agent层,配 电网Agent将管辖区域内各微电网中分布式电源的出力情况、发电预测、负荷预测、系统备 用等信息发送给输电网Agent层,输电网Agent层通过收集配电网Agent层上送的相关信息, 对电网运行进行经济安全性分析,得到全网的优化潮流及各输配电网联络线功率,然后将 最新的联络线功率及相关调度指令信息下发到各个配电网Agent;

  然后,各配电网Agent根据最新的联络线潮流及调度信息,调节其所管辖的各个微电网 Agent的输送功率。各个微电网Agent根据所属配电网下发的联络线潮流功率及调度信息, 协调其下管辖的各个微电源Agent出力,最终使整个输配电网在最优条件下运行;

  发生故障时,相应的配电网Agent定位故障点的位置:当故障点在配电网内部时,该管 辖范围的配电网 Agent做出响应,所述响应包括将故障切除,并将切除以后带来的功率变 化及其他相关信息传递给输电网Agent层,由输电网Agent层通过综合各Agent层的信息给 出新的控制目标;当故障点在配电网外部时,通过输电网Agent层与各配电网Agent相互通讯以确定故障的严重程度,如果超出输电网的调节能力,相应的配电网Agent可以选择与主 网断开,进入孤岛运行,以保证主网和输电网的同时安全稳定运行;配电网处于孤岛运行 时,其管辖区域内各微电网Agent将其包括是否存在功率缺额或者是否存在多余电能的信 息,上传至配电网Agent层;各配电网Agent通过对管辖区域各微电网Agent的发电预测、负 荷预测、系统备用等信息做出决策,协调其管辖区域内各微电网Agent的出力;各微电网 Agent根据其所属配电网Agent的调度信息,并结合自身的实际情况做出决策,并将决策发 送至微电网Agent层下的各个分布式电源Agent;各个分布式电源Agent根据所获得的信息, 调整各自的功率输出,以使得孤岛配电网的安全稳定运行;所述调整包括切除部分负荷。

  本发明的有益效果为:本发明提出的基于多代理的输配网与分布式电源协调控制 技术,对含规模化分布式电源的输配电系统采用分层控制策略,将系统的控制问题分层分 区,降低了控制变量的规模和复杂度,使控制系统易于实现和管理;采用了多代理技术将控 制与决策分散到各个子系统中,从而降低了控制系统开发的复杂性,减少了开发费用,增强 了系统的可扩充性和鲁棒性,易于系统内信息交互和调度协调。

  技术特点

  1 .一种基于多代理的输配网与分布式电源协调控制系统,输电网调度中心连接有多个 配电网,各配电网连接有多个微电网,各微电网连接有多个微电网元件;微电网元件包括微 电源设备其特征是;

  输配网与分布式电源协调控制系统包括:用于微电源、储能装置和可控负荷的优化控 制微电网元件Agent层,用于微电网级电网调度运行控制的微电网Agent层、用于中压网络 和低压网络运行控制的配电网Agent层,和用于整个电网运行控制的输电网Agent层; 所述微电网元件Agent层中的微电网元件Agent包括应用控制代理、并网代理、数据处 理代理、数据传输代理以及数据储存代理;应用控制代理控制各微电网元件的运行,并将运 行数据输出至数据处理代理中;数据处理代理通过数据传输代理与微电网Agent层连接通 信;并网代理控制数据处理代理与微电网Agent层之间并网设施的运行;数据储存代理与用 户Agent保持联系以使得用户可以获得微电网元件的运行数据;

  所述微电网Agent层中的微电网Agent监测并控制各微电网内设备的运行,并控制微电 网元件Agent层进行微电源输出功率设置点的调整,实现微电网内部的功率平衡和电压的 稳定;同时微电网Agent层接收配电网Agent层的控制指令,并向配电网Agent层反馈微电网 Agent及微电网运行状态; 所述配电网Agent层中的配电网Agent依据输电网Agent发出的控制指令,以及各配电 网管辖区域内各个微电网的运行状态信息决定相应配电网的运行状态,并将配电网的运行 信息反馈给输电网Agent层;

