基于多Agent的光伏并網發電控制系統設計

翟軍昌

（渤海大學 遼寧 錦州 121000）

光伏發電是利用太陽電池將太陽光能直接轉化為電能的一種發電方式，光伏發電系統主要由太陽電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成。光伏發電作為一種可再生資源，它具有維護簡單，使用區域受限較小等優點。光伏發電可以作為公共電網的一種補充備用[1]，可以對電網調峰，提高電網末端的電壓穩定性，改善電網的功率因數回饋電網，不需單獨配置蓄電池使發電成本降低，而且光伏發電出入電網靈活，既有利于改善電力系統的負荷平衡，又可以降低線路損耗。

由于光伏發電方式與傳統發電方式不同，所以在光伏并網發電后會對電網產生一些影響。首先由于受多種因素影響，光伏發電系統輸出功率具有不連續和不確定的特點，因此光伏電站的輸出功率隨機性很強，運行控制困難，尤其當光伏電源的容量與本地負載容量不匹配時，如果光伏電源輸出功率隨著環境條件變化較大，則接入點的電網電壓波動更大。其次當光伏發電產生的直流電變成交流電時易產生諧波，大量諧波的產生會對電網會造成諧波污染，而且在并網逆變器輸出輕載時諧波明顯變大。最后，當電力公司的供電系統，因故障事故或停電維修等原因而停止工作時，安裝在各個用戶端的光伏并網發電系統，未能即時檢測出停電狀態而迅速將自身切離電網，因而容易形成孤島現象[1-3]。因此，開展提高光伏并網發電運行控制策略的研究具有重要的意義。

本文針對光伏并網的特點和容易產生的問題，利用計算機通信技術結合多Agent[4-5]技術建立一個分布式協同的光伏發電并網控制系統，從而實現光伏并網發電安全運行，使光伏發電與電網互為支撐。

1 Agent介紹

Agent[4-5]也被稱為智能體，是一種處于一定環境下包裝的計算機系統，為實現設計的目的它能在某種環境下靈活地、自主地活動。單個Agent具有主動獲取主機或Internet網絡環境信息，響應環境狀態變化的特性（自主性）[5]；單個Agent在沒有人為干預的前提下，Agent根據實體的目標和意圖自動執行相應的操作的特性（自治性）[5]；單個Agent能夠對所處環境感知并作用其所處的環境（反應性）；單個Agent能夠基于歷史活動的執行情況指導未來的行為（學習性）[5]；Agent有能力與其他Agent交互（通信性）等特點[5]。

單個Agent的知識、信息和資源是有限的，可以將多個具有不同功能的單Agent組合在一起構成一個多Agent系統MAS（Multi-Agent system）協同來完成一個復雜的任務。在MAS中，每個Agent是松散藕合的，它們之間可以自動感知周圍的環境相互通信相互合作來解決一個復雜的問題[3]。每個Agent可能具有不同的目標、知識和能力，如果某個Agent出現故障不會影響其它Agent運行，也不會影響整個系統的運行。由于Agent可以協同工作，如果某個Agent發生故障則可由其它的Agent來暫時管理控制其所管轄的區域，因此MAS的魯棒性較好。此外MAS極易擴充，MAS可以按照某種規則和要求增加相應的Agent，也可以刪除其中的某Agent，重新組合優化MAS建立新的多Agent系統。多Agent系統具有分布性、協作性、較好的魯棒性和易擴充性，所以多Agent系統適合光伏并網問題的檢測應用[2-3]。

2 系統結構設計

由于光伏發電并網運行受到諸多因素的影響，考慮到光伏發電并網運行的特點，利用計算機網絡通信技術結合多Agent技術，建立一個以電網與各局部區域光伏發電站協同合作的控制系統，該系統具有分布式的特點，電網變電站控制端由一個由多個Agent系統構成，電網控制端可以控制管理電網自身的運行，以及對各光伏電站進行管理。每個光伏電站可以獨立管理運行，同時也可以與其附近的光伏電站協同運行，在任何一個光伏電站發生故障時，其它光伏電站可以代替其管理運行。

