孤岛方式下基于多代理系统的微电网有功_频率控制

电力自动化设备
第 29 卷
微电网 断路器
微网总控 制代理
支路断路器 A
局部控 微型燃气 制代理 轮机代理
蓄电池 代理
局部控 风力发 负载 制代理 电代理 代理
局部控 负载 负载 制代理 代理 代理
B
局部控 光伏阵 光伏阵 蓄电池 负载 制代理 列代理 列代理 代理 代理
C
局部控 蓄电池 固体燃料 制代理 代理 电池代理
式 能 源 的 发 电 功 率 容 量 ［23］，分 别 记 为
P ［ GAi min PGAi max］（i = 1，2，…，m），［PGBi min P ］ GBi max （i = 1，2，…，n），［PGCi min PGCi max］（i = 1，2，…，q）
设此周期各条馈线分布式能源总功率分别为
c. 局部控制代理。 在每个馈线上都有一个局部 控制代理，局部控制该条馈线上的功率平衡，满足一 定水平的电量质量。 局部控制代理和分布式电源代 理、负载代理之间的信息相互传输。 局部控制策略主 要有：定功率控制（P - Q），电压 - 频率（u - f ）控制，以 及 直 流 侧 稳 压 控 制 ［16- 18］；有 些 分 布 式 电 源 采 取 最 大 功率控制，例如光伏阵列。
2 个状态之间过渡状态时，周期要比较短，使得控制
能够及时快速调节电压和频率，保证一定水平的电
能质量。
微电网总 控制代理
市场电力价格 天气预报
发电机的运行参考点
局部控制 代理
下个周期该支路的发出功率 下周期该支路可发功率范围
下周期负载预测 该周期支路运行状态
图 3 总控制代理与局部控制代理之间信息交换
LI Yuxia1，WANG Tao2 （1. Information Engineering Department, Shandong Jiaotong University，Ji’nan 250023，China；
2. Shandong Kehui Electric Co.，Ltd.，Zibo 255087，China） Abstract： The detection of circuit breaker arc starting time is the key of precise arcing time measurement. Based on the switching arc model，the current change during circuit breaker switching process and the influence of switching phase angle on arcing time are analyzed. A method to detect arcing time based on transient currents is presented. The recorded data of three phase currents after line fault are filtered and fitted to forecast the current change，which are compared with the actual data. The time when the difference is just higher than the threshold is taken as the contactor opening time and the first one as the arc starting time, while the time when the line current is just lower than the given threshold current is taken as the contactor complete open time and the last one as the arc extinction time. The interval between the arc starting time and extinction time is the circuit breaker arcing time. Simulation with EMTP verifies its feasibility and reliability. Key words： arcing time； transient current； arc model； EMTP simulation； data fitting
第 29 卷第 11 期 2009 年 11 月
电力自动化设备
Electric Power Automation Equipment
Vol．29 No．11 Nov. 2009
孤岛方式下基于多代理系统的 微电网有功 - 频率控制
吴 志，顾 伟 （东南大学 电气工程学院，江苏 南京 210096）
摘要： 提出基于多代理系统的微电网框架。 建立了由微电网控制代理、局部控制代理、分布式能源代理及负
入（u - f ）控制时，电压和频率同样由初始化给定或者 上级控制代理下达，此是该代理的控制目标，它根据 这个值控制设备调节电压和频率。 这就是代理的自 主性以及局限性。 代理的自主性使得对微电网控制 简单方便，分担了集中控制的任务量，由于是采用辐 射性的拓扑结构，也方便了微电网的进一步扩展。 在 局部控制代理和总控制代理的协调下，局限性可以 得到妥善的解决。 这就是多代理系统的优越性，可以 很好地解决微电网的控制问题。
国内外研究者陆续提出了基于多代理系统的微
收稿日期：2009 － 07 － 20；修回日期：2009 － 08 －19
电网控制框架 。 ［11-15］ 本文提出基于多代理系统，利用 分布式能源增发和切负荷相结合的微电网频率的控 制框架，解决孤岛模式下的微电网频率恢复问题。
1 基于多代理系统的微电网控制框架
荷代理组成的多代理控制系统，并对各种代理的具体功能进行了详细分析。 当微电网与大电网并网运行时，