 输电网Agent层中的输电网Agent通过对包括联络线路潮流、节点电压的系统状态信息 的监测,以及对配电网Agent层、微电网Agent层以及微电网元件Agent层上送信息的分析, 获取整个电网的运行状态,并根据电网的负荷及发电情况,分析获得整个网络的运行状态 及后续控制;并将分析结果及控制命令发送给配电网Agent层,以对各个配电网Agent层以 及微电网元件Agent层中的设备进行整体调度。

  2. 根据权利要求1所述的基于多代理的输配网与分布式电源协调控制系统,其特征是, 微电网Agent包括SCADA Agent、AGC Agent、经济调度计划Agent、潮流分析Agent和气象预 测Agent;微电网Agent通过SCADA Agent采集微电网内设备的运行本地控制代理及其相关 设备的状态和运行数据,并发送给AGC Agent和潮流分析Agent;微电网Agent通过AGC Agent修改微电网元件Agent层中微电源的发电计划,以实现相应微电网内自动发电控制; 微电网Agent通过经济调度计划Agent根据潮流的优化和经济性原则、对可再生能源的短期 预测,以及微电网中发电Agent的投标信息,制定微电网内的发电单元在未来24小时的经济 调度计划;潮流分析Agent,根据接收到的SCADA采集的数据和网络拓扑的分析,对微电网内 的潮流进行计算;气象预测Agent根据发电的历史数据对各个电站进行超短期预测,从实时 数据库和历史数据库中分析数据,利用强化学习算法,对预测值进行优化。 3 .根据权利要求1所述的基于多代理的输配网与分布式电源协调控制系统,其特征是, 所述配电网Agent包括并网运行Agent、状态切换Agent和经济调度Agent;并网运行Agent确 定与大电网的功率交换,响应或发起与其他配电网进行协作,共同完成输电网下发的任务; 状态切换Agent实时监测输电网的频率和状态,并根据输电网的状态控制配电网与输电网 的连接。 4 .根据权利要求1所述的基于多代理的输配网与分布式电源协调控制系统,其特征是:

  所述输电网Agent包括SCADA Agent、最优调度Agent和能量管理Agent;SCADA Agent监测联 络线潮流和节点电压,通过与底层的Agent的通讯,收集配电网和微电网内设备状态和运行 数据;最优调度Agent制定输电网内的发电单元的经济调度计划;能量管理Agent对输电网 内各发电单元出力进行管理。

  5.基于权利要求1至4所述的基于多代理的输配网与分布式电源协调控制系统的控制 方法,其特征是, 稳定运行时,微电网元件Agent层中微电网元件Agent的将各自的功率输出预测发送给 微电网Agent层,各微电网Agent将管辖区域内各微电网元件Agent的出力预测以及负荷预 测信息发送给配电网Agent层,配电网Agent将管辖区域内各微电网中分布式电源的出力情 况、发电预测、负荷预测、系统备用等信息发送给输电网Agent层,输电网Agent层通过收集 配电网agent层上送的相关信息,对电网运行进行经济安全性分析,得到全网的优化潮流及 各输配电网联络线功率,然后将最新的联络线功率及相关调度指令信息下发到各个配电网 Agent层;

  然后,各配电网Agent根据最新的联络线潮流及调度信息,调节其所管辖的各个微电网 Agent的输送功率;各个微电网Agent根据所属配电网下发的联络线潮流功率及调度信息, 协调其下管辖的各个微电源Agent出力,最终使整个输配电网在最优条件下运行;

