基于多智能体的微电网电压稳定性协调控制系统
2018-05-15李正明徐鹏坤单晓晨
李正明 徐鹏坤 单晓晨
摘 要： 针对传统智能优化算法在调节含分布式电源的微电网电压稳定性时不稳定、过早收敛的问题，提出一种基于多智能体的微电网电压稳定性协调控制系统。该系统采用集中式和分布式管理相结合的方式来提高微电网的电压稳定性，在监控电压稳定性指标的同时解决电压越限的问题;同时，使用配电网智能体实时监控分布式电源总控智能体和调压智能体，通过调节分布式电源智能体的有功与无功出力来调节微电网电压。在含有3个分布式电源的IEEE 33节点系统上的仿真测试结果表明，该系统能有效解决含分布式电源的微电网电压越限的问题，调节电压稳定性。
关键词： 微电网; 分布式电源; 多智能体; 电压稳定性; 智能优化算法; 电压越限
中图分类号： TN86?34; TM76 文献标识码： A 文章编号： 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
随着分布式发电及其并网技术的日渐成熟，分布式电源的成本不断降低，越来越多的分布式电源出现在人们的日常生活中[1]。然而，大量分布式电源接入微电网，不仅会将原来的单电源辐射型微电网结构转变为遍布式结构，且还会严重影响微电网的潮流分布、电能质量和继电保护，从而对微电网的电压稳定性造成极大冲击[2?3]。
研究表明，分布式电源接入微电网后将改变微电网的潮流分布，导致电网出现电压波动或电压越限的风险[4]。目前，国内外研究者对此做了大量研究：文献[5]使用双母线模型研究单分布式电源接入微电网时电压分布的变化;文献[6]研究光伏电源接入电网时对电压稳定性的影响，并解决了电容量光伏电源导致的电压越限问题;文献[7]分别研究感应发电机型和异步电机型分布式电源对微电网电压的影响，并建立了电压失稳模型，同时，许多研究者也提出大量的优化配置模型和算法对含分布式电源的微电网进行优化;如文献[8]使用遗传算法优化含分布式电源的微电网静态电压稳定模型，求解不同投资成本要求约束的系统电压稳定性;文献[9]使用静止同步补偿器建立分区、分阶段电压协同控制策略，以保证系统电压的稳定性。
虽上述方法使用解析求解和启发式策略取得了一定的效果，但智能优化算法容易出现早熟现象[10?11]。因此，本文提出一種基于多智能体的微电网电压稳定性协调控制方法。其采用集中式和分布式管理相结合的方式来提高微电网的电压稳定性，在监控电压稳定性指标的同时解决了电压越限的问题。
1 基于多智能体的微电网电压控制系统
多智能体技术将庞大复杂的微电网模块化为多个具有计算、传感、通信和执行能力的智能体（Agent），并通过智能体间的协同合作实现电网调控的目标。该调控方法具有良好的自适应性和自主性，能有效提高系统的鲁棒性与可靠性。为了便于控制中心统一管理各分布式电源，本文首先建立分布式电源总控制器，并与所有分布式电源构成一个总控制智能体。如图1所示为基于多智能体的微电网结构图。图中分布式电源DG对应的控制器为DGC，箭头表示信号的传递方向。
同时，本文将分布式电源、微电网和调压设备均看作智能体。建立了如图2所示的基于多智能体的微电网电压稳定性协调控制系统。
该系统使用配电网智能体实时监控分布式电源总控智能体和调压智能体，其具体工作流程为：当微电网电压不稳定时，先确定系统电压的最薄弱点，并重点监控该片区域;当电压满足越上限的条件时，配电网智能体向分布式电源总控智能体和调压智能体发送调压指令;当分布式电源智能体接收到调压指令后，通过调节自身的有功和无功出力来调节微电网电压;最后，通过分布式电源总控智能体和调压智能体间的通信达到协调控制的效果。
2 多智能体协调控制策略
基于多智能体的微电网电压稳定性协调控制系统，通过调压智能体和分布式电源智能體间的通信达到协调控制的效果。单个智能体的状态方程表示为：
3 仿真测试与分析
本文采用如图3所示的IEEE 33节点微电网系统进行仿真测试。该微电网包含3个分布式电源DG1，DG2和DG3，其功率分别为500 kW，200 kW和500 kW，微电网电压基准值为12.66 kV。
本文使用Matlab软件进行仿真测试，计算得到各节点的L值如表1所示。从表中可知，支路11的L值最大，即该支路最为薄弱。因此，重点监控该条线路，当其电压满足越上限条件时，调节分布式电源智能体自身的无功出力进行无功补偿。图4所示为无功补偿前后，微电网各节点的电压变化情况。
对比图4中曲线1和曲线2可以看出，使用本文提出的多智能体电压稳定性协调控制策略后，各节点均位于电压上限之下，趋于稳定。由此表明，所提出的控制系统能有效调节含分布式电源的微电网电压稳定性。
4 结 语
本文针对分布式电源接入微电网后将导致电压越限等风险，故提出一种基于多智能体的微电网电压稳定性协调控制方法。该系统采用集中式和分布式管理相结合的方式，来提高微电网的电压稳定性。同时，提出一种多智能体协调控制策略以有效地解决电压越限的问题。在含有3个分布式电源的IEEE 33节点微电网系统上的仿真测试结果表明，该系统能有效调节含分布式电源的微电网电压稳定性。
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