基于多代理技术的不间断电力变电站设计方案.pdf

'第28卷第)1.28No.22期电网技术从222004年11月PowerSystemTeehnologyNov.20《又:10一一一:TM;:A:文章编号003673(20以)22000105中图分类号63TMgl文献标识码学科代码470.4047基于多代理技术的不间断电力变电站设计方案罗凯明,李兴源,四川省成都市61(四川大学电气信息学院0065)S一TUDYONMUUflAGENTSYSTEMBASEDUNINTERRUPTEDPO、VERSUBSTATIONCONTROLSYSTEMa一n,n一LUOKimigLlXigyuan,,,,(SeholofElectrlcalEngineenngandInfonTlationSichuanUnivityChengdu6l0(拓5SiehuanProvineeChina)ersABSTRAC毛adingtheburgeoningPowergeneration1引言反teehnologynewtyPesofenergystoragetechnologysuchasand:windfannPowergeneration,fueleell,hydrogenProduetion新能源与分布式电源系统是指功率为数千瓦、50MbasenergystoredsuPereonduetingmnetieey到W的小型模块式的与环境兼容的独立电edaganagnerg,。,,storetotritionalPowersubstatlonaeoncePtofthe源也叫模块化发电单元分布式一次能源主要有agad、,uninteruPtedPowersubstation15Putforwardwhiehcanmake风能太阳能和生物质能目前应用较广泛的分布.eoeroututosusonsoo,steunn:、、thPwPfbtaimthablanditemiPted式发电技术包括燃料电池太阳能光伏电池风StartingfromtheversleinterfacemodelofdistriutedPower、。atib力发电技术及飞轮超导储能技术等seoeounteeowerstaton5senteduPPly,thmdlfnimiPtdPl1Pre、集中发电远距离输电和大电网互联的电力系emeehsmofPowereoordinonwithinthesubstationandthamati、,为全15analyzed.eeoneePou一aent比noogy,the统是目前电能生产输送和分配的主要方式Thtfmltigchl。90%hierhiealsctureoftheagentseinteronstrgy世界的负荷供电这种容量越来越大的电网存arctrUandthactiate,:.oneentseseenssau一aent在一些弊端¹不能灵活跟踪负荷的变化随着负amgthagaredribdOthibasimltig,,systembasedeoonatedeonlsystemforunintePted荷峰谷差的不断增大电网的负荷率正逐年下降rditromiPowerstatlon15builtandthedctionoffuerreseareh;irerthare发电输电设施的利用率都有下降的趋势º电力系ee.ProsPted,,统越庞大发生事故的概率越大在大型互联电力,,。KEYORDS:DisutedPowersuPPly:UulntePted局部事故容易扩散因Wtribmi系统中导致大面积停电owersuston;u一aentteenoogy;oorneontro,PbatiMltighlCdiatedl此大电网与分布式发电相结合的方式被世界许多、、、:(风力发电、能源电力专家公认为节省投资降低能耗提高摘要将新兴的发电技术燃料电池发电)及新[‘。型储能技术、)引入传统的电力变电力系统可靠性和灵活性的主要方式,2](制氢储能超导储能装置,电站,提,2003年以来我国用电量和用电负荷超常增出了不间断电力变电站的概念使变电站的功率输,。,出平滑、稳定、不中断。从分布式电源的通用接口模型出发,长电力供应紧张状况日益加剧同时电煤供应,,,介绍了不间断电力变电站的模型分析了其功率协调的机状况很不乐观发电机组几乎全部满负荷运行系。、理介绍了多代理技术的概念代理的层次结构和代理间的统备用容量严重不足。新的水电、核电建设周期过,交互策略基于此构建了不间断电力变电站多代理协调控制长,它们对环境的影响也有待评估。因此,分布式,。