方躍勝，姚宏亮

（1.安徽水利水電職業(yè)技術學院，安徽 合肥231603；2.合肥工業(yè)大學計算機與信息學院，安徽 合肥230009）

1 引 言

微電網為分布式發(fā)電的綜合利用提供了一種有效的技術手段[1，2]。微電網系統是由分布式電源、儲能單元、負荷以及監(jiān)控、保護裝置組成的集合，具有局部能量平衡、靈活的并網或孤網運行方式、可調度性能強等優(yōu)點，并且能充分滿足用戶對電能質量、供電可靠性和安全性的要求，已經成為智能電網的一個重要組成部分。隨著新能源的開發(fā)利用和智能電網技術的發(fā)展，智能微電網將是未來電網發(fā)展的主流方向。智能微電網是一種由負荷和微型電源共同組成的系統，可最大程度地利用可再生能源形成分布式供電，提高供電的可靠性，降低成本以及實現智能化，并有效推動主動式配電網的發(fā)展。智能微電網技術是一項綜合學科技術的結合，涉及到電力電子技術、自動化控制技術、通訊技術、計算機技術及光伏、風力發(fā)電、新能源技術等領域[3]。智能微電網在靈活性、多樣性、可控性、可塑性和獨立性等方面都顯現出獨到的優(yōu)勢[4]。智能微電網系統分為電源系統、儲能系統、多種可再生能源組網系統、能量管理系統（energy management system，EMS）、繼電保護系統、通訊系統6大部分，而EMS是整個微電網的核心部分，智能微電網安全經濟的運行方式與高質量的供電服務，離不開完善的EMS[5]。目前，國外的相關科研組織對此已取得一定的研究成果，如歐洲和日本，中國對智能微電網系統級EMS的研究還處于理論起步階段[6－9]。

2 系統總體設計

2.1 系統目標設計

作為可再生能源利用最主要的課題之一，智能微電網迎來了加速發(fā)展的新階段，并將對分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接入產生重要的影響，尤其是分布式高滲透隨機能源 （其中的高滲透指隨機能源在電網中所占的電能比重高），其接入后會影響到電網的平穩(wěn)性。為此，設計開發(fā)基于多Agent的智能微電網EMS[10]。系統目標和任務是利用多Agent系統實施對能量變化的實時監(jiān)控和預警，通過其通信管理模塊Agent服務器端和客戶端的協作調度與控制可維持電平的平穩(wěn)，實現能源充分、可靠地利用。

2.2 系統架構設計

基于多Agent的智能微電網EMS的系統架構可分為拓撲結構與邏輯結構，如圖1、圖2所示。

圖1 系統拓撲結構示意圖

圖2 系統邏輯結構示意圖

2.3 系統功能與流程設計

基于多Agent的智能微網EMS的總體功能模塊設計分為實時監(jiān)控、微網編輯、Agent管理、通信管理 （協作調度與控制）、數據管理、FastDB和遠程訪問模塊等。智能微網EMS實際運行或仿真運行時的流程示意圖如圖3所示。

圖3 系統流程示意圖

3 通信管理模塊設計

3.1 通信方式和通信結構

在平臺上實現客戶端和服務端通信，由于在C＋＋Builder上主要使用TServerSocket和TClient－Socket控件進行通信，即在服務端上使用一個TServerSocket和客戶端上使用一個TClientSocket。同時由于客戶端與客戶端之間也要通信，為了連接和通信的可靠性，同樣在客戶端上再放置一個TServer－Socket1和TClientSocket2來滿足客戶端和客戶端之間的通信。

目前在客戶端和服務端的通信類型中，主要有使用TProtocol類封裝了Agent通訊中需要的協議，現階段用結構體的方法規(guī)定了 “Agent登錄、仿真開始、仿真電流、電壓數據傳遞、日調度計劃、AGC調度計劃、故障信息、變更信息”這些信息的格式。在服務端和客戶端的通信中采用TCP 3次握手協議的可靠傳輸。

3.2 通信策略和數據格式

ResolveDiaoduMessage（AnsiString recv，TCustomWinSocket＊Socket1）；

通信格式分為發(fā)送幀、應答幀、數據幀。

發(fā)送幀組成：命令字、地址數、地址。命令字為期望的動作行為，如采集命令、測量命令；地址數為期望同時操作的目標數目；地址為操作的目標的地址。

應答幀組成：a）測量應答幀：命令字、地址數、地址狀態(tài)；

b）采集應答幀：命令字、地址數、數據；

c）其它命令應答幀：命令字、地址數。

數據幀組成：具體的數據。

3.3 協作調度與控制

3.3.1 通信協議的設置

通信協議建立在TCP／IP協議之上，采用應答式。對于任意命令設置定時器，超時認為是通信故障。服務端和客戶端通信協議的格式如表1所示。

服務端通信協議的格式如表1所示。

表1 服務端通信協議的格式

客戶端通信協議的制定如表2所示。

表2 客戶端通信協議的格式

3.3.2 協作調度與控制

下面演示一個合同網調度計劃：客戶端Agent發(fā)送一個請求用電變更消息給服務端，然后服務端發(fā)送給各個其它可以參與調度的Agent，這些其它的Agent信息 （如電價信息和發(fā)電量信息發(fā)送給請求的Agent，不通過服務端）最終經過衡量請求的Agent決定接收其中一個或多個其它Agent的請求。最后，當用電和發(fā)電之間的合同形成后，提交給中央平臺。中央平臺允許后，各個設備在原有計劃上，為新產生的合同進行準備。為了演示效果，在服務端的平臺加入Memo1，方便顯示內容和請求效果，如圖4和圖5所示。

