基于多智能體的微電網電壓穩定性協調控制系統

李正明 徐鵬坤 單曉晨

摘 ?要： 針對傳統智能優化算法在調節含分布式電源的微電網電壓穩定性時不穩定、過早收斂的問題，提出一種基于多智能體的微電網電壓穩定性協調控制系統。該系統采用集中式和分布式管理相結合的方式來提高微電網的電壓穩定性，在監控電壓穩定性指標的同時解決電壓越限的問題;同時，使用配電網智能體實時監控分布式電源總控智能體和調壓智能體，通過調節分布式電源智能體的有功與無功出力來調節微電網電壓。在含有3個分布式電源的IEEE 33節點系統上的仿真測試結果表明，該系統能有效解決含分布式電源的微電網電壓越限的問題，調節電壓穩定性。

關鍵詞： 微電網; 分布式電源; 多智能體; 電壓穩定性; 智能優化算法; 電壓越限

中圖分類號： TN86?34; TM76 ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 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

隨著分布式發電及其并網技術的日漸成熟，分布式電源的成本不斷降低，越來越多的分布式電源出現在人們的日常生活中[1]。然而，大量分布式電源接入微電網，不僅會將原來的單電源輻射型微電網結構轉變為遍布式結構，且還會嚴重影響微電網的潮流分布、電能質量和繼電保護，從而對微電網的電壓穩定性造成極大沖擊[2?3]。

研究表明，分布式電源接入微電網后將改變微電網的潮流分布，導致電網出現電壓波動或電壓越限的風險[4]。目前，國內外研究者對此做了大量研究：文獻[5]使用雙母線模型研究單分布式電源接入微電網時電壓分布的變化;文獻[6]研究光伏電源接入電網時對電壓穩定性的影響，并解決了電容量光伏電源導致的電壓越限問題;文獻[7]分別研究感應發電機型和異步電機型分布式電源對微電網電壓的影響，并建立了電壓失穩模型，同時，許多研究者也提出大量的優化配置模型和算法對含分布式電源的微電網進行優化;如文獻[8]使用遺傳算法優化含分布式電源的微電網靜態電壓穩定模型，求解不同投資成本要求約束的系統電壓穩定性;文獻[9]使用靜止同步補償器建立分區、分階段電壓協同控制策略，以保證系統電壓的穩定性。

雖上述方法使用解析求解和啟發式策略取得了一定的效果，但智能優化算法容易出現早熟現象[10?11]。因此，本文提出一種基于多智能體的微電網電壓穩定性協調控制方法。其采用集中式和分布式管理相結合的方式來提高微電網的電壓穩定性，在監控電壓穩定性指標的同時解決了電壓越限的問題。

1 ?基于多智能體的微電網電壓控制系統

多智能體技術將龐大復雜的微電網模塊化為多個具有計算、傳感、通信和執行能力的智能體（Agent），并通過智能體間的協同合作實現電網調控的目標。該調控方法具有良好的自適應性和自主性，能有效提高系統的魯棒性與可靠性。為了便于控制中心統一管理各分布式電源，本文首先建立分布式電源總控制器，并與所有分布式電源構成一個總控制智能體。如圖1所示為基于多智能體的微電網結構圖。圖中分布式電源DG對應的控制器為DGC，箭頭表示信號的傳遞方向。

同時，本文將分布式電源、微電網和調壓設備均看作智能體。建立了如圖2所示的基于多智能體的微電網電壓穩定性協調控制系統。

該系統使用配電網智能體實時監控分布式電源總控智能體和調壓智能體，其具體工作流程為：當微電網電壓不穩定時，先確定系統電壓的最薄弱點，并重點監控該片區域;當電壓滿足越上限的條件時，配電網智能體向分布式電源總控智能體和調壓智能體發送調壓指令;當分布式電源智能體接收到調壓指令后，通過調節自身的有功和無功出力來調節微電網電壓;最后，通過分布式電源總控智能體和調壓智能體間的通信達到協調控制的效果。

2 ?多智能體協調控制策略

基于多智能體的微電網電壓穩定性協調控制系統，通過調壓智能體和分布式電源智能體間的通信達到協調控制的效果。單個智能體的狀態方程表示為：

3 ?仿真測試與分析

本文采用如圖3所示的IEEE 33節點微電網系統進行仿真測試。該微電網包含3個分布式電源DG1，DG2和DG3，其功率分別為500 kW，200 kW和500 kW，微電網電壓基準值為12.66 kV。

本文使用Matlab軟件進行仿真測試，計算得到各節點的L值如表1所示。從表中可知，支路11的L值最大，即該支路最為薄弱。因此，重點監控該條線路，當其電壓滿足越上限條件時，調節分布式電源智能體自身的無功出力進行無功補償。圖4所示為無功補償前后，微電網各節點的電壓變化情況。

對比圖4中曲線1和曲線2可以看出，使用本文提出的多智能體電壓穩定性協調控制策略后，各節點均位于電壓上限之下，趨于穩定。由此表明，所提出的控制系統能有效調節含分布式電源的微電網電壓穩定性。

4 ?結 ?語

本文針對分布式電源接入微電網后將導致電壓越限等風險，故提出一種基于多智能體的微電網電壓穩定性協調控制方法。該系統采用集中式和分布式管理相結合的方式，來提高微電網的電壓穩定性。同時，提出一種多智能體協調控制策略以有效地解決電壓越限的問題。在含有3個分布式電源的IEEE 33節點微電網系統上的仿真測試結果表明，該系統能有效調節含分布式電源的微電網電壓穩定性。

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