基于多代理技術(shù)的不間斷電力變電站設(shè)計(jì)及運(yùn)用

摘要：為了提高整個(gè)電力變電站的運(yùn)行可靠性，引入多代理技術(shù)設(shè)計(jì)不間斷電力變電站，各分布式電源的自治比較獨(dú)立，多代理技術(shù)則可以妥善解決各分布式電源之間的協(xié)調(diào)問題。概述智能多代理技術(shù)模型，根據(jù)變電站功率協(xié)調(diào)控制的基本技術(shù)要求，提出運(yùn)用多代理技術(shù)的變電站功率協(xié)調(diào)控制策略，各代理子系統(tǒng)共同維持變電站功率輸出水平。建立有限元狀態(tài)機(jī)完成仿真設(shè)計(jì)，仿真結(jié)果顯示，多代理技術(shù)用于變電站功率協(xié)調(diào)系統(tǒng)之后，極大的增強(qiáng)了各分布式電源協(xié)調(diào)性，并且有效補(bǔ)償負(fù)載波動(dòng)，證明了多代理技術(shù)的有效性。

關(guān)鍵詞：多代理技術(shù)不間斷變電站協(xié)調(diào)控制負(fù)荷水平

DesignandApplicationofUninterruptedPowerSubstationBasedonMulti-AgentTechnology

SUXiaohui

XinxiangHuayuanElectricPowerSurveyandDesignCo.，Ltd.Xinxiang，He’nanProvince，453000China

Abstract：Inordertoimprovetheoperationalreliabilityoftheentirepowersubstation，Multi-Agenttechnologyhasbeenintroducedtodesignanuninterruptedpowersubstation.Theautonomyofeachdistributedpowersourceisrelativelyindependent，andMulti-Agenttechnologycaneffectivelysolvethecoordinationproblembetweeneachdistributedpowersource.ThearticleoutlinestheintelligentMulti-Agenttechnologymodel，proposesasubstationpowercoordinationcontrolstrategyusingMulti-Agenttechnologybasedonthebasictechnicalrequirementsofsubstationpowercoordinationcontrol，andeachagentsubsystemjointlymaintainsthepoweroutputlevelofthesubstation.Establishafiniteelementstatemachinetocompletethesimulationdesign.ThesimulationresultsshowthatafterusingMulti-Agenttechnologyinthesubstationpowercoordinationsystem，itgreatlyenhancesthecoordinationofvariousdistributedpowersourcesandeffectivelycompensatesforloadfluctuations，provingtheeffectivenessofMulti-Agenttechnology.

KeyWords：Multi-Agenttechnology;Uninterrupted;Substation;Coordinatedcontrol;Loadlevel

隨著分布式發(fā)電技術(shù)的日益成熟，分布式發(fā)電在我國電力建設(shè)中發(fā)揮重要作用，有效解決了我國電力緊缺的現(xiàn)狀，但是分布式電源隨之帶來的控制問題，逐漸成為電力研究領(lǐng)域的熱門話題。多個(gè)小容量分布式電源之間，如何協(xié)調(diào)控制減輕電力負(fù)荷，多項(xiàng)研究表示多代理技術(shù)可以有效解決該問題[1]。王健等人[2]通過對(duì)基于多代理技術(shù)的智能變電站控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行敘述，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程終端分散化智能控制，極大的提升電力變電站的數(shù)據(jù)傳輸效率，與變電站的分布式電源與電網(wǎng)負(fù)荷分散特點(diǎn)相符。WASSERMANA等人[3]在研究中建立仿真模型得出結(jié)論，多代理結(jié)構(gòu)用于變電站微網(wǎng)控制，可以實(shí)現(xiàn)即插即用，實(shí)時(shí)交互變電站各分布式電源的獨(dú)立運(yùn)行信息，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。陳安帥[4]在電力變電站設(shè)計(jì)了分布式電源，利用多代理技術(shù)有效控制負(fù)荷母線，極大的提升電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。在參考以往文獻(xiàn)觀點(diǎn)基礎(chǔ)上，接下來將引入多代理技術(shù)完成不間斷電力變電站設(shè)計(jì)，驗(yàn)證多代理技術(shù)的協(xié)調(diào)控制有效性。