系统并展望了今后研究工作的方向。发电技术将是解决这一问题的有效途径13,:;不间断电力变电站;;关键词分布式电源多代理技术协本文将分布式电源引入传统的电力变电站提调控制出不间断电力变电站的概念。由于分布式一次能源的,分散性和随机性当分布式电源并入传统的电力墓金项目:国家自然科学基金资助项目(3770。5017),Proj即tsuP侧,rtedbyNationalNaturalScientifieFoundationofChlna变电站后形成了发电功率和用电功率两组不相关,(,50377017)的随机变量会导致整个电力系统的随机性和弱相 Powersystem介c加ology从)1.2吕刊0.22。、ucaneer,(SupercondtingMgtiEStorage关性多代理技术在复杂的开放式分布式系统设储能装置ne盯,,计和实现方面有明显的优势本文采用多代理技术SMES)是将电能储存在磁场中的一种设备超导设计不间断电力变电站的功率协调控制系统。储能有转换效率高、响应速度快的特点,既可以进,,行有功功率的调节又可以进行无功功率的调节2不间断电力变电站还可以同时进行有功、无功的独立控制,具有很高.21不间断电力变电站的构成。的灵活性[4],我国风能资源丰富全国可供开发利用的风能,。综上所述不间断电力变电站的结构如图1所示。资源总量为253GW风力发电是目前新能源开发交流电网队cT中技术最成熟、最具规模化商业开发前景的发电方杰。分布式电式。由于风速决定风力发电机的最大输出功率,因橇撬,徉此其输出功率具有很大的随机性引入储能装置可图1不间断电力变电站示意图.。,Fig1rarnofu城ntePtPowersubstaon以使随机性电源的功率输出较平滑因此在不间珑agruedti2.2分布式电源接入系统的基本结构断电力变电站设计中配置了如下两种不同水平的:储能装置大多数分布式电源均通过电压源型换流器,。(l)采用氢储能leSoureeConve)接入系统[56}2一燃料电池系统为长期储能(Votagrte图为分,,。模块其功率输出较大且调度能力较强可用于大布式电源的通用接口模型、,。规模长期性调节包括季节性调节燃料电池是图2中的双向箭头表示储能设备的功率流向可,,一种利用燃料和氧化剂产生电能的系统它具有能以是双向的非储能型分布式电源的功率流向只能、。;量转化效率高适应负荷变化能力强和燃料适应性是从左至右第一个环节是能量转化或储存环节强等优点。随着燃料电池技术的突破和制氢技术的中间的三个环节构成一个电压源型换流器,包括前,、“端电力电子变换器负荷端电力电子逆变器和直流发展燃料电池可以与风力发电系统构成风力发”,,电制氢储能一燃料电池发电系统以制氢储能代联络线通过调节开关器件的导通状态控制分布式。,替传统的蓄电池储能环节。电源的输出功率其中直流联络线用于平衡整流,(2)超导储能作为短期储能装置具有快速可器与逆变器之间的功率流联络线上电容器的电压,。。控能力更有利于平缓系统短期的功率波动超导值决定分布式电源注入电力系统的有功功率能量转化前端电力直流联络线负荷端电力变压器电力系统,或存储电子变换器电容器电子逆换器气互卜¼土}}籽下籽图2分布式电源的通用接口模型Fig.2versa斑einteri的cemodelofdis城butedpowersupply,,,SMES二尸d一尸puP以的功率控制为例它将系统的有功偏总的有功功率输出凡uP,其中为上,。差作为控制变量对SMES与系统的有功交换进行控层交流系统的功率输入凡为负荷功率不间断电,。-旦缝挤口代理I制控制规律选择Pl控制器加惯性环节给定系统.,鸟}}匀的功率偏差就给定了直流联络线电容的电压麒猛},SMES的控制器控制直流联络线上的电流使输出鄙期然料电池代理功率达到给定值。采用这种有功控制能明显提高系队料}燃料,。斗统的暂态稳定性对振荡起到阻尼作用I7]l电池,基于以上讨论构造不间断电力变电站的模型。,:超导储礁指代理如图3所示图中Ps为风力发电机的有功功率输}超导储卜.DC一叫;:l能装置l变换器卜出Pl为氢储能一燃料电池系统的有功功率输入/;:;输出Ps为超导储能装置的有功功率输入/输出图3不间断电力变电站模型s;凡为网络接口模块的功率输入凡为分布式电源Fig3ModelofuninterruPtedPowersubstaUon 第28卷第22期电网技术力变电站的每个发电单元都有自己的控制代理,纵统(代理,)的资源和能力而是通过两种公用代理。