总控制代理利用线性化模型实现快速控制的同时进行经济优化；当处于孤岛模式下，总控制代理切换到紧急
模式，调节分布式能源的功率，在必要时切除部分负荷保证系统的稳定安全过渡。 通过测试网络的仿真表明，
在孤岛模式下，基于多代理系统的控制策略可以有效地恢复微电网的频率。
m
n
q
PA、PB、PC，其中 PA ＝ 鄱PGAi，PB ＝ 鄱PGBi，PC ＝ 鄱PGCi；以及
i＝1
i＝1百度文库
i＝1
大电网与微电网之间的功率为 PMain，下面规定正方向：
当功率流入各条馈线时为正，否则为负，从大电网流
a. 负荷代理。 负荷分 3 种：敏感负荷、可中断负 荷以及可调节负荷。 它们分别接在 3 条馈线上。 它能 告知用户电网的实时情况，同时使得用户能够根据自 己的需求控制负荷状态。
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Method to detect arcing time of circuit breaker
3 微电网总控制代理控制策略
3.1 总控制代理与局部控制代理之间信息交换
从图 2 可以看出，微电网总控制代理是整个多代
理系统最重要部分。 它与各个下级局部控制代理相
连，两者之间每隔一定时间进行信息交换。 局部控制
代 理 向 总 控 制 代 理 报 告 该 支 路 的 信 息 ［6，20］， 可 以 是 支
来优化发电机发电量和负荷用电量。 但是神经网络
模型存在一定的缺陷，比如稳定性问题、局部最小值
问题，网络结构选择问题。 本文中，总控制代理使用
线性优化模型，该模型所需运算少，可以快速得到结
果，达到快速控制的效果。 以图 1 中的多代理系统为
例，下面介绍线性优化模型用于总控制代理。
图 1 中有 A、B、C 3 条馈线，及大电网与微电网
局部控 制代理 C
微电网总 控制代理
局部控 制代理 B
局部控 制代理 A
分布式能 源代理
负荷 代理
图 2 基于多代理系统的微电网控制框架 Fig.2 Microgrid control framework based on multi - agent system
b. 分布式电源代理。 它负责存储分布式能源（光 伏阵列、微型燃气轮机、固体燃料电池、蓄电池等）的 信息及监测控制分布式能源功率和状态。 存储的信 息可以是分布式能源的种类、额定功率、可用燃料 量、费用指数及分布式能源检修时间表等。
2 代理的自主性以及局限性
各个代理有着不同程度的自主性，例如微型燃 气 轮 机 代 理 ［19］， 当 微 电 网 接 在 大 电 网 上 运 行 时 ， 它 采 用定功率控制（P - Q），当微电网孤岛运行时，它应该 转入（u - f ）。 当处于 P - Q 控制时，参考值可以是初 始化给定或者上级控制代理给定，一旦给定后，这就 是微型燃气轮机代理的目标，它控制设备发出额定 功率，该代理并不知道微电网其他地方的状态。 当转
微电网的分布式特性和灵活多变的控制策略使 得传统集中的调度方法很难实现 。 ［3-5］ 而通过将部分 控制权分散到各个微电网局部控制装置，让其有一 定的自主权和智能性，使得集中控制不必要采用很 复杂的模型，从而避免大规模的运算，实现实时控 制；分散控制装置的自主性使其能够对局部电网状 态的波动产生快速反应，减少集中控制的电网电能 质量调节工作量。 集中控制和分散控制的有效配合 是微电网最佳控制手段之一。 多代理系统自身具有 良好的集中 - 分散的特性［6-10］。
根据美国电力可靠性技术解决方案协会 （CERTS）提出的微电网基本结构（见图 1），本文建立 了基于多代理系统的微电网控制框架（见图 2）。
从图 1 中可看出，该微电网有 3 条馈线 A、B、C， 网络成辐射状。 电力传输线负责功率的流动，而信息 流线负责各个代理间的信息传输。 该网络包含 4 种 代理：负荷代理，分布式电源代理，局部控制代理和 微电网总控制代理。 下面具体介绍这 4 种代理。
局部控 固体燃料 负载 局部控 光伏阵 负载 制代理 电池代理 代理 制代理 列代理 代理
电力传输线
信息流线
图 1 CERTS 提出的微电网结构 Fig.1 Topological structure of microgrid proposed by CERTS
负荷 代理
分布式能 源代理
负荷 代理
分布式能 源代理
之间的联络线，记为 Main。 每条馈线上拥有的分布
式 发 电 能 源 记 为 GA1，GA2， … ，GAm；GB1，GB2， … ， GBn；GC1，GC2，…，GCq；其中 m、n、q 分别为 3 条馈 线 上分布式能源的个数。 分布式能源单位功率的代价
因 子 分 别 为 CA1，CA2， … ，CAm；CB1，CB2， … ，CBn； CC1，CC2，…，CCq；而电力价格为 CM，根据天气信息以 及局部控制代理传回的信息得到下个周期每个分布
Fig.3 Information exchange between central and local control agents
第 11 期
吴 志，等：孤岛方式下基于多代理系统的微电网有功 - 频率控制
3.2 并网模式下采用线性优化模型
在并网模式下，总控制代理可以采取的算法并
不唯一，如在文献［22］中，Pilo.F 采用神经网络模型
路各个分布式能源代理的状态、负荷代理的状态；总
控制代理综合电力市场的价格、天气状况、用户侧需
求、发电容量等（见图 3），在稳定系统运行的同时、
进行经济优化，然后把优化后的结果下达给下级局
部控制代理，进而控制整个多代理系统。 当处于与
大电网并网稳定运行模式下，信息交换周期可以长
一点，如 1 h［21］。 当处于孤岛运行模式下，特别是处于
关键词： 多代理系统； 微电网； 有功-频率控制； 线性优化； 频率恢复
中图分类号： TM 727；TM 761＋.2
文献标识码： A
文章编号： 1006 － 6047（2009）11 － 0057 － 05
0 引言
微电网和传统大电网有着很大的不同。 它规模 小、清洁高效、含有多种分布式能源 。 ［1-2］