1多代理技術(shù)模型

根據(jù)近些年有關(guān)多代理技術(shù)的多項(xiàng)研究成果表示，應(yīng)用環(huán)境不同可以選擇類型適用的代理協(xié)作智能模型，例如協(xié)商模型、BDI模型、自協(xié)調(diào)模型、協(xié)作規(guī)劃模型等，結(jié)合本次設(shè)計(jì)不間斷電力變電站，BDI模型以其具備人類思維與推理能力的優(yōu)勢(shì)，用于本次變電站分布式電源控制。圖1為電力變電站的自動(dòng)化控制決策模型圖，首先在數(shù)據(jù)源層負(fù)責(zé)為變電站提供系統(tǒng)控制基礎(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息；其次數(shù)據(jù)倉庫層可以完成對(duì)變電站日常運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、集成、轉(zhuǎn)換，遵循各種代理技術(shù)指導(dǎo)將處理后的數(shù)據(jù)存放至系統(tǒng)調(diào)度倉庫；最后應(yīng)用層作為整個(gè)決策支持系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)，滿足人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站系統(tǒng)運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢、分析、深入挖掘，將結(jié)果用于不間斷電力變電站的輔助決策。

2基于多代理技術(shù)的變電站協(xié)調(diào)控制策略

2.1協(xié)調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了協(xié)調(diào)控制各分布式電源，本次設(shè)計(jì)利用多代理技術(shù)特性，提出基于多代理技術(shù)的變電站功率協(xié)調(diào)系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包含了資源記錄代理（RAA）、網(wǎng)絡(luò)接口代理（GIA）、命名服務(wù)器代理（NSA）、電池代理（FCA）等多種代理子系統(tǒng)。各代理在變電站運(yùn)行中，可以依據(jù)本身所在運(yùn)行環(huán)境，對(duì)功率任務(wù)自主調(diào)節(jié)，并接受其他代理功率指派，反饋任務(wù)執(zhí)行的相應(yīng)信息，這樣多代理子系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)運(yùn)行，共同維持變電站功率輸出穩(wěn)定。

2.2代理功能及任務(wù)設(shè)計(jì)

在變電站多代理技術(shù)的NSA與RAA兩類，同屬公用代理技術(shù)，NSA負(fù)責(zé)對(duì)變電站系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中的名字、位置等信息準(zhǔn)確記錄，方便變電站各代理子系統(tǒng)之間彼此訪問。RAA則負(fù)責(zé)對(duì)變電站各分布式電源的運(yùn)行功率記錄輸入、輸出信息，進(jìn)行階段性訪問做到數(shù)據(jù)庫信息的全面及時(shí)更新。各代理工作在實(shí)際運(yùn)行過程中，以風(fēng)力發(fā)電代理為例，需要接受網(wǎng)絡(luò)接口代理所指派的各類任務(wù)，向其他發(fā)電代理委派任務(wù)。由于變電站各分布式電源的功率輸出始終處于動(dòng)態(tài)化，所以各代理子系統(tǒng)運(yùn)行的共同目標(biāo)，就是為了維持協(xié)調(diào)系統(tǒng)總輸出功率，目標(biāo)公式如下[5]：

式（1）中：變電站網(wǎng)絡(luò)接口模塊輸入功率，用Pds表示；風(fēng)力發(fā)電機(jī)的有功功率輸出用Pw表示；分布式電源每個(gè)發(fā)電單元控制代理用Pf表示；超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置的有功功率輸出用Ps表示；

2.3協(xié)調(diào)控制代理功能實(shí)現(xiàn)

2.3.1管理協(xié)調(diào)代理

在變電站協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)中，對(duì)于多代理關(guān)系需要根據(jù)系統(tǒng)提供輔助決策信息完成定性定量分析，形成綜合決策方法，為變電站技術(shù)人員提供多種可選擇的方案。

2.3.2系統(tǒng)監(jiān)視代理

在不間斷電力變電站多代理子系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行中，監(jiān)視代理負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)搜集變電站各代理子系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)況，對(duì)系統(tǒng)在線運(yùn)行與離線狀態(tài)信息仔細(xì)搜集，包含SCADA數(shù)據(jù)、變電站二次設(shè)備運(yùn)行相關(guān)參數(shù)、電能數(shù)據(jù)、調(diào)度管理與圖像監(jiān)視等信息，在管理協(xié)調(diào)代理中匯入采集數(shù)據(jù)[6]。

2.3.3系統(tǒng)控制代理

可以逐一分解變電站綜合控制相關(guān)指令，這類指令均由系統(tǒng)及調(diào)度員自動(dòng)下達(dá)，包括運(yùn)行調(diào)整方式、處理事故以及電力市場(chǎng)交易等豐富信息，成功分解為具體的操作程序，包括遠(yuǎn)程調(diào)控、保護(hù)定值、更改指令等，向變電站各代理子系統(tǒng)傳達(dá)操作指令即可。

