基于多智能体的微电源分散协调控制方法技术

一种基于多智能体的微电源分散协调控制方法，其内容包括：构建两层多智能体分布式协调控制方案；设计两层多智能体的内部结构，下层单元智能体设计为包括反应层和协商层的混合智能体；上层智能体设计为包括学习和评估模块、数据库、知识库、二级控制模块和动作执行模块；提出微电源分散控制方案，分布式电源的分散控制为双闭环控制，设计分数阶PID控制器；用粒子群优化算法整定分数阶PID控制器的参数优化；基于一致性控制理论设计分布式协调控制器；用仿真试验验证该方案的有效性。本发明专利技术为微电网的分布式电源提供了一个既经济可行、又安全可靠地控制策略，确保微电网在孤岛模式下能够安全稳定运行。

Decentralized coordination control method for micro power supply based on Multi-Agent

A decentralized micro power control method based on multi-agent, which includes the construction of coordinated control scheme of two layer distributed multi-agent; internal structure design of two layers of multi-agent, lower unit intelligent body design for hybrid intelligent body comprises a reaction layer and the upper layer negotiation; agent design including learning and evaluation module, database, knowledge base, two level control module and execution module; the micro power decentralized control scheme, decentralized control for the dual loop control of distributed power supply, the design of fractional order PID controller; parameter optimization using particle swarm optimization algorithm tuning fractional order PID controller; consistency control theory to design controller based on distributed coordination; the validity of the scheme is verified by simulation test. The invention provides an economical, feasible and safe control strategy for the distributed power supply of the micro grid, and ensures that the microgrid can be operated safely and stably in an isolated island mode.