:联式的结构有利于加入新的控制代理在负荷跟踪来实现这一功能,,,(l)命名服务器代理(NeServerAgent运行中当给定分布式电源系统所需的出力后控am:,制目标转化为保证直流母线上电容器的电压维持NSA)功能类似于地址本记录多代理系统中各在给定水平,各控制代理控制本发电模块输入直流代理的名字和位置(如IP地址),任何一个代理在,。母线的电流协调系统总的输出功率l8]NSA;加入多代理系统时都要到注册退出多代理,,,。从外部网络看几像一个定功率电源无随机系统的代理NSA会及时将其注销,。eesren,性储能装置以它为标准调整自己的功率分布式(2)资源记录代理(ResourcRgiteAgt:,电源总输出功率凡的大小取决于逆变器侧交流电RRA)记录各代理拥有的能力即它们能提供的,。压的基频分量和网络侧交流电压的相移网络接口资源通常先向NSA请求多代理系统中活动代理,,,代理通过反馈控制来控制二者的相移量从而实现的名字和地址然后根据姓名地址访问各代理获对凡的调节。取它们的资源信息。多代理控制系统开放灵活的结构使原来的控3基于多代理系统的控制系统制系统还可以作为新的代理加入多代理系统中。.3,多代理系统的基本特性、开、多代理技术为电力系统中分布放灵活的控一个多代理控制系统由大量的自治软件和硬,制系统设计提供了新的途径和方法并已得到广,、、一。件实体组成单个代理具有独立性社会性学习泛应用tg‘3],,能力和自发性它完全有能力解决局部问题但不3.2代理间的交互原理。能独立实现全局目标多代理系统中没有系统全局,当代理遇到不能独立解决的问题时它必须请,控制但存在一组协调代理解决代理间的决策冲,因,求其他代理的支援此在代理的交互过程中存。,突多代理控制系统中的代理有不同的分工它们。在请求方代理和应答方代理图5表示代理间典型,基于相同的通信语言互相通信并协作实现全局的的协商机制。控制目标。,代理设计通常依照图4所示的层次结构自下::,而上依次为¹接口层是代理与外部程序的接口如代理向系统数据库提取数据或根据自己的变化口;要求数据库作相应的改变都通过接口层完成º定:,义层定义代理的推理能力和拥有资源在不间断电力变电站中即为分布式电源的出力、优先级和控;:制目标»组织层定义本代理与其他代理之间的,;:关系即社会关系¼协调层定义代理的协商策图5代理交互原理图·,;:Fig5PrindPlediagr别mofagentinterae灯ons略和协议使代理具有社交能力½通信层定义。〔1)请求方代理分析某一任务所需的资源及代理间通信的语言和传输协议,请求其他代理支援需付出的代价然后给相应的代发送了接收其他,。代理的消息、理发送请求信息并转化到协商状态等待对方应答通信层,(2)应答方代理收到请求信息后如果决定协调层。响应对方就转换到协商状态应答方代理基于自身组织层,的协商策略向请求方代理返回应答信息并在定时定义层,限内等待对方的确认信息超出时限无应答则结束接口层对话。,(3)当请求方收到应答方返回的信息后会图4代理的概念性结构:.Fig4Concep加aistrUctureofagent依据自己的协商策略作以下处理¹若协商达成一致则结束对话。值得注意的是,请求方代理可同时多代理控制系统较传统的分布式控制系统而言,它不必在每个子系统(代理)中记录其他子系与多个代理协调并达成一致,这时请求方代理会选 第28卷第22期电网技术力变电站的每个发电单元都有自己的控制代理,纵统(代理,)的资源和能力而是通过两种公用代理。:联式的结构有利于加入新的控制代理在负荷跟踪来实现这一功能,,,(l)命名服务器代理(NeServerAgent运行中当给定分布式电源系统所需的出力后控am:,制目标转化为保证直流母线上电容器的电压维持NSA)功能类似于地址本记录多代理系统中各在给定水平,各控制代理控制本发电模块输入直流代理的名字和位置(如IP地址),任何一个代理在,。母线的电流协调系统总的输出功率l8]NSA;加入多代理系统时都要到注册退出多代理,,,。从外部网络看几像一个定功率电源无随机系统的代理NSA会及时将其注销,。eesren,性储能装置以它为标准调整自己的功率分布式(2)资源记录代理(ResourcRgiteAgt:,电源总输出功率凡的大小取决于逆变器侧交流电RRA)记录各代理拥有的能力即它们能提供的,。压的基频分量和网络侧交流电压的相移网络接口资源通常先向NSA请求多代理系统中活动代理,,,代理通过反馈控制来控制二者的相移量从而实现的名字和地址然后根据姓名地址访问各代理获对凡的调节。取它们的资源信息。多代理控制系统开放灵活的结构使原来的控3基于多代理系统的控制系统制系统还可以作为新的代理加入多代理系统中。.3,多代理系统的基本特性、开、多代理技术为电力系统中分布放灵活的控一个多代理控制系统由大量的自治软件和硬,制系统设计提供了新的途径和方法并已得到广,、、一。