浅谈微电网中多代理系统的应用

蒋仁鑫

摘要：微电网是一种完成度很高的可再生能源集成方案，拥有光明的未来；多代理系统是一种新型的智能体集合，可以在拓扑结构上对微电网中的设备进行完全覆盖，其运行模式的切换能力能够满足微电网的多种需求，而分布式计算能力能够在未来实现更智能的微电网功能。因此，以多代理系统为基本功能平台，开发优良的各类功能，将会促进微电网和智能电网技术的发展。本文就针对微电网中多代理系统的应用进行了分析，以供参考。

关键词：微电网；多代理系统；应用

微电网技术拥有光明的前景，鉴于其相对于传统电网的特殊性，开发并完善满足微电网监视、控制和优化等各类需求的功能平台关系到此项技术的可用性，对其发展有着至关重要的作用。由传统电网中各节点的交互方式引入的集中式功能平台完全依照网络中枢节点的命令和决策进行统一行动，行动快速且具有全局视野。但由于中枢节点在正常运行模式下的控制和运算负担已经较重，集中式功能平台无法响应微电网中各种不同设备的个性化需求，降低了微电网运行的灵活性；新兴的分布式平台中每一个节点完全对等，能够胜任更加灵活的协作方式。但在进行微电网控制时，分布式功能平台中没有节点拥有整体的控制权限，无法为微电网提供有效的全局控制，难以满足实际的控制需求；多代理系统（Multi-AgentSystem，MAS）是一种全新的智能体集合，其基本架构为每一个下层Agent拥有完整的智能，可以独立行动；若干下层Agent听从一个上层Agent的指令，从而可以配合上层Agent的调度实现全局性的行动。这种结构使得MAS兼具集中和分布式平台的优点。

MAS很适合作为功能平台为微电网服务。针对其实际运行需求开发和完善MAS平台的功能，可以大大提高微电网技术的可用性，并推动未来智能电网技术的发展。为此，本文基于多代理系统（MAS）构建了微电网控制系统。

1系统结构及通信方式

本文提出的基于MAS的微电网控制系统共分为3层，即元件Agent、微电网Agent、上级电网Agent。微电网中各底层元件（包括发电机、负荷等）都作为独立的Agent运行。同时设定微电网Agent对这些Agent进行管理，例如接受元件Agent信息、根据微电网运行状况及调整策略为其提供相应的控制策略等。微电网Agent与上级电网Agent之间通过通信协调解决各Agent之间的任务划分和共享资源的分配。上级电网Agent负责电力市场以及各Agent间的协调调度，并综合微电网Agent信息做出重大决策。

不同的Agent还保持一定量的数据通信以更好地保证各自决策的合理性。这种结构与通信方式适应了微电网分布、复杂、灵活的特性。基于MAS的微电网控制系统通信方式为：①直接信息传输，即点对点、点对面的联邦系统通信与广播通信的直接信息交换方式；②间接的信息传输——“黑板”系统，即将所有必要的信息张贴在一个叫“黑板”的全局数据库上，供相同或相近层次的Agent检索的间接式信息交换方式。这种方法为Agent提供了足够的数据进行协同控制。

2系统功能及协调控制策略

2.1Agent具体功能

MAS中，每个Agent都有数据处理和通信功能，可将处理后的数据（如运行参数、协调策略等）与对应的Agent相互通信，从而进行协调调度。同时，各Agent还具有各自不同的功能，具体如下：①微电网Agent具有数据综合处理、方案制定、命令发布及与主网并网功能。②光伏电池Agent拥有最大功率点跟踪（MPPT）功能、电池板监测和保护功能、逆变并网功能，以保证光伏电池能够可靠、安全地运行。③燃料电池Agent具有水处理、燃料处理及空气供给、氢氧含量监控及燃料注入控制、热量处理、功率调节及并网等功能。④蓄电池Agent具有对蓄电池电压、电流、储能的监控功能，还有充放电功能和启停限定功能。

