基于多Agent的光伏并网发电控制系统设计

翟军昌

（渤海大学 辽宁 锦州 121000）

光伏发电是利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能的一种发电方式，光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成。光伏发电作为一种可再生资源，它具有维护简单，使用区域受限较小等优点。光伏发电可以作为公共电网的一种补充备用[1]，可以对电网调峰，提高电网末端的电压稳定性，改善电网的功率因数回馈电网，不需单独配置蓄电池使发电成本降低，而且光伏发电出入电网灵活，既有利于改善电力系统的负荷平衡，又可以降低线路损耗。

由于光伏发电方式与传统发电方式不同，所以在光伏并网发电后会对电网产生一些影响。首先由于受多种因素影响，光伏发电系统输出功率具有不连续和不确定的特点，因此光伏电站的输出功率随机性很强，运行控制困难，尤其当光伏电源的容量与本地负载容量不匹配时，如果光伏电源输出功率随着环境条件变化较大，则接入点的电网电压波动更大。其次当光伏发电产生的直流电变成交流电时易产生谐波，大量谐波的产生会对电网会造成谐波污染，而且在并网逆变器输出轻载时谐波明显变大。最后，当电力公司的供电系统，因故障事故或停电维修等原因而停止工作时，安装在各个用户端的光伏并网发电系统，未能即时检测出停电状态而迅速将自身切离电网，因而容易形成孤岛现象[1-3]。因此，开展提高光伏并网发电运行控制策略的研究具有重要的意义。

本文针对光伏并网的特点和容易产生的问题，利用计算机通信技术结合多Agent[4-5]技术建立一个分布式协同的光伏发电并网控制系统，从而实现光伏并网发电安全运行，使光伏发电与电网互为支撑。

1 Agent介绍

Agent[4-5]也被称为智能体，是一种处于一定环境下包装的计算机系统，为实现设计的目的它能在某种环境下灵活地、自主地活动。单个Agent具有主动获取主机或Internet网络环境信息，响应环境状态变化的特性（自主性）[5]；单个Agent在没有人为干预的前提下，Agent根据实体的目标和意图自动执行相应的操作的特性（自治性）[5]；单个Agent能够对所处环境感知并作用其所处的环境（反应性）；单个Agent能够基于历史活动的执行情况指导未来的行为（学习性）[5]；Agent有能力与其他Agent交互（通信性）等特点[5]。

单个Agent的知识、信息和资源是有限的，可以将多个具有不同功能的单Agent组合在一起构成一个多Agent系统MAS（Multi-Agent system）协同来完成一个复杂的任务。在MAS中，每个Agent是松散藕合的，它们之间可以自动感知周围的环境相互通信相互合作来解决一个复杂的问题[3]。每个Agent可能具有不同的目标、知识和能力，如果某个Agent出现故障不会影响其它Agent运行，也不会影响整个系统的运行。由于Agent可以协同工作，如果某个Agent发生故障则可由其它的Agent来暂时管理控制其所管辖的区域，因此MAS的鲁棒性较好。此外MAS极易扩充，MAS可以按照某种规则和要求增加相应的Agent，也可以删除其中的某Agent，重新组合优化MAS建立新的多Agent系统。多Agent系统具有分布性、协作性、较好的鲁棒性和易扩充性，所以多Agent系统适合光伏并网问题的检测应用[2-3]。

2 系统结构设计

由于光伏发电并网运行受到诸多因素的影响，考虑到光伏发电并网运行的特点，利用计算机网络通信技术结合多Agent技术，建立一个以电网与各局部区域光伏发电站协同合作的控制系统，该系统具有分布式的特点，电网变电站控制端由一个由多个Agent系统构成，电网控制端可以控制管理电网自身的运行，以及对各光伏电站进行管理。每个光伏电站可以独立管理运行，同时也可以与其附近的光伏电站协同运行，在任何一个光伏电站发生故障时，其它光伏电站可以代替其管理运行。