2.1 電網控制端結構設計

電網控制端由管理 Agent、監聽 Agent、執行 Agent、發電站信息數據庫和光伏電站數據信息庫構成，如圖1所示。

圖1 電網控制端結構設計Fig.1 Grid control structure design

2.1.1 管理Agent

管理Agent為管理員提供人機交互界面，它主要由以下幾個功能模塊組成：

1）維護管理本地電站發電信息數據庫，如歷史發電負荷量和時間等。

2）對光伏電站信息數據庫及時更新和維護，通過人機界面模塊可以添加、刪除、編輯查詢各地光伏電站信息。

3）管理響應監聽Agent信息。

4）響應各地光伏電站管理Agent的反饋信息。

5）向監聽Agent和執行Agent發送指令。

2.1.2 監聽Agent

監聽Agent時刻監聽并網與脫網請求信息，監聽電網自身運行，以及一些重要數據和故障等信息，它主要由以下幾個功能模塊組成：

1）監聽光伏發電站請求與變電站并網與脫網信息。

2）監聽發電站母線的電壓、頻率、相位、有功功率、功率因數等信息。

3）監聽光伏發電并電網后，帶來的各種擾動，如：電壓閃爍和諧波、電壓脈沖、浪涌、電壓跌落、頻率偏移、瞬時供電中斷等動態電能質量問題。

4）監聽電網的運行方式時刻變化，電網中負荷變化的信息。

5）監聽電網故障信息。

6）向管理Agent和執行Agent發送指令。

2.1.3 執行Agent

執行Agent根據管理Agent和監聽Agent發出的指令執行相應的操作，它主要由以下幾個功能模塊組成：

1）處理光伏發電站變電站并網與脫網請求。

2）根據發電系統母線數據的母線電壓和頻率，計算電網的負荷量，執行相應的并網與脫網操作。

3）根據區域內負荷用電，通過新型配電網能量管理系統實現全網能量優化調度和經濟運行。

4）處理光伏發電并網后出力隨機性引起的系統頻率偏移，實施對出力變化的補償和協調控制，減小光伏發電并網對配電網的影響。

5）處理電網內部故障和孤島問題。

6）向管理Agent和監聽Agent反饋處理信息。

2.2 光伏站控制端結構設計

電網控制端由管理 Agent、監聽 Agent、執行 Agent、發電站信息數據庫和天氣數據信息庫構成，如圖2所示。

圖2 光伏站控制端結構設計Fig.2 Photovoltaic station control structure design

2.2.1 管理Agent

管理Agent為管理員提供人機交互界面，它主要由以下幾個功能模塊組成：

1）管理維護本地光伏發電站發電信息數據庫和天氣信息數據庫。

2）向發電站發送并網和脫網信請求。

3）管理響應監聽Agent信息。

4）向監聽Agent和執行Agent發送指令。

2.2.2 監聽Agent

監聽Agent主要由以下幾個功能模塊組成：

1）監聽變電站請求與變電站并網與脫網信息。

2）監聽供電區域的地理和氣候等信息。

3）監聽并網前后光伏電站以及發電網中負荷信息的變化。

4）監聽發電站供電系統和其他光伏電站故障信息。

5）向管理Agent和執行Agent發送指令。

2.2.3 執行Agent

執行Agent主要由以下幾個功能模塊組成：

1）處理變電站并網與脫網請求。

2）根據供電系統電網的負荷量母線、電壓、頻率和相位信息執行并網與脫網操作。

3）根據故障信息和孤島效應執行并網與脫網操作，實現孤島效應保護功能。

4）根據供電區域的能源、交通運輸、地理和氣候等因素，對光伏電站發電量進行能量優化調度和經濟運行。

3 系統實現

對于系統的實現，在充分考慮到光伏并網發電的特點基礎上，關鍵的問題是Agent的設計、系統優化調度算法和系統的開發平臺。

3.1 Agent結構設計

單個Agent體系結構如圖3所示，它由感知部分、通信部分、執行部分和知識庫組成。?通過環境感知部分Agent可以對外部環境信息進行感知，通過通信模塊負責Agent之間的信息的交互和傳遞，執行部分可以執行每個Agent對應的任務，通過知識庫Agent可以根據在歷史活動中學到的知識進行推理決策。

圖3 Agent結構Fig.3 Agent structure

3.2 系統優化調度算法

系統優化調度算法采用文獻[6]提出的方法，文獻[6]中提出利用混沌自適應粒子群優化算法對反饋型神經網絡的初始化權值和閾值進行優化，將粒子群優化算法與反饋型神經網絡相結合建立CAPSO-RNN網絡進行訓練。采用隸屬度函數對溫度進行模糊化處理從而提高預測精度，收斂速度更快、穩定性更好、預測結果更精確，更適合于光伏系統發電功率的預測[6]。

3.3 開發平臺

系統采用Java語言作為開發平臺，數據庫采用SQL Sever，Agent之間的通信語言采用知識查詢與處理語言（Knowledge Query and Manipulation Language，KQML）[5]。

4 結束語

本文針對光伏發電并網產生的問題，結合多Agent技術建立基于多Agent技術的分布式協同光伏發電并網控制系統模型，系統優化調度算法采用文獻[6]提出的優化方法，依靠Agent技術的特點實現對光伏并網問題的預判和保護，從而實現光伏發電并網安全運行。

本文下一步研究工作，針對文中提出的控制系統模型盡行系統優化調度分析。

[1]陳赟.風力發電和光伏發電并網問題研究[D].上海：上海交通大學，2009.

[2]余濤.光伏發電并網關鍵技術及其對電網的影響研究[D].上海：上海交通大學，2012.

[3]張伯泉.人工智能及其在風一光互補發電場中的應用研究[D].廣東：廣東工業大學，2007.

[4]詹紅霞，顏泉.Multi-Agent系統在電力系統中的應用[J].重慶大學學報，2006，29（11）：53-57.ZHAN Hong-xia，YAN Quan.Application of multi-Agent technology in power system[J].Journal of Chongqing University，2006，29（11）：53-57.

[5]李薇，張鳳鳴.多Agent技術研究與應用[J].微計算機信息，2006，22（8-3）:293-295.LI Wei，ZHANG Feng-ming.Research and application of multi-Agent technology[J].Microcomputer Information，2006，22（8-3）:293-295.

[6]趙杰.光伏發電并網系統的相關技術研究[D].天津：天津大學，2012.