基于多AGENT的配电网电压无功 调控制系统的构建方案

乔祎峰,章 健

(1.华北电力大学经济与管理学院,北京 102206;2.上海市电力公司市区供电公司,上海 200080)

电力系统电压无功控制的对象是各母线电压和无功功率,电压合格与否直接关系到整个电网的稳定运行[1-3],合理配置无功补偿容量,通过变压器分接头及无功补偿设备的优化调节改变电网的无功潮流分布,对于降低网损、提高电压水平、改善电压质量和实现电力系统经济运行意义重大[4]。然而,随着电网规模的不断扩大和电力改革的日益深入,当前的电力系统出现了以分区为管理单元的新变化,传统的集中式无功电压优化系统已经不能满足电网运行的实时性和可靠性要求[5]。基于多Agent系统的无功电压分布式协调控制系统由一组在逻辑上或者物理上分步的许多Agent组成,它们通过协作完成共同的任务,并通过将大的复杂系统划分成小的、彼此相互通信及协调的、易于管理的系统,实现复杂电力系统的无功协调控制。本文将根据目前电力系统分层分区控制、全网数据分散、各子网相互影响的实际情况,建立一个基于多Agent系统无功控制的框架模型,包括MAS的框架结构、各级Agent具体功能、硬件配置等的构建。

1 多Agent系统的特征

多Agent系统由一组在逻辑上或者物理上分步的许多Agent组成。系统中的每个 Agent都具有自治性和主动性[6-7],并能根据自身的能力独立解决问题域中的问题。同时,多Agent系统还具有系统内部的交互性和系统整体的封装性[8],系统中的成员Agent可以通过相互间的通信进行交互和协调,完成系统的整体功能,提高大规模复杂系统问题的求解能力和求解的效率。

对于电力系统无功协调控制来说,利用多A-gent系统的自治性和交互性,可以实现代理与无功元件的一对一控制,从而减少每个代理的数据处理量[9]。同时,通过相同和相邻层级代理间适当的信息交流,确保无功控制满足整个电网要求,提高电网的协调能力。

2 无功协调控制系统的框架

2.1 系统的体系和结构

在本文中多Agent配电网电压无功协调系统采用混合式结构[10-11],见图1。其中,包含一个或多个配网Agent,系统中的每一个配网A-gent对所辖成员代理进行实时监控,同时通过与同层级Agent的相互通讯,制定自身配网无功调节的任务计划、无功管理等[12-15],并将无功调节方案发布给区域Agent。区域Agent在接到方案后,通过对所辖区域内各节点Agent的运行情况及周边区域Agent运行情况的综合分析,制定具体的节点元件无功调节大小,并将所需无功大小通知对应的节点Agent。节点Agent在接收区域Agent调节通知后,根据自身情况对无功元件进行具体操作,同时将调节后的运行状态实时反馈给区域Agent,并等待下一步协调。此种无功控制结构平衡了集中式和分布式两种结构的优点和不足,在保持各自Agent独立性的前提下,通过同层或相邻层级之间一定量数据的相互联系确保了各Agent决策的合理性,适应了配电网无功控制复杂、开放的特性。

图1 多Agent系统结构示意图

2.2 Agent功能

为统一Agent模式,同时根据配网无功控制管理需求和各级代理主要功能,Agent可以拆分为应用控制、数据采集、数据处理、数据储存和数据传输等多个模块,如图2所示。

图2 Agent功能分布图

其中,数据采集模块负责Agent所控制节点的数据采集。应用控制模块负责对相应设备进行调节,模块中储存了相应控制程序,当电网需要进行无功调节时,可以通过控制功能,实现对所控设备的无功调节。数据处理模块在不同层级的A-gent中存放不同优化算法达到处理相关数据的目的,如在区域Agent中利用智能无功优化算法对所管辖的区域电网节点进行优化计算。数据存储模块负责存储相关数据,为数据处理提供数据,同时为管理者提供有效数据查询。数据传输模块负责与同级或者上下级Agent间保持数据传输,从而保持无功优化协调的有效性。

2.3 通讯方式

为确保配电网无功协调灵活性、可靠性,并实现Agent信息共享、全局性决策,保持整个多A-gent系统的协调性,本文通过采用联邦系统通讯与广播通讯相结合,以及黑板系统两种通信方式,从而满足各个Agent能获得足够的数据以保证自身Agent的控制和与其他Agent的协同控制。

(1)联邦系统通讯与广播通讯相结合 这是一种直接的信息传输方法,采用这种方法各代理之间的交互可以是通过联邦体来实现,代理可以动态地加入联邦体,接受联邦体提供的服务。这些服务包括接受代理加入、记录加入代理的能力和任务、提供通信服务、对代理提出的请求提供响应以及提供知识转换与消息路由等等。采用这种方法各代理之间的交互也可以通过广播进行消息传输,通过广播把消息发给每个代理或一个组,通常发送者要指定唯一的地址,唯有符合该条件的代理才能够读取这个消息。

(2)黑板系统 这是一种间接的信息传输方法,由于直接的信息传输两个代理间消息是直接交换的,执行中没有缓冲,如果不发送给它,该代理就不能读取,因此为了保证其他代理系统可以获得相应的数据,还将采用间接信息传输的黑板系统进行补充。黑板系统通过一个共享的被称为黑板的数据仓库进行通信,黑板是一个Agent写入消息、公布结果并获取信息的全局数据库或知识库,所有必要的信息都可以张贴在黑板上供所有的Agent检索。在应用中黑板系统按照所研究的Agent问题划分为几个层次,工作于相同层次的Agent能够访问相应的黑板层以及邻近的层次。