件实体组成单个代理具有独立性社会性学习泛应用tg‘3],,能力和自发性它完全有能力解决局部问题但不3.2代理间的交互原理。能独立实现全局目标多代理系统中没有系统全局,当代理遇到不能独立解决的问题时它必须请,控制但存在一组协调代理解决代理间的决策冲,因,求其他代理的支援此在代理的交互过程中存。,突多代理控制系统中的代理有不同的分工它们。在请求方代理和应答方代理图5表示代理间典型,基于相同的通信语言互相通信并协作实现全局的的协商机制。控制目标。,代理设计通常依照图4所示的层次结构自下::,而上依次为¹接口层是代理与外部程序的接口如代理向系统数据库提取数据或根据自己的变化口;要求数据库作相应的改变都通过接口层完成º定:,义层定义代理的推理能力和拥有资源在不间断电力变电站中即为分布式电源的出力、优先级和控;:制目标»组织层定义本代理与其他代理之间的,;:关系即社会关系¼协调层定义代理的协商策图5代理交互原理图·,;:Fig5PrindPlediagr别mofagentinterae灯ons略和协议使代理具有社交能力½通信层定义。〔1)请求方代理分析某一任务所需的资源及代理间通信的语言和传输协议,请求其他代理支援需付出的代价然后给相应的代发送了接收其他,。代理的消息、理发送请求信息并转化到协商状态等待对方应答通信层,(2)应答方代理收到请求信息后如果决定协调层。响应对方就转换到协商状态应答方代理基于自身组织层,的协商策略向请求方代理返回应答信息并在定时定义层,限内等待对方的确认信息超出时限无应答则结束接口层对话。,(3)当请求方收到应答方返回的信息后会图4代理的概念性结构:.Fig4Concep加aistrUctureofagent依据自己的协商策略作以下处理¹若协商达成一致则结束对话。值得注意的是,请求方代理可同时多代理控制系统较传统的分布式控制系统而言,它不必在每个子系统(代理)中记录其他子系与多个代理协调并达成一致,这时请求方代理会选 第28卷第22期电网技术,,us.r0eeens工具中实现即Ze实现上层的智能化协调[A]Pd1gofthe1EEEPowerEngineringTransmissionand,suonunllne.,,,TLABAVADitribtiSrConferenee[ClChieagoUniStates22MA实现具体的电路系统二者通过J程喇(X):一.。2868873序功能模块连接完善的仿真系统还应考虑分布式,,.171郑丽马维新李立春超导储能装置提高电力系统暂态稳定性,..电源的详细模型这方面的工作还有待进一步研,,:一的研究[J]清华大学学报(自然科学版)20141(3)7376,。.7,,究仿真原理见图ZhengLiMaW七ixinLiLiehunSupe代onduetingmagneticenergy.storagesystemforenhancingtrarlsientstability!]了Journalof.,,:一.TsinghuaUniversity(Sei&eh)2l41(3)7376Te(X),.[81StrUnzKBrockEKHydPlantofrenewablestoehasticsourceandbri一一lonmultilevelstorageforem一ssionfreedeterministicPOwergenerat·ufA]QalityandSecurityofElectriePOwerDeliverySystems.,,:[C]CIGRE/]EEESIntationalsymsiumCanada23PEernpo的图7仿真原理图一.214218·aaosa.Fig7DigrmfimulUon[9,,,]刘红进袁斌戴宏伟等多代理系统及其在电力系统中的应6结用IJ].电力系统自动化,20()一,25(19):45一52.论.,,一LiuHongjinYuBinDaiHongweieralMultiagentsystemandan,aeaonn.随着分布式发电技术的成熟大电网与分布式itsPPlitiiPowersystem[J]AutomationofEleetncPower.,,:一发电相结合成为解决我国电力紧缺现状的有效途Systems2硬X)l25(19)4552.一,t径。本文提出不间断电力变电站的概念,并设计了【10]王成山余旭阳基于MultiAgen系统的分布式协调紧急控制系..,,:一统[J]电网技术2《xM28(3)15一套基于多代理技术的分布式电源功率协调控制.,W自ngChengshanYuXuyangDistributedeoordinativeemergeney。