【技术实现步骤摘要】
基于多智能体的微电源分散协调控制方法
本专利技术属于智能电网控制领域，具体涉及一种基于多智能体的微电源分散协调控制方法。
技术介绍
近几年，分布式发电技术得到了国内外学者的关注，并且广泛应用于电力系统。分布式电源包括光伏发电装置、风力发电机、燃料电池和微型燃气轮机等。分布式发电具有投资小、环保好以及灵活性高等优点，但也同时存在着很多问题，如分布式电源单机接入的成本较高、控制相对困难等。此外，分布式电源相对于大电网来说，是一个不可控电源，大电网不得不采取例如限制、隔离的方式来处理分布式电源，以减小分布式电源对大电网的冲击。IEEE1547标准对分布式电源的入网作了规定：当电力系统故障时，分布式电源必须马上退出运行。这一标准在很大程度上限制了分布式电源的充分发挥，也间接限制了新能源的利用。为了协调大电网与分布式电源之间的矛盾，充分利用分布式电源为微电网和用户带来的价值和效益，微电网的概念被提出。微电网是由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷、监控和保护装置汇集而成的小型发配电系统，能够向关键负荷不间断提供高质量的电能，其相对于外部大电网是单一可控的。微电网具有并网和孤岛两种运行模式，正常情况下与大电网联网运行，作为电网的补充；当检测到电网故障或是电能质量不能满足本地负荷供电要求时，微电网迅速和大电网断开孤岛运行。无论微电网处于并网模式还是孤岛模式，都需要对微电网中的分布式电源进行有效地控制，因此对微电网中分布式电源的控制技术至关重要。微电网通过微电源维持电网的稳定，而每个微电源都是通过控制灵活的电力电子接口逆变器连接到微电网，因此，对微电网下层分散控制器的设计通过对逆变器控制实现。目前针对微电网中分布式电源的控制问题通常采用以下两种控制策略：(1)主从控制策略。该控制策略需要将分布式电源的相关信息集中到控制中心，由中心控制器在分析计算后对各逆变器下发控制信息，但它需要通信线路传递信息，因此对通信有较高的依赖性，且对于结构复杂的系统，难以实现满意的控制效果。(2)分散控制策略。每个分布式电源根据自己局部的相关信息进行独立控制，不需要通信环节，而且实现了分布式电源的即插即用，但随着新能源发电的不断渗透，微电网的结构越来越复杂，分散控制由于缺少单元之间的配合，当微电网遭受严重扰动时，系统的频率质量可能无法保证。正是由于上述原因，本专利技术提出一种平衡两种控制策略优缺点的控制方法—基于多智能体(MAS)的微电源分散协调控制方法。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术中的不足，提出一种基于多智能技术的微电源分散协调控制方法。该专利技术基于两层多智能体技术平台，设计既合理有效又经济可行的分散协调控制策略，使得微电网在大扰动下能够维护系统良好的控制性能。为了解决上述存在的技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于多智能体的微电源分散协调控制方法，该方法内容包括如下步骤：(1)构建两层多智能体分布式协调控制方案，下层每个智能体单元根据自己局部的相关信息，进行独立的控制；下层每个智能体能够实现分布式电源的分散控制；上层协调控制智能体，根据下层智能体的信息以及微电网的运行状况，及时向下层单元智能体提供相应的控制方式，确保微电网稳定运行，实现上层智能体基于通信网络实现分布式电源的协调控制；(2)设计两层多智能体的内部结构，下层单元智能体设计为包括反应层和协商层的混合智能体；上层智能体设计为包括学习和评估模块、数据库、知识库、二级控制模块和动作执行模块；(3)提出微电源分散控制方案，分布式电源的分散控制为双闭环控制，包括基于逆变器下垂特性的外环功率控制和基于改进的PID电压电流内环控制，设计分数阶PID控制器；(4)用粒子群优化算法整定分数阶PID控制器的参数优化；PID参数的优化方法有很多，如梯度法、单纯形法、遗传算法等，虽然这些方法都具有良好的寻优特性,但却存在着一些弊端。梯度法要求目标函数连续可导；单纯形法受初值和计算步长的影响较大，易于收敛于局部最优解，造成寻优失败；遗传算法需要进行复制、交叉与变异操作，进化速度慢，易产生早熟收敛，并且其性能对参数有较大的依赖性。粒子群算法(PSO算法)具有并行处理、鲁棒性强以及可调参数少等优点，能以较大的概率找到问题的全局最优解，且计算效率高，故本专利技术用粒子群优化算法整定分数阶PID的参数。(5)基于一致性控制理论设计分布式协调控制器，确保分布式电源电压的一致以及良好的功率均分效果，并且能够有效抑制分布式电源之间的环流问题；设计多智能体一致性算法，每个分布式电源只需自己的信息以及与其相关的智能体的信息，使微电源的输出电压一致，能够有效的抑制环流，并且微电源之间的功率均分效果更好；(6)用仿真试验验证该方案的有效性。由于采用上述技术方案，本专利技术提供的一种基于多智能体的微电源分散协调控制方法，与现有技术相比具有这样的有益效果：本专利技术平衡了微电网的分散和集中两种控制方法的优缺点，实现了微电源之间的功率均分，并且微电源输出电压和电流的动态性能和鲁棒性得到提高。本专利技术为微电网的分布式电源提供了一个既经济可行、又安全可靠地控制策略，确保微电网在孤岛模式下能够安全稳定运行。附图说明图1为基于多智能体的微电网两层控制结构图；图2为基于双闭环控制的微电源分散控制框图；图3为微电源的功率控制器框图；图4为微电源的电压电流控制器控制原理图；图5为微电源并联模型。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述：本专利技术的一种基于多智能体的微电源分散协调控制方法，该方法内容包括如下步骤：1、在微电网中，每一个微电源都连接一个相应的单元智能体，每个智能体能够根据自己局部的相关信息，进行独立的控制，不需要通信环节，实现了分布式电源的即插即用。但是单个智能体可能由于掌握的信息不完整，无法独立完成某项任务，因此需要各智能体之间的交互。当外界扰动比较大时，仅依靠智能体单元之间的控制，可能导致微电网电压不稳定。因此构建两层多智能体分布式协调控制方案，图1所示为基于多智能体的微电网两层控制结构图，下层每个智能体单元根据自己局部的相关信息，进行独立的控制；下层每个智能体能够实现分布式电源的分散控制；上层协调控制智能体，根据下层智能体的信息以及微电网的运行状况，及时向下层单元智能体提供相应的控制方式，确保微电网稳定运行；实现上层智能体基于通信网络实现分布式电源的协调控制。2、设计两层多智能体的内部结构，下层单元智能体设计为包括反应层和协商层的混合智能体；上层智能体设计为包括学习和评估模块、数据库、知识库、二级控制模块和动作执行模块；下层分散控制Agent包括：DGAgent、负荷Agent等元件Agent，主要分为反应层和协商层。其中反应层包括感知、识别和行动执行模块，具有“感知和行动”的特性，既能感知外部环境获得数据和信息，同时也可以作用于外部环境。协商层是由数据库、学习和评估模块、本地策略模块组成，具有“信念、愿望和意图”的属性。本专利技术构建的两层多智能体系统，下级智能体与上级智能体之间为“主从”交互行为，即上级向下级智能体发送的协调控制请求，具有最高优先权。并且各智能体单元之间需进行交互，相互协调和配合，在能力和资源之间互相支持，最终实现系统的目标。因此构建的两层多智能体技术的方法能确保微电网安全、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多智能体的微电源分散协调控制方法，其特征在于：该方法内容包括如下步骤：(1)构建两层多智能体分布式协调控制方案，下层每个智能体单元根据自己局部的相关信息，进行独立的控制；下层每个智能体能够实现分布式电源的分散控制；上层协调控制智能体，根据下层智能体的信息，以及微电网的运行状况，及时向下层单元智能体提供相应的控制方式，确保微电网稳定运行，实现上层智能体基于通信网络实现分布式电源的协调控制；(2)设计两层多智能体的内部结构，下层单元智能体设计为包括反应层和协商层的混合智能体；上层智能体设计为包括学习和评估模块、数据库、知识库、二级控制模块和动作执行模块；(3)提出微电源分散控制方案，微电源的分散控制为双闭环控制，包括基于逆变器下垂特性的外环功率控制和基于改进的PID电压电流内环控制，设计分数阶PID控制器；(4)用粒子群优化算法整定分数阶PID控制器的参数优化；(5)基于一致性控制理论设计分布式协调控制器，确保分布式电源电压的一致以及良好的功率均分效果，并且能够有效抑制分布式电源之间的环流问题；设计基于多智能体一致性算法，每个分布式电源只需自己的信息以及与其相关的智能体的信息，使微电源的输出电压一致，能够有效的抑制环流，并且微电源之间的功率均分效果更好；(6)用仿真试验验证该方案的有效性。...