  发生故障时,相应的配电网Agent定位故障点的位置:当故障点在配电网内部时,该管 辖范围的配电网 Agent做出响应,所述响应包括将故障切除,并将切除以后带来的功率变 化及其他相关信息传递给输电网Agent层,由输电网Agent层通过综合各Agent层的信息给 出新的控制目标;当故障点在配电网外部时,通过输电网Agent与各配电网 Agent 相互通 讯以确定故障的严重程度,如果超出输电网的调节能力,相应的配电网 Agent可以选择与 主网断开,进入孤岛运行,以保证主网和输电网的同时安全稳定运行;配电网处于孤岛运行 时,其管辖区域内各微电网Agent将其包括是否存在功率缺额或者是否存在多余电能的信 息,上传至配电网Agent层;各配电网Agent通过对管辖区域各微电网Agent的发电预测、负 荷预测、系统备用等信息做出决策,协调其管辖区域内各微电网Agent的出力;各微电网 Agent根据其所属配电网Agent的调度信息,并结合自身的实际情况做出决策,并将决策发 送至微电网Agent层下的各个分布式电源Agent;各个分布式电源Agent根据所获得的信息,调整各自的功率输出,以使得孤岛配电网的安全稳定运行;所述调整包括切除部分负荷。

  具体实施方式

  以下结合附图和具体实施例进一步描述。

  结合图1至图5,本发明应用基础为,输电网调度中心连接有多个配电网,各配电网 连接有多个微电网,各微电网连接有多个微电网元件;微电网元件包括微电源设备;

  如图1,本发明基于多代理的输配网与分布式电源协调控制系统包括:用于微电源、储 能装置和可控负荷的优化控制微电网元件Agent层,用于微电网级电网调度运行控制的微 电网Agent层、用于中压网络和低压网络运行控制的配电网Agent层,和用于整个电网运行 控制的输电网Agent层;由图1可知,微电网元件Agent与微电网Agent之间,微电网Agent与 配电网Agent之间以及配电网Agent与输电网Agent之间均呈双向连接,相互间能够交换量测及控制信息。


  如图2,所述微电网元件Agent层中的微电网元件Agent包括应用控制代理、并网代 理、数据处理代理、数据传输代理以及数据储存代理;应用控制代理控制各微电网元件的运 行,并将运行数据输出至数据处理代理中;数据处理代理通过数据传输代理与微电网Agent 层连接通信;并网代理控制数据处理代理与微电网Agent层之间并网设施的运行;数据储存 代理与用户Agent保持联系以使得用户可以获得微电网元件的运行数据;

  微电网元件Agent层位于分层结构的最底层,对应控制的微电网元件包括微电源、储能 装置、可控负荷等电力设备。各微电网元件Agent充分发挥代理的自治性,并根据控制对象 的特点,就地调整被控对象的运行状态,并将必要的运行信息上传给所属微电网Agent。

  微电网元件Agent层位于分层结构的最底层,对应控制的微电网元件包括微电源、储能 装置、可控负荷等电力设备。各微电网元件Agent充分发挥代理的自治性,并根据控制对象 的特点,就地调整被控对象的运行状态,并将必要的运行信息上传给所属微电网Agent。

  微电网Agent层主要针对微电网内部的调度运行,用于优化微电网的运行或者仅仅作 为一种简单的地区负荷调度,其目的是令微电网的控制更加的灵活并减少在微电网中的各 种损耗。此外,微电网Agent还需负责接收上级配电网Agent的计划孤岛和并网指令,并反馈 自身运行状态。

  参考图3和图4,微电网Agent包括SCADA Agent、AGC Agent、经济调度计划Agent、 潮流分析Agent和气象预测Agent;微电网Agent层通过SCADA Agent采集微电网内设备的运 行本地控制代理及其相关设备的状态和运行数据,并发送给AGC Agent和潮流分析Agent; 微电网Agent通过AGC Agent修改微电网元件Agent层中微电源的发电计划,以实现相应微 电网内自动发电控制;微电网Agent层通过经济调度计划Agent根据潮流的优化和经济性原 则、对可再生能源的短期预测,以及微电网中发电Agent的投标信息,制定微电网内的发电 单元在未来24小时的经济调度计划;潮流分析Agent,根据接收到的SCADA采集的数据和网 络拓扑的分析,对微电网内的潮流进行计算;气象预测Agent根据发电的历史数据对各个电站进行超短期预测,从实时数据库和历史数据库中分析数据,利用强化学习算法,对预测值 进行优化。

