江蘇鳳谷節(jié)能科技有限公司 存在問題：傳統(tǒng)的集中式控制算法不再適用于大規(guī)模分布式電源接入下的能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

近年來,隨著能源互聯(lián)網(wǎng)概念的提出和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,包括電能,熱能等多種形式的能源在能源主網(wǎng)和能源微網(wǎng)之間的雙向有效流動(dòng)變得愈來愈重要。同時(shí)隨著分布式電源規(guī)模的逐漸增加,傳統(tǒng)形式下的集中控制算法由于其低可靠性和高成本等特點(diǎn),不再適用于大規(guī)模分布式發(fā)電系統(tǒng)接入下的能源互聯(lián)網(wǎng)。因此本文提出了能源互聯(lián)網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵設(shè)備,并采用多智能體系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)分布式控制架構(gòu),在此架構(gòu)基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)分布式控制器實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)中關(guān)鍵指標(biāo)同步,保證功率合理分配,并使系統(tǒng)處于熱備用狀態(tài),同時(shí)有效抑制系統(tǒng)環(huán)流,進(jìn)而分別從物理和信息角度提高了系統(tǒng)可靠性。

2、能源互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)構(gòu)建及多智能體控制系統(tǒng)框架

能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)目前依然以電網(wǎng)為核心架構(gòu),基本架構(gòu)及關(guān)鍵設(shè)備如圖1所示：

圖1 能源互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵設(shè)備

以電網(wǎng)為核心架構(gòu)的能源互聯(lián)網(wǎng)的控制主要是以分級控制架構(gòu)為基礎(chǔ),一級控制為本地控制,實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備的常規(guī)控制,保證正常情況下分布式發(fā)電單元功率的有效輸出;二級控制是網(wǎng)絡(luò)控制,實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備之間的協(xié)調(diào)控制,核心是保證重要指標(biāo)如電壓,相角等信息的同步,從而可以實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)處于熱備用狀態(tài);三級控制是用于實(shí)現(xiàn)主電網(wǎng)中能量與能源互聯(lián)網(wǎng)中能量的互相交換,實(shí)現(xiàn)能量高效的雙向流動(dòng)。能源互聯(lián)網(wǎng)中的主要設(shè)備有能源路由器和能源交換機(jī)。能源路由器為三級控制的設(shè)備,主要用于協(xié)調(diào)主電網(wǎng)與微電網(wǎng)之間的電能,從而實(shí)現(xiàn)主電網(wǎng)和微電網(wǎng)之間的能源和信息雙向流動(dòng)。能源交換機(jī)為二級控制器的主要設(shè)備,用于控制能源互聯(lián)網(wǎng)中的儲能、變換器等相關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)分布式的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同控制,用于控制儲能設(shè)備的能源交換機(jī)主要是在整個(gè)系統(tǒng)能源缺失時(shí),發(fā)揮作用,保持整個(gè)系統(tǒng)短時(shí)內(nèi)的穩(wěn)定運(yùn)行,并與能源路由器進(jìn)行信息交換實(shí)現(xiàn)功率補(bǔ)償;用于控制變換器的能源交換機(jī)主要用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的控制算法,實(shí)現(xiàn)多個(gè)分布式發(fā)電設(shè)備的分布協(xié)同控制。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程,本文參考GAIA設(shè)計(jì)方法,定義系統(tǒng)中多智能體控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)。

3、能源互聯(lián)網(wǎng)中分布式協(xié)調(diào)控制算法設(shè)計(jì)

