基于多代理系统的直流微电网分区域式稳定控制方法研究

原文发表在《电力工程技术》2017年36卷第5期，欢迎品读

本文引文信息

郝雨辰，江叶峰，仇晨光，等. 基于多代理系统的直流微电网分区域式稳定控制方法研究[J]. 电力工程技术，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.

基于多代理系统的直流微电网分区域式稳定控制方法研究

郝雨辰，江叶峰，仇晨光，等

1.研究背景

随着能源危机的加剧、环境污染的蔓延，以新能源为载体的分布式发电得到了蓬勃发展，微电网作为分布式发电的高级应用形式，通过源荷协调技术、能量管理方案、并离网切换手段有效提高了用户供电可靠性、能源利用环保性、系统运行经济性。与交流微电网相比，直流微电网具有以下优点：便于直流电源的接入；仅需考虑直流母线电压的恒定、无需考虑同步操作、无功补偿等复杂控制；能有效减少电力电子装置的大量使用从而降低能量转换造成的损失。基于直流微电网的结构属性和分布式电源的运行特点，以直流母线电压的恒定作为控制目标，针对系统中各单元隶属于不同用户的情况，利用多代理系统构建信息网络，提出以各分布式电源自协调、自管理、自组网为策略实现的直流微电网分区域式稳定控制方法。选择直流微电网系统中的独立子区域作为研究对象，设计不同供求关系下的系统稳定控制策略，实现基于信息流的功率流的重新分配与优化。

2.适用于直流微电网分区域式稳定控制的多代理系统

典型的具有区域自治性的直流微电网结构如图1所示，其中直流母线电压额定值设为800V，并经静态开关在公共连接点处与外部电网相连。

图1 直流微电网分区域式结构模型

根据图1所示直流微电网的结构，设计相应的分区域式稳定控制方法，其核心思想在于，利用各区域内微电源控制器（MC）与其他关联区域内MC的通信，根据协商结果控制区域间开关的通断，以自组网的形式进行发电功率的合理调度以维持区域子系统的电压稳定。由于直流微电网中不考虑无功功率的流动，直流母线电压的变化是系统有功功率供求波动的外在体现。因此，对于图1中各区域子系统，均可由直流母线电压的状态制定相应的稳定控制方法，如图2所示。

图2 直流微电网中各区域子系统决策流程

根据图1所示直流微电网结构模型，构建适用于图2分区域式稳定控制决策流程的多代理系统，其中包括区域各发用电单元对应的Agent，以及系统级的DF Agent和完备的点对点通信网络，DF Agent的作用在于给各MC Agent提供发布、更新和删除各区域供电裕量和运行状态的信息平台，但不具备传统集中控制的主动协调能力；点对点通信网络为Agent间的通信交互提供了网络支持。

图3 各区域代理间交互关系

3.仿真分析

图1所示直流微电网系统中，区域2,3内的燃料电池具有输出功率可控性，区域1内PV的不可控性和SC的充放电制约性，使得两者构成的复合供电系统具有复杂的运行特点。因此，以区域1为研究对象，采用表1所列参数。 其中为了避免SC频繁启停，设定SC的动作值为20V，电压波动小于±5％额定值的稳定要求，下面的仿真结果证明了本文所述基于多代理系统的直流微电网分区域式稳定控制方法的有效性。

表1 直流微电网主要单元参数信息

如图4所示。初始状态下采用最大功率跟踪控制模式的PV出力大于区域1中负荷所需，其直流母线电压上升，PV Agent即利用Query协议与SC Agent通信，得其同意后闭合两者间开关，SC开始工作于充电稳压状态，使得直流母线电压回落并稳定在额定值800V，如图4(a)所示。0.7s时区域1负荷增大，对应直流母线电压稍有波动，SC充电功率也相应减小，如图4(b)所示。

直至1.23s时SC充电饱和，SC Agent即通知PV Agent并断开两者间开关。由于PV输出功率仍大于负荷所需，导致直流母线电压继续上升，由于SC不再具备充电裕量，由此PV Agent利用 Ｒｅｑｕｅｓｔ 协议查询DF Agent得到PEMFC Agent和SOFC Agent的通信方式，之后采用合同网通信协议与两者进行交互， 并选定SOFC Agent作为合作对象，于1.4s时闭合区域1,3间开关，从图4(c)可见1.4s前区域 3直流母线电压稳定在800Ｖ，两区域联通后由于得到了区域1的功率输入，区域3中SOFC的输出功率具有明显的下降，而两区域母线电压具有一致性。上述过程中Agent间的信息交互如图4(d)所示。

图4 区域内供大于求时分区域稳定控制结果

4.结束语

随着新能源项目的发展，势必形成一定区域内分属于不同用户的、以分布式电源为主导、自带负荷的新型系统，各区域间既相互依存又相互竞争，本文针对这种新情况，以直流微电网为研究对象，提出基于多代理系统的分区域式稳定控制方法，通过各区域子系统的自我识别和自我管理，利用多代理系统提供的服务发布与搜索功能，可实现不依赖于集中控制器的底层单元间的自通信、自决策和自组网，提高了系统的运行可靠性和灵活性，仿真结果验证了所提策略的有效性，不仅能保持系统的运行稳定，而且能体现不同电源的运行特点。