圖4 客戶端登陸界面

圖5 登陸過后服務端界面

現在客戶端Load－01預計在未來10h內用電量要增加，需要請求額外補充電量，并將電價發(fā)過去（圖6），所以要將未來變更信息發(fā)送給服務端，服務端同意后，再將其發(fā)送給其它發(fā)電Agent（圖7）和Load－01（反饋給Load－01，知道其變更信息發(fā)送成功，先于發(fā)送給其它的發(fā)電Agent，圖8），其它Agent根據自身的發(fā)電和電價情況來判斷是否與Load－01進行交易，如果進行交易則形成合同，發(fā)送給主控平臺，平臺允許后，為新產生的合同進行準備。當然在發(fā)送變更信息的同時，要發(fā)送時間、Load－01的IP地址，以及它作為服務器的端口號，只有這樣，其它的客戶端才可以方便地發(fā)送信息給Load－01。這里的服務端同樣也要作為一個NTP服務器，防止客戶端和客戶端、客戶端和服務端之間的時間差異過大造成的不準備。

對于服務端傳播給其它的發(fā)電Agent，由于客戶端較多，只給出3個發(fā)電Agent作出的相應的協作，分別是PV－01、WT－01和BB－01 （圖9、圖10）。

圖6 Load－01發(fā)送變更信息

圖7 服務端收到變更信息并下發(fā)給各個發(fā)電Agent

圖8 Load－01接收到來自服務端的反饋信息

圖9 PV－01收到的信息，并接受請求發(fā)送Load－01

圖10 WT－01收到的信息，并接受請求發(fā)送Load－01；BB－01收到的信息，并接受請求發(fā)送Load－01

通過Load－01接受的請求信息，接受PV－01和 WT－01的請求，滿足了自己的變更信息，拒絕BB－01（圖11），再將確認信息和拒絕信息反饋到PV－01，WT－01和BB－01（圖12），在將確認準備發(fā)電的 WT－01和PV－01反饋到Load－01中去，形成最終的合同發(fā)送給服務端 （圖13），服務端同意后 （不和其它合同沖突）（圖14），則在預定的時間執(zhí)行 （圖15）。

最終執(zhí)行合同的時候，省略了PV－01和WT－01的截圖，給出了Load－01的截圖。

圖11 Load－01接收WT－01和PV－01的請求，拒絕BB－01

圖12 BB－01，PV－01，WT－01收到的反饋信息——確認信息和拒絕信息，然后準備

圖13 收到發(fā)電反饋并形成最終合同發(fā)送給服務端

圖14 服務端接收到的合同信息并發(fā)送允許或拒絕信息

圖15 合同開始執(zhí)行Load－01接收到的信息

微電網調度與控制分為實時安全穩(wěn)定控制、故障自愈控制與能量優(yōu)化調度3大功能模塊。實時安全穩(wěn)定控制與故障自愈控制目標維持微電網的安全穩(wěn)定運行，為秒級實時分析決策模塊，通過實時數據庫快速從SCADA獲取全網實時運行數據，并通過SCADA模塊下發(fā)決策控制指令；能量優(yōu)化調度模塊目標維持微電網經濟運行，除了通過實時數據庫獲取全網當前運行數據外，還需要對通過歷史數據庫獲取的微電網歷史運行數據、用戶互動信息和氣象等數據進行預測、分析，完成多時間尺度的最優(yōu)發(fā)電計劃的制定，并通過數據庫、網絡通信或SCADA系統下發(fā)調度計劃。

4 結 論

作為大電網的有益補充與分布式發(fā)電系統的有效利用形式，智能微電網已成為電力領域的一個新熱點[11]。研制開發(fā)高效、經濟、安全、可靠運行的微電網EMS成為目前微電網技術研究中的一個重要方面。本文繼承EMS現有成果，借鑒分層分布控制的思想，主要介紹基于多Agent智能微電網EMS的通信管理模塊——調度平臺Agent服務器和客戶端系統的設計與實現方法。文中設計了智能微電網EMS的物理控制架構，提出了一種較為完善的軟件功能體系結構，重點介紹了區(qū)別于傳統EMS的微電網通信管理模塊的調度與控制功能所涵蓋的內容，為微電網能量管理原型系統的開發(fā)奠定了基礎。該系統可實施對能量變化的實時監(jiān)控和預警，通過其通信管理模塊Agent服務器端和客戶端的協作調度與控制可維持電平的平穩(wěn)，實現能源充分、可靠地利用，對于 “大運行”體系下各單位實現智能微電網通信管理系統具有一定的借鑒作用和重要的現實意義。

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