,系统在今后的研究中将FACTS装置加入不间controlbasedonmulti一entsystemIJ].PowerSystemTeehnology,ag,断电力变电站与分布式电源共同参与系统的无功,:一.2(X〕428(3)15.。一.协调是一个重要的发展方向[川王明俊CBR和MultiAgent在电力系统安全控制中的应用IJ]电,,:一.网技术2仪闷28(8)l5.参考文献nnuneonoeaseassonnguti一ent叭厄gMigjAPP1iatifbedreaiandmllag.,inwersstemsecurity亡onpowerstemcnolo..,yl〔J]Syhgy,potroTe口]程明新能源与分布式电源系统(上)IJ]电力需求侧管理2仪〕3,:一.2《X科28(8)l5:.一5(3)446,,,.口2]曹立霞厉吉文程新功基于多Agent技术的分布式电压无enn.ener等ChgMigwgyanddistributedwsulysystemNepoer-p.,,:一.428.230.一功优化控制系统[J]电网技术(7)3werDisuonsten1anaent,,:460〔J]POtribtiSyMgem2仪)35(3)44.,,xaenennoneasutota.新能源与分布式电源系统(下)[J].电力需求侧管理,20,CaoLiiLiJiwChgXiggtlDimbedPimlI2]程明3一voltage八evewereonlsysaseonltient:一.即tipotrotembdmuag5(4)4346systemIJ].werSyscnolo,2《刃4,287:一.en.ewenersutewsusstemPOtemTehgy()3033ChgMingNgyandditribdpoer-PPlyy.一,,Agt[l3]李兰芳刘开培胡宇航基于Multien的分布式变电站监控·一.stribus把ment,,:46口JPo压tionSyM即agem20()35(4)43.,一.~,:系统体系结构[J]电网技术2327(6)2628.0tgenHB,gorpR,11rtDisueneration[3]PuMaC醚L扣beFctribtedg,,.一uutoutiantbasesetichypeorthedawllofanew[.IEEEwerLiLan生汕gLiKaipeiHYuhangA代hitecurefmlgederaJ]Poandmansuonneonsssus.ditedrnitgandlytembtationswer,,:一.tribmotrofor【JlPoMag画ne2003l(l)1922.Ssco,,:一ytemTeolgy2327(6)2628砰,,hn(X)j候勇蒋晓华姜建国基于超导储能的综合电能质量调节装置.,,osuaetaaentn.CJCg.lliNmDTNwanH5lZELJSgildi,,27:一[141dubu及其控制策略田电力系统自动化203(21)4953·.一,,:一tltJ]BTchnu199816.肠OlyJOmal68oun,a,ounwer印ITeog(3)6()HYogJiangXiaohuJiangJianguSMESbasedifiedpoqualityeonditonerandeontrolstrategy〔J].AutomationofElectrie:一一。一收稿日期2《洲:风23.08werSyste,,27:Poms20()3(21)4953:作者简介[elfiB.Modeliofintegrationofdisugeniinto5]Dnongthetribtederaton一,,,罗凯明(1978)男硕士研究生研究方向为电力系统稳定与eeess.roeeensothlectriaiytem[A]Pdigfthe1EEEPOwergineringEn控制;Society朴ans面ssandDistribu巨SunlnlerConfereneelonon一,,,,19)·一.李兴源(45男教授博士生导师研究方向为电力系统eo,ntetates,2,:[C]ChiagUidS2(X)l170175,。·分析稳定和控制等0Otwe,,oneretoennew[6]S1gJGHan5WHPlidHalMdliggenerationandstoetechnologiesinwersystemdyncs雌po删'