  配电网Agent层主要针对中压网和低压网的运行,负责管辖区域内多个微电网之 间的控制调度,决定管辖区域内多个微电网的运行模式以及运行策略,并对管辖区域数据 进行监测以及管辖区电网作出重大决策。配电网Agent所作出的决定不能对电网造成严重 影响,因此其需要依据管辖区域内各个微电网Agent的信息来决定电网的运行状态,必要时需要联系其他配电网Agent或上级输电网Agent并根据情况进行调节。

配电网Agent层中的配电网Agent依据输电网Agent发出的控制指令,以及各配电 网管辖区域内各个微电网的运行状态信息决定相应配电网的运行状态,并将配电网的运行 信息反馈给输电网Agent层;

  所述配电网Agent层包括并网运行Agent、状态切换Agent和经济调度Agent;并网运行 Agent确定与大电网的功率交换,响应或发起与其他配电网进行协作,共同完成输电网下发 的任务;状态切换Agent实时监测输电网的频率和状态,并根据输电网的状态控制配电网与 输电网的连接。

  输电网Agent处于分层结构的最顶层,控制整个电网的运行模式与运行策略。输电 网Agent层中的输电网Agent通过对包括联络线路潮流、节点电压的系统状态信息的监测, 以及对配电网Agent层、微电网Agent层以及微电网元件Agent层上送信息的分析,获取整个 电网的运行状态,并根据电网的负荷及发电情况,分析获得整个网络的运行状态及后续控 制;并将分析结果及控制命令发送给配电网Agent层,以对各个配电网Agent层以及微电网元件Agent层中的设备进行整体调度。

  所述输电网Agent层包括SCADA Agent、最优调度Agent和能量管理Agent;SCADA Agent监测联络线潮流和节点电压,通过与底层的Agent的通讯,收集配电网和微电网内设 备状态和运行数据;最优调度Agent制定输电网内的发电单元的经济调度计划;能量管理Agent对输电网内各发电单元出力进行管理。

  参考图5,本发明基于上述输配网与分布式电源协调控制系统的控制方法具体为: 稳定运行时,微电网元件Agent层中微电网元件Agent的将各自的功率输出预测发送给 微电网Agent层,各微电网Agent将管辖区域内各微电网元件Agent的出力预测以及负荷预 测信息发送给配电网Agent层,配电网Agent将管辖区域内各微电网中分布式电源的出力情 况、发电预测、负荷预测、系统备用等信息发送给输电网Agent层,输电网Agent层通过收集 配电网agent层上送的相关信息,对电网运行进行经济安全性分析,得到全网的优化潮流及 各输配电网联络线功率,然后将最新的联络线功率及相关调度指令信息下发到各个配电网 Agent层;

  然后,各配电网Agent根据最新的联络线潮流及调度信息,调节其所管辖的各个微电网 Agent的输送功率;各个微电网Agent根据所属配电网下发的联络线潮流功率及调度信息, 协调其下管辖的各个微电源Agent出力,最终使整个输配电网在最优条件下运行;

  发生故障时,相应的配电网Agent定位故障点的位置:当故障点在配电网内部时,该管 辖范围的配电网 Agent做出响应,所述响应包括将故障切除,并将切除以后带来的功率变 化及其他相关信息传递给输电网Agent层,由输电网Agent层通过综合各Agent层的信息给 出新的控制目标;当故障点在配电网外部时,通过输电网Agent与各配电网 Agent 相互通 讯以确定故障的严重程度,如果超出输电网的调节能力,相应的配电网 Agent可以选择与 主网断开,进入孤岛运行,以保证主网和输电网的同时安全稳定运行;配电网处于孤岛运行 时,其管辖区域内各微电网Agent将其包括是否存在功率缺额或者是否存在多余电能的信 息,上传至配电网Agent层;各配电网Agent通过对管辖区域各微电网Agent的发电预测、负 荷预测、系统备用等信息做出决策,协调其管辖区域内各微电网Agent的出力;各微电网 Agent根据其所属配电网Agent的调度信息,并结合自身的实际情况做出决策,并将决策发 送至微电网Agent层下的各个分布式电源Agent;各个分布式电源Agent根据所获得的信息, 调整各自的功率输出,以使得孤岛配电网的安全稳定运行;所述调整包括切除部分负荷。

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