本文通過分析系統(tǒng)中環(huán)流產(chǎn)生的原因,得出結(jié)論,若想有效的抑制系統(tǒng)中環(huán)流,必須要控制系統(tǒng)中輸出電壓幅值和相角同時(shí)一致。因此本文以相角-有功功率和電壓幅值-無功功率以及電壓電流雙閉環(huán)控制方法為基礎(chǔ)建立大信號模型,建模充分考慮能源互聯(lián)網(wǎng)中電壓非線性特性,提出了帶有領(lǐng)導(dǎo)者的多智能體一致性算法的輸入-輸出反饋線性化控制方法,針對系統(tǒng)中功率的波動(dòng),分別對系統(tǒng)中輸出電壓相角和電壓幅值進(jìn)行調(diào)整,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)領(lǐng)導(dǎo)者狀態(tài)。系統(tǒng)領(lǐng)導(dǎo)者信息可以是人為設(shè)定的狀態(tài)也可以是主電網(wǎng)的信息,若領(lǐng)導(dǎo)者信息系統(tǒng)來自于主電網(wǎng),則能源互聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)時(shí)跟蹤主電網(wǎng)信息,從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的熱備用狀態(tài)。無論系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)者信息來自哪里,提出的控制算法都可以使系統(tǒng)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)一致,從而可以有效抑制系統(tǒng)中環(huán)流,可以提高系統(tǒng)安全性。所采用的多智能體一致性算法為分布式控制算法,每個(gè)控制器只需要與自己相鄰的控制器通信即可實(shí)現(xiàn)有效的控制。因此所提出的算法分別從物理的角度和控制信息的角度提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)控制流程圖如圖2所示:

圖2 系統(tǒng)控制流程圖

4、算例分析

為驗(yàn)證提出的結(jié)構(gòu)和控制算法的可靠性,本文搭建一個(gè)小型的系統(tǒng)進(jìn)行仿真,包括四臺分布式發(fā)電單元和五項(xiàng)負(fù)載,仿真過程中充分考慮各種情況,包括負(fù)載突變,部分分布式電源失效等情況,通過與傳統(tǒng)控制算法對比驗(yàn)證了所提出算法的有效性。仿真過程如下:仿真開始時(shí),系統(tǒng)中接入五個(gè)負(fù)載,四個(gè)分布式電源同時(shí)運(yùn)行,在0.4s時(shí),DG-4切出,由DG-1,DG-2和DG-3進(jìn)行供電,在0.7s時(shí),Ld4和Ld5切出,因此由三個(gè)分布式電源30kW的有功功率負(fù)載進(jìn)行供電。在對比仿真中,0.2s加入所提出的控制算法。圖3和圖5分別是傳統(tǒng)控制算法控制下的電壓相角及幅值控制效果,圖4和圖6分別是所提出控制算法控制下的控制效果?？梢钥闯鰝鹘y(tǒng)的控制算法不能夠保證系統(tǒng)輸出相關(guān)指標(biāo)的一致,而本文提出的算法可以,進(jìn)一步的由于可以有效的控制系統(tǒng)輸出電壓幅值和相角,因此提出的算法可以有效地抑制環(huán)流。

圖3 未加入多智能體控制的輸出電壓相角

圖4 加入多智能體控制輸出電壓相角

圖5 未加入多智能體輸出電壓標(biāo)幺值

圖6 加入多智能體輸出電壓標(biāo)幺值

5、總結(jié)與展望

針對于傳統(tǒng)的集中控制算法無法滿足大規(guī)模分布式發(fā)電單元接入的能源互聯(lián)網(wǎng)的控制要求,設(shè)計(jì)了典型的能源互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵設(shè)備,同時(shí)在分級控制架構(gòu)下,提出基于多智能體一致性算法分布式協(xié)同控制策略應(yīng)用于能源互聯(lián)網(wǎng)的控制中,主要解決了電壓幅值及相角無法一致,系統(tǒng)環(huán)流大以及集中式控制器可靠性差等問題,仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提出算法的有效性。在本文所提出的架構(gòu)下,針對于能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),可以進(jìn)一步加入熱電聯(lián)產(chǎn)等設(shè)備進(jìn)行控制器設(shè)計(jì),此外可以在算法上進(jìn)一步擴(kuò)展,解決如帶有通信延時(shí),線路參數(shù)不平衡導(dǎo)致的無功功率分配效果不理想等問題。

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