【技术特征摘要】
1.一种基于多智能体的微电源分散协调控制方法，其特征在于：该方法内容包括如下步骤：(1)构建两层多智能体分布式协调控制方案，下层每个智能体单元根据自己局部的相关信息，进行独立的控制；下层每个智能体能够实现分布式电源的分散控制；上层协调控制智能体，根据下层智能体的信息，以及微电网的运行状况，及时向下层单元智能体提供相应的控制方式，确保微电网稳定运行，实现上层智能体基于通信网络实现分布式电源的协调控制；(2)设计两层多智能体的内部结构，下层单元智能体设计为包括反应层和协商层的混合智能体；上层智能体设计为包括学习和评估模块、数据库、知识库、二级控制模块和动作执行模块；(3)提出微电源分散控制方案，微电源的分散控制为双闭环控制，包括基于逆变器下垂特性的外环功率控制和基于改进的PID电压电流内环控制，设计分数阶PID控制器；(4)用粒子群优化算法整定分数阶PID控制器的参数优化；(5)基于一致性控制理论设计分布式协调控制器，确保分布式电源电压的一致以及良好的功率均分效果，并且能够有效抑制分布式电源之间的环流问题；设计基于多智能体一致性算法，每个分布式电源只需自己的信息以及与其相关的智能体的信息，使微电源的输出电压一致，能够有效的抑制环流，并且微电源之间的功率均分效果更好；(6)用仿真试验验证该方案的有效性。2.根据权利要求1所属的一种基于多智能体的微电源分散协调控制方法，其特征在于：所述设计分数阶PID控制器，包括如下内容：由微电源电压电流控制器控制原理得，电压控制器相应的控制方程如下：其中，λ,μ是电压控制器的积分和微分阶次，KPV,KIV,KDV为电压控制器的比例、积分和微分系数，χd,χq,ASSd,ASSq是辅助变量，F是电压控制器的前馈系数，Cf是滤波电容，ω为参考角频率；电流控制器相应的控制方程如下：其中，α,β是电流控制器的积分和微分阶次，KPC,KIC,KDC为电流控制器的比例、积分和微分系数，ψd,ψq是辅助变量，Lf是滤波电感。3.根据权利要求1所属的一种基于多智能体的微电源分散协调控制方法，其特征在于：所述设计分布式协调控制器，包括如下内容：根据微电源并联模型，由基尔霍夫电压电流定律得如下状态空间模型：其中，x(t)＝[itiuiiRiimitmumiinitnun]T是状态变量，输入变量为u(t)＝[utiutmutn]T，y(t)＝[uiumun]T是系统的输出；一致性协议为：

【专利技术属性】
技术研发人员：窦春霞，宋萌萌，张占强，张博，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13