2.3.4經(jīng)濟(jì)運(yùn)行代理

在不間斷電力變電站的日常運(yùn)行過程中，能夠?qū)⒈ＷC變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的約束條件為依據(jù)，制定為代理子系統(tǒng)運(yùn)行指導(dǎo)規(guī)則，并建立系統(tǒng)模型與運(yùn)行算法，包括變電站運(yùn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)、用電調(diào)度、經(jīng)濟(jì)計(jì)劃、交換計(jì)劃、設(shè)備檢修計(jì)劃等，針對(duì)變電站制定了全面運(yùn)行策略。確保變電站在店里不間斷運(yùn)行過程中，可以根據(jù)實(shí)時(shí)反饋的電力損耗、系統(tǒng)熱效率、經(jīng)濟(jì)情況相關(guān)信息，制定下一階段的降耗增效用電方案[7]。

2.3.5安全分析代理

建立變電站代理子系統(tǒng)運(yùn)行模型與相應(yīng)算法，全面評(píng)估變電站運(yùn)行安全性，從而及時(shí)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行信息，發(fā)現(xiàn)安全隱患根據(jù)評(píng)估結(jié)果，排查故障找到系統(tǒng)的薄弱之處，也可以為后續(xù)系統(tǒng)安全改進(jìn)方案提供有價(jià)值信息，維持電力變電站的不間斷運(yùn)行安全穩(wěn)定性。

2.3.6人機(jī)交互代理

集成整個(gè)變電站代理子系統(tǒng)統(tǒng)一顯示，如同虛擬化集中調(diào)度，可以為變電站技術(shù)人員提供直觀可視的操控界面，包括動(dòng)態(tài)化展示各類儀表盤、圖像、音頻、圖形等，技術(shù)人員能夠直接通過此功能掌握變電站的各分布式電源設(shè)備運(yùn)行實(shí)況。

3仿真設(shè)計(jì)

3.1仿真條件

為了對(duì)本次不間斷電力變電站系統(tǒng)采用多代理技術(shù)的運(yùn)行效果進(jìn)行驗(yàn)證，建立有限元狀態(tài)機(jī)分析模型，在MATLAB軟件設(shè)計(jì)事件驅(qū)動(dòng)控制仿真模型。由于主要針對(duì)多代理協(xié)調(diào)控制的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，所以簡(jiǎn)化本次仿真步驟，設(shè)計(jì)全部分布式電源均為有功電源模型，模擬黑盒子仿真環(huán)境，規(guī)定系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，輸出功率為常數(shù)量，設(shè)計(jì)仿真條件如下：設(shè)定變電站風(fēng)力發(fā)電機(jī)維持[0，1]的輸出功率，在此范圍內(nèi)可隨時(shí)更換，燃料電池為2MW最大輸出功率極值，超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置為1MW最大輸出功率極值，在1s與10ms的燃料電池、超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置各自功率調(diào)節(jié)用時(shí)條件下，觀察多代理協(xié)調(diào)控制仿真效果。

3.2仿真結(jié)果

通過本次仿真設(shè)計(jì)應(yīng)用多代理協(xié)調(diào)控制，變電站方針模型的分布式電源有功功率變化波動(dòng)明顯，表現(xiàn)如下：在并未應(yīng)用多代理功率協(xié)調(diào)系統(tǒng)的變電站仿真工況條件下，各分布式電源之間的功率關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，所以整個(gè)變電站運(yùn)行負(fù)荷控制效能有限。但是在應(yīng)用多代理協(xié)調(diào)控制之后，變電站的風(fēng)力資源不僅得到充分利用，還能為了補(bǔ)償電力運(yùn)行負(fù)載波動(dòng)，綜合考慮調(diào)節(jié)各分布式電源的時(shí)間常數(shù)及容量，因此證實(shí)了多代理技術(shù)用于不間斷電力變電站協(xié)調(diào)控制的有效性。而且觀察整個(gè)仿真過程，變電站超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置由于調(diào)節(jié)時(shí)間常數(shù)的數(shù)值并不大，所以在應(yīng)用多代理協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)之前存在比較頻繁的功率波動(dòng)，但是在使用多代理協(xié)調(diào)控制之后，成功補(bǔ)償了超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置的功率波動(dòng)問題。

4結(jié)語

綜上所述，綜合考慮分布式電源的獨(dú)立運(yùn)行特性，為了協(xié)調(diào)控制補(bǔ)償系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)載，采用多代理技術(shù)設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了管理協(xié)調(diào)、系統(tǒng)監(jiān)視、系統(tǒng)控制、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、安全分析、人機(jī)交互等多功能。最后仿真結(jié)果也表明，多代理技術(shù)用于變電站功率協(xié)調(diào)系統(tǒng)之后，極大的增強(qiáng)了各分布式電源協(xié)調(diào)性，并且有效補(bǔ)償負(fù)載波動(dòng)，證明了多代理技術(shù)的有效性，可以實(shí)現(xiàn)不間斷電力變電站的預(yù)期成效。

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