基于多代理的微电网运行控制与能量管理策略研究与装置研发

摘要

近年来，由于能源危机和环境问题的凸显，基于清洁可再生能源的分布式发电受到广泛关注。微电网是一种将分布式电源、储能、负荷等单元结合在一起的新型电网形式，有效减小了分布式电源分散接入对电网的不利影响，同时满足了用户供电可靠性和多样性需求。但微电网中海量的控制数据、分布式特性以及多变的控制方式增加了其控制难度。因此，运行控制与能量管理技术一直是微电网研究的核心技术和难点。
　　本文研究了一种微电网运行控制与能量管理策略及其实施方法。首先，提出了一种兼具主从控制与分布式控制优点的微电网分层控制架构作为本文各项研究的基本框架。然后，基于此框架，引入了多代理系统(Multi-agent system，MAS)技术构建了微电网MAS分层分布式决策模型，将代理(Agent)的典型特性映射进IEC61850信息模型构建了微电网功能代理，将代理通信语言映射进GOOSE作为Agent之间的通信方式。其次，设计了具备多种功能的微电网运行控制与能量管理装置。最后，搭建了实验平台对所提出的决策模型及其实现装置进行了验证。全文主要包括以下几方面的研究内容:
　　(1)基于分布式电源及微电网的产业应用背景研究，详细分析了不同国家微电网领域的发展情况，重点介绍了美国、欧盟、日本以及国内的微电网研究现状，给出了国内外微电网示范工程的投建情况，并对微电网运行控制与能量管理相关技术理论进行了综述。
　　(2)通过对微电网运行控制与能量管理系统的基本框架研究，以及典型微电网中集中式与分布式系统通信特点的对比分析，提出了一种基于本地反应控制(LRC)、本地决策控制(LDC)、对等协调控制(HCC)和集中控制(VCC)的微电网分层控制架构。最后分析了微电网运行控制与能量管理系统的基本模块及其功能。
　　(3)通过对Agent和MAS的基本概念特性及其信息交互机制的阐述，分析了MAS在微电网分层控制中的适应性，指出了MAS与微电网分层控制架构的内在一致性以及与应用于微电网的IEC61850标准的兼容性。基于此，提出了微电网MAS分层分布式决策模型，对其各层次控制权限进行了明确划分，并规定了微电网事件在决策模型中的切入机制。最后，建立了决策模型的基本框架，为使之能够在实际中实现应用，提出了对其内部进行建模的方法:交互信息建模和通信服务建模。
　　(4)微电网运行控制与能量管理装置的设计与研发也是所提出的微电网MAS分层决策模型能够实现实际应用的重要环节。通过分析了其Agent和MAS建构功能、微电网MAS监测功能以及协调控制与能量管理功能，设计了该装置的软硬件平台。
　　(5)实验验证平台对本文所做的各项工作进行了验证。首先，介绍了实验验证平台的主要硬件设备及拓扑结构。然后，设计了九个实验场景对微电网MAS分层分布式决策模型的各项特性进行了验证。实验表明，本文所提出的微电网MAS分层分布式决策模型及所设计的装置能够很好的应用于微电网运行控制与能量管理之中。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 微电网的研究现状与前景

1．3 微电网运行控制与能量管理技术综述

1．4 论文的工程背景

1．5 论文的研究工作

第2章 微电网运行控制与能量管理系统架构与基本功能

2．1 引言

2．2 微电网运行控制与能量管理系统架构

2．2．1 典型微电网系统方案

2．2．2 系统逻辑架构

2．2．3 分层控制架构

2．3 微电网运行控制与能量管理系统功能

2．3．1 运行监视与控制功能

2．3．2 能量管理与优化功能

2．4 小结

第3章 基于多代理的微电网运行控制与能量管理策略研究

3．1 引言

3．2 代理与多代理系统特性分析

3．2．1 代理的基本概念与特性

3．2．2 多代理系统的基本概念与特性

3．2．3 代理与多代理系统的信息交互机制

3．3 多代理在微电网分层控制中的适用性分析

3．3．1 多代理与微电网分层控制的内在一致性

3．3．2 多代理与应用于微电网的IEC61850标准的兼容

3．4 微电网MAS分层分布式决策模型

3．4．1 多空间尺度特性

3．4．2 Agent特性与运行机制的融合

3．4．3 模型内部框架简介

3．5 映射到IEC61850-GOOSE的微电网多代理交互信息建模

3．5．1 模型框架

3．5．2 Agent-LN建模

3．5．3 Agent-LD／Server模型

3．5．4 Agent-SCL描述

3．5．5 模型的兼容性分析

3．6 映射到IEC61850-GOOSE的微电网多代理通信服务建模

3．6．1 模型框架

3．6．2 多代理双向交互机制

3．6．3 模型的兼容性分析

3．7 本章小结

第4章 具备多种功能的微电网运行控制与能量管理装置的设计与研发

4．1 引言

4．2 装置功能设计

4．2．1 Agent及MAS建构功能

4．2．2 微电网MAS监测功能

4．2．3 微电网MAS协调控制与能量管理功能

4．3 硬件平台设计与实现

4．3．1 硬件系统整体结构

4．3．2 中央处理器模块

4．3．3 存储器模块

4．3．4 通信模块

4．3．5 辅助模块

4．3．6 微气象监测组件

4．4 软件平台设计与实现

4．4．1 软件系统整体架构

4．4．2 VxWorks在ARM平台上的移植

4．4．3 模型的编解码实现

4．5 本章小结

第5章 实验验证

5．1 引言

5．2 实验平台的构建

5．2．1 主要硬件简介

5．2．2 实验平台拓扑

5．3 实验内容与结果分析

5．3．1 微电网Agent的分层结构特性验证

5．3．2 微电网MAS的分层决策模型验证

5．3．3 其它部分功能验证

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间学术成果