2.2协调控制策略

2.2.1非并网微电网协调控制策略

各Agent之间的协调控制策略为：各Agent通过数据处理得出结果后，再判断各自元件（光伏电池、燃料电池等）的状态，根据判断结果决定各自控制模式。①若光伏升压、燃料电池非低位运行，则光伏电池Agent继续以MPPT模式运行，同时通知燃料电池Agent减少供电。②若光伏升压、燃料电池低位运行，则微电网Agent通知蓄电池Agent充电。③若光伏欠压则通知蓄电池Agent放电，燃料电池Agent增加供电，并继续判断光伏供电是否结束，若是，则结束光伏发电，改由燃料电池供电，否则光伏发电运行在MPPT模式。④若光伏升压、燃料电池低位运行，则蓄电池Agent继续判断蓄电池充电是否超越限制，若是，则微电网Agent收到蓄电池Agent请求后通知光伏电池Agent直接改变为电压限制（VL）模式，否则继续判断蓄电池是否充满，若未充满，则继续保持光伏电池Agent为MPPT模式，若充满，则改变光伏电池Agent的模式为VL模式，直到仅靠光伏发电不能维持电压稳定。

2.2.2并网后微电网各Agent的协调控制

1）微电网内部各Agent的调度。并网后，各Agent的协调方案为：①光伏发电一直保持MPPT模式；②蓄电池Agent停止运行；③微电网Agent将增加与各级Agent之间的通信协调工作。

2）微电网Agent与主网Agent的协调调度分为稳态运行和发生故障2种情况。稳态运行时，上级电网Agent综合其下层Agent信息后，以多目标优化的思想对电网进行分析，进而对各Agent的出力进行协调。这些目标主要包括经济性指标、电能质量指标等。当最高级Agent给微电网Agent分配了定值后，微电网Agent就可通过对最底层Agent的调度形成对上级电网的有效支撑，如参与配电网的频率、电压控制和谐波治理等，而不需要主网对每个微型电源进行指令干预。

并网后发生故障时，由于Agent的分布式特性，可由相应Agent迅速定位故障点位置。当故障点在微电网内部时，由微电网Agent通过综合各元件Agent的信息给出相应调整；当故障点在微电网外部时，通过主网Agent与各高级Agent相互通信以确定故障严重程度。如超出自身调节能力，相应微电网Agent可选择与主网断开，进入孤岛运行，这样可同时保证主网与微电网的安全稳定运行。

3算例分析

以IEEE9节点系统为基本框架，节点2和节点3为光伏发电，节点1为燃料电池和蓄电池。以一天中的9：00～21：00时间段为蓝本，以微电网发电效率最大化为目标，分析经过MAS协调控制后各元件运行情况。

从仿真相关结果图中可知，微电网中的各Agent在不同时间段、不同情况下，都进行了相应的模式调整。操作模式的灵活调度让微电网在保持安全、稳定运行的同时保持了微电网的最大效率；微电网各节点电压都控制在可接受范围内；蓄电池在保持自身安全稳定运行的同时对微电网的能量控制也进行有效的补充和调节。

结语

微电网对本地负荷的持续供电能力、可扩展性、较小的硬件投资和灵活的运行方式使其不仅能够对现有大电网供电模式形成良好的补充，更为未来智能电网的发展提供了良好的平台；MAS是近年来计算机技术研究者提出的新的功能平台，它能完全覆盖微电网的全部设备、可在集中和分布式运行模式间自由切换的能力、高可扩展性以及未来对人工智能算法的支持等优势使其在现阶段能很好地满足微电网的各种要求，并在未来大大促进微电网技术的后续发展。MAS是一个优秀的微电网功能平台，完善其在微电网各种运行场景中的功能并提升MAS的竞争力，将会推动微电网和智能电网技术的快速发展。

参考文献：

[1]蔡高原，吴红斌，季宇，等.基于多代理系统的自治微电网有功协调控制[J].太阳能学报，2017，38（3）：781-788.

[2]肖湘宁，王鹏，陈萌.基于分布式多代理系统的孤岛微电网二次电压控制策略[J].电工技术学报，2018，33（8）：1894-1902.