基于多智能体博弈理论的微电网控制研究

摘要

能源危机和环境问题正变得越来越严重。微电网是分布式电源和大型电网之间的最佳桥梁。近年来学术界和工业界的文献都围绕着增强电网的智能化、响应性、动态性、适应性和灵活性，优秀“智能电网”非常重要的一个评判标准就是恢复能力，在具有较好恢复能力的电网中，无故障区域可以持续不受干扰地运行，受干扰的区域也可以在很短的时间内恢复正常运行。本文讨论的多代理系统是实现这种灵活控制方案的关键技术之一。 本文在微电网具体模型搭建层面和以经济和功率平衡为目的的博弈控制层面进行了研究，主要内容和创新点包括： （1）本文详细分析讨论了微电网各组成部分独立运行的原理和数学模型建立，在MATLAB/Simulink平台建立了包含多种发电方式和负荷类型的微电网系统仿真模型，为后续章节对博弈控制仿真提供了测试平台；对独立模块的控制方法如PQ控制、V/f控制等进行调试，然后整合系统各模块，对整体系统运行进行了仿真测试，验证了本地控制的有效性。 （2）逆变器作为微电网中大部分分布式能源单元接入电网的关键模块具有非常重要的研究意义。建立了逆变器的结构模型，分析比较了不同发电模式下的控制策略，为后续的微电网联合仿真提供了理论支持；根据数学结构模型搭建了仿真模型；为验证多种能源间的博弈关系，搭建了双逆变器实验平台，包括主电路、驱动电路和检测电路等；完成了微电网联合实验的双逆变器协同控制实验工作。 （3）本文结合多智能体系统信息交流和结构建立的思想，建立了微电网优化控制结构，研究了基于多智能体理论的分布式优化控制算法。与此同时引入博弈论思想，将微电网中多模块运行问题转化为多目标规划问题，以功率平衡和收益最优作为目标函数，将系统各部分装机容量限制、功率平衡约束和自然条件影响等因素作为约束条件建立博弈模型，并验证模型收敛性，确定Nash均衡存在性。改进的粒子群优化算法用于求解博弈过程中的Nash均衡状态。改善了原本基础粒子群算法求解可能使Nash均衡陷入局部最优的状态，使局部最优解最大限度向全局最优解逼近。

目录

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第1章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 微电网分布式优化控制研究现状

1.2.1 各国微电网结构对比

1.2.2 微电网传统控制策略分析

1.3 多智能体思想

1.3.1 图论

1.3.2 系统结构分析

1.4 博弈论在微电网中的应用

1.5 本文目的和研究内容

第2章 微电网建模分析

2.1 微电网模型

2.2 光伏发电模型

2.1.1 光伏电池及阵列

2.1.2 前级控制和电路模型

2.3 微型燃气轮机模型

2.4 储能模型

2.5 负荷模型

2.6 本章小结

第3章 微电网逆变器建模与样机设计

3.1 逆变器结构建模

3.2 控制策略选择

3.2.1 PQ控制

3.2.2 下垂控制

3.3 样机电路设计

3.4 本章小结

第4章 基于博弈论的多智能体设计

4.1 微电网博弈建模

4.1.1 博弈的分类和演化

4.1.2 微电网博弈元素

4.1.3 微电网运行成本模型

4.1.4 目标函数和约束

4.2 博弈模型求解

4.2.1 Nash均衡存在性仿真和分析

4.2.2 博弈模型求解

4.3 本章小结

第5章 仿真与实验分析

5.1 平台仿真测试

5.1.1 光伏发电仿真

5.1.2 微型燃气轮机发电仿真

5.1.3 储能仿真

5.1.4 逆变器仿真

5.1.5 微电网联合仿真

5.2 实验分析

5.2.1 逆变器样机测试

5.2.2 双逆变器协同控制实验

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 论文内容总结

6.2 未来工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间所取得的成果

致谢