2.1 电网控制端结构设计

电网控制端由管理 Agent、监听 Agent、执行 Agent、发电站信息数据库和光伏电站数据信息库构成，如图1所示。

图1 电网控制端结构设计Fig.1 Grid control structure design

2.1.1 管理Agent

管理Agent为管理员提供人机交互界面，它主要由以下几个功能模块组成：

1）维护管理本地电站发电信息数据库，如历史发电负荷量和时间等。

2）对光伏电站信息数据库及时更新和维护，通过人机界面模块可以添加、删除、编辑查询各地光伏电站信息。

3）管理响应监听Agent信息。

4）响应各地光伏电站管理Agent的反馈信息。

5）向监听Agent和执行Agent发送指令。

2.1.2 监听Agent

监听Agent时刻监听并网与脱网请求信息，监听电网自身运行，以及一些重要数据和故障等信息，它主要由以下几个功能模块组成：

1）监听光伏发电站请求与变电站并网与脱网信息。

2）监听发电站母线的电压、频率、相位、有功功率、功率因数等信息。

3）监听光伏发电并电网后，带来的各种扰动，如：电压闪烁和谐波、电压脉冲、浪涌、电压跌落、频率偏移、瞬时供电中断等动态电能质量问题。

4）监听电网的运行方式时刻变化，电网中负荷变化的信息。

5）监听电网故障信息。

6）向管理Agent和执行Agent发送指令。

2.1.3 执行Agent

执行Agent根据管理Agent和监听Agent发出的指令执行相应的操作，它主要由以下几个功能模块组成：

1）处理光伏发电站变电站并网与脱网请求。

2）根据发电系统母线数据的母线电压和频率，计算电网的负荷量，执行相应的并网与脱网操作。

3）根据区域内负荷用电，通过新型配电网能量管理系统实现全网能量优化调度和经济运行。

4）处理光伏发电并网后出力随机性引起的系统频率偏移，实施对出力变化的补偿和协调控制，减小光伏发电并网对配电网的影响。

5）处理电网内部故障和孤岛问题。

6）向管理Agent和监听Agent反馈处理信息。

2.2 光伏站控制端结构设计

电网控制端由管理 Agent、监听 Agent、执行 Agent、发电站信息数据库和天气数据信息库构成，如图2所示。

图2 光伏站控制端结构设计Fig.2 Photovoltaic station control structure design

2.2.1 管理Agent

管理Agent为管理员提供人机交互界面，它主要由以下几个功能模块组成：

1）管理维护本地光伏发电站发电信息数据库和天气信息数据库。

2）向发电站发送并网和脱网信请求。

3）管理响应监听Agent信息。

4）向监听Agent和执行Agent发送指令。

2.2.2 监听Agent

监听Agent主要由以下几个功能模块组成：

1）监听变电站请求与变电站并网与脱网信息。

2）监听供电区域的地理和气候等信息。

3）监听并网前后光伏电站以及发电网中负荷信息的变化。

4）监听发电站供电系统和其他光伏电站故障信息。

5）向管理Agent和执行Agent发送指令。

2.2.3 执行Agent

执行Agent主要由以下几个功能模块组成：

1）处理变电站并网与脱网请求。

2）根据供电系统电网的负荷量母线、电压、频率和相位信息执行并网与脱网操作。

3）根据故障信息和孤岛效应执行并网与脱网操作，实现孤岛效应保护功能。

4）根据供电区域的能源、交通运输、地理和气候等因素，对光伏电站发电量进行能量优化调度和经济运行。

3 系统实现

对于系统的实现，在充分考虑到光伏并网发电的特点基础上，关键的问题是Agent的设计、系统优化调度算法和系统的开发平台。

3.1 Agent结构设计

单个Agent体系结构如图3所示，它由感知部分、通信部分、执行部分和知识库组成。?通过环境感知部分Agent可以对外部环境信息进行感知，通过通信模块负责Agent之间的信息的交互和传递，执行部分可以执行每个Agent对应的任务，通过知识库Agent可以根据在历史活动中学到的知识进行推理决策。

图3 Agent结构Fig.3 Agent structure

3.2 系统优化调度算法

系统优化调度算法采用文献[6]提出的方法，文献[6]中提出利用混沌自适应粒子群优化算法对反馈型神经网络的初始化权值和阈值进行优化，将粒子群优化算法与反馈型神经网络相结合建立CAPSO-RNN网络进行训练。采用隶属度函数对温度进行模糊化处理从而提高预测精度，收敛速度更快、稳定性更好、预测结果更精确，更适合于光伏系统发电功率的预测[6]。

3.3 开发平台

系统采用Java语言作为开发平台，数据库采用SQL Sever，Agent之间的通信语言采用知识查询与处理语言（Knowledge Query and Manipulation Language，KQML）[5]。

4 结束语

本文针对光伏发电并网产生的问题，结合多Agent技术建立基于多Agent技术的分布式协同光伏发电并网控制系统模型，系统优化调度算法采用文献[6]提出的优化方法，依靠Agent技术的特点实现对光伏并网问题的预判和保护，从而实现光伏发电并网安全运行。

本文下一步研究工作，针对文中提出的控制系统模型尽行系统优化调度分析。

[1]陈赟.风力发电和光伏发电并网问题研究[D].上海：上海交通大学，2009.

[2]余涛.光伏发电并网关键技术及其对电网的影响研究[D].上海：上海交通大学，2012.

[3]张伯泉.人工智能及其在风一光互补发电场中的应用研究[D].广东：广东工业大学，2007.

[4]詹红霞，颜泉.Multi-Agent系统在电力系统中的应用[J].重庆大学学报，2006，29（11）：53-57.ZHAN Hong-xia，YAN Quan.Application of multi-Agent technology in power system[J].Journal of Chongqing University，2006，29（11）：53-57.

[5]李薇，张凤鸣.多Agent技术研究与应用[J].微计算机信息，2006，22（8-3）:293-295.LI Wei，ZHANG Feng-ming.Research and application of multi-Agent technology[J].Microcomputer Information，2006，22（8-3）:293-295.

[6]赵杰.光伏发电并网系统的相关技术研究[D].天津：天津大学，2012.