3 电压无功协调控制

在多Agent无功协调控制系统框架下,各A-gent可在分层原则进行相互通讯、协调运作。

3.1 协调控制系统的具体分层

在电网的无功控制中多Agent系统的控制可以分为三个层级:一级代理为节点Agent,进行对单个无功补偿设备或变压器等无功设备的具体控制,一个节点Agent对应一个控制设备;二级代理为区域Agent,负责对所辖区域内节点A-gent进行协调控制,从而达到整个区域无功分配的目的;三级代理为配网Agent,负责对所辖配网内区域Agent的无功分配管理,实现整个配网的无功调节,是配网无功协调系统中最高级Agent。

(1)一级代理 一级代理由节点 Agent组成,可以直接对无功补偿设备和电压分接头进行控制。这层代理对外界有抗干扰能力,能够对外界微小的变化做出相应的调整,在调整过程中不需要上级代理的干涉。一级代理同时具备数据采集、存储、通讯和控制功能。其中数据采集功能负责采集所控节点状态,包括电压、电流、有功无功、变压器分接头、变压器温度等的采集;存储功能负责存放采集下来的数据、元件Agent自身的操作流程、无功补偿设备配置情况等;通讯功能负责与区域Agent通讯,接收指令,并通过与相邻节点Agent通讯微调无功输出;控制功能根据区域A-gent发出的无功控制命令,调节无功电源出力或有载调压分接头位置,确保电压在安全可控范围。

(2)二级代理 二级代理由区域 Agent组成,采用集中控制,主要负责对所辖节点Agent进行协调控制。区域Agent主要用于优化所在区域无功电压控制运行,其主要功能有无功优化、存储和通讯等。其中,无功优化功能通过在知识库中存放的无功电压优化算法(例如遗传算法,蚁群算法等智能算法),分配所管辖节点无功出力;存储功能储存所管辖区域电压、电流有功无功等节点参数,同时储存优化计算后的结果,以便其他级别的Agent查询;通讯功能负责与上级Agent通讯,协调无功控制方案;负责与下级Agent通讯,接收下级Agent信息,发布调控命令。

(3)三级代理 三级代理由配网 Agent组成,负责整个网络的优化、添加、删除区域Agent的等工作,对电网有作重大决策的决策权,是最高一级代理,其主要功能有优化、通讯和存储等。其中优化功能运用网格并行计算优化每个区域的电压、无功情况,并与区域Agent相互通讯协调使整个配电网无功配置最优化;通讯功能负责接收配网Agent信息,并发布调控信息;存储功能负责把电网分区结果、优化计算结果、优化计算的参数和各Agent的设备信息等数据存储起来,供同级配网Agent或所辖Agent代理查询。

3.2 协调控制

在实现多Agent分层后,通过基于多Agent系统的配网无功协调控制的程序可以实现配电网的具体无功优化,如图3所示。程序中的初始化主要用来定义各个代理的基本行为准则。例如在元件Agent中定义,当所采集电压超出设定值但小于3%时,可由元件Agent进行自行调节使电压恢复稳定;当电压超出设定值且大于3%时,由元件Agent向区域Agent传输本节点运行参数,由区域Agent统一进行总体调度处理。程序中的节点Agent为节点上各种无功元件提供独立的控制,包括发电机、调相机、电容器、SVCD和STATCOM等。程序中的区域Agent,在区域管辖范围内对各元件代理进行协调控制以达到目标最优化。程序中的预估环节主要是用于提供预估模型,对区域配网的内部情况和外部情况进行综合分析,提出控制策略为各代理控制提供参考。程序中的信息处理为配电网与区域电网之间提供一个统一的信息通讯平台,把上级电网的信息整理并转换为区域电网代理所能运用的标准格式后提供给预估环节。程序中的配电网Agent具有整体协调控制配电网的功能,并与其他配电网Agent相互交流。

图3 多Agent协调控制的程序

多Agent协调控制运行有如下步骤。第一步,初始化单元,把各个代理运行时所必须的约束条件和基本准则分配到各代理中。第二步,由节点Agent采集节点参数及无功元件的运行参数,同时在一定范围内为各元件提供必要的控制。第三步,节点Agent把所控制元件的运行状况提供给区域Agent,同时区域Agent对节点Agent提供控制策略并交由节点Agent自行改变各元件的运行状态。第四步,各区域Agent首先把各自管辖区域的运行状况提供给配网Agent,配网A-gent结合其他外部配网Agent的运行参数,进行初步的数据处理后通过信息处理系统统一格式传给预估环节。第五步,预估环节通过模型预测后把每个区域的无功控制策略反馈到相应的区域Agent。在区域Agent改变电网运行状态后,配网Agent再一次把运行参数提交给预估环节以进行进一步的调整。

通过不断的协调控制,多Agent将会使配电网在满足对上级电网提供适当电能的同时,保证了自身电网的安全、可靠、经济运行。

3 结论

本文给出了一个基于多Agent的配电网电压无功协调控制系统的结构方案,目的是根据电压无功控制分散、分布的特点将多Agent技术引入到配电网无功电压调节中。方案中的A-gent系统共分节点Agent,区域Agent和配网A-gent三级,通过对所在节点无功设备的直接操作以及地区电网之间的相互协调,实现了整个配电网的无功协调控制。随着多Agent理论的不断成熟和深入研究,网络化、分布式的多Agent技术在配电网电压无功控制中将能得到更好的应用。

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