張麗杰

摘? 要：文章針對微電網(wǎng)系統(tǒng)中分布電源的即插即用、能量管理、電壓穩(wěn)定性及經(jīng)濟調(diào)度等研究熱點問題進行了簡要分析，總結(jié)了近些年來解決問題的研究方法和技術(shù)路徑，以及基于多智能體系統(tǒng)的控制策略在改善微電網(wǎng)綜合性能中的應用。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng);控制策略;分布式;多智能體系統(tǒng)

中圖分類號：TM715? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）27-0127-03

Abstract： In this paper， plug-and-play， energy management， voltage stability and economic scheduling of distributed power supply in microgrid system are analyzed briefly. This paper also summarizes the research methods and technical paths to solve the problems in recent years， and the application of the control strategy based on multi-agent system in improving the comprehensive performance of microgrid.

Keywords： microgrid; control strategy; distributed; multi-agent system

微電網(wǎng)將各種分布式微型電源、負荷單元、儲能單元以及控制設備結(jié)合起來，構(gòu)成協(xié)調(diào)運行的新型有機電源接入系統(tǒng)，為解決新能源及可再生能源分布式發(fā)電無縫接入大電網(wǎng)提供了技術(shù)路徑。微電網(wǎng)作為新型電源接入系統(tǒng)，其實是一種高效的“網(wǎng)中網(wǎng)”能源利用形式，既能并網(wǎng)運行，也可以孤網(wǎng)運行[1]。微電網(wǎng)由于受到發(fā)電方式和容量的限制，分布式電源以交直流變流器并網(wǎng)的集中式控制方式為主，雖然具有較快的調(diào)節(jié)、響應速度，但受通信帶寬和低可靠性的約束，如何使分布式電源在微電網(wǎng)中實現(xiàn)即插即用成為研究人員關(guān)注的熱點問題。在交直流混合微電網(wǎng)群由孤網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)、并網(wǎng)切換到孤網(wǎng)的多級控制過程中，維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性微電網(wǎng)可靠運行的關(guān)鍵問題。另外，考慮系統(tǒng)功率平衡的約束，兼顧發(fā)電、儲能單元運行成本最低目標，探索分布式微電網(wǎng)最優(yōu)能量管理模式非常有必要。針對上述提到的微電網(wǎng)高效運行中亟待解決的問題，國內(nèi)學者就微電網(wǎng)的分散協(xié)調(diào)、系統(tǒng)穩(wěn)定性、經(jīng)濟調(diào)度等方面的控制策略作了大量研究。

1 微電網(wǎng)系統(tǒng)的分散控制策略研究

微電網(wǎng)系統(tǒng)控制通常分為集中控制和分散控制兩種主要方式。分散控制是基于無通信互連線，采用即插即用電源的分布式微電網(wǎng)的控制技術(shù)。隨著微電網(wǎng)系統(tǒng)中“即插即用”技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡控制方案對于系統(tǒng)的計算和通信能力提出更高要求，尤其是有干擾情況存在的微電網(wǎng)穩(wěn)定性的控制，集中式控制策略難以滿足系統(tǒng)動態(tài)性能的需求。采用由多個具有功能獨立、通信和邏輯判斷能力的智能體構(gòu)成的分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，通過知識共享、信息交互、協(xié)調(diào)或競爭，實現(xiàn)共同目標。多智能體系統(tǒng)（Multi-Agent System，MAS）具有良好的自治性和協(xié)調(diào)性，非常適合于解決動態(tài)分布的微電網(wǎng)能量管理問題。文獻[2]針對分布式電源易產(chǎn)生環(huán)流問題，提出了基于同步補償?shù)目刂撇呗?，實現(xiàn)分布式電源無功功率均分輸出和電壓穩(wěn)定性，控制策略有效的保持了微電網(wǎng)分布電源的“即插即用”特點。文獻[3]基于完全分散式方法研究了分布式電源分層控制策略，優(yōu)化了系統(tǒng)頻率和功率的控制方法。為了使微電網(wǎng)中分布式電源的“即插即用”控制更加靈活，基于多智能體的一致性控制算法被廣泛用于微電網(wǎng)的分散控制策略中，可實時獲取網(wǎng)絡各單元之間的信息，在即插即用控制方面獲得理想效果。

微電網(wǎng)中的分布式電源的即插即用的靈活性，為新能源及可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的能量管理提供了技術(shù)支持和策略保障。文獻[4]提出了基于主從控制的交直流混合、交直流聯(lián)合并網(wǎng)離網(wǎng)、交直流獨立離網(wǎng)等多模式運行方法，的切換控制策略。文獻[5]基于多智能體性算法一致迭代研究了發(fā)電單元的最優(yōu)經(jīng)濟運行點。微電網(wǎng)在能量管理過程中既可以采用并網(wǎng)模式，也可以是孤島模式。文獻[6]在不考慮并網(wǎng)情況時，基于分布式算法改進在孤島運行中的分布式設備的頻率、電壓和平衡節(jié)點控制策略。文獻[7]不考慮系統(tǒng)的一致性的情況下，研究了基于等微增率準則的協(xié)同控制策略在孤島微電網(wǎng)中的應用。

針對由交直流混合分布式電源組成的微網(wǎng)群結(jié)構(gòu)，有學者將圖論的概念用于微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)?；^程。每個智能體被看作一個分布式節(jié)點，兩個相鄰的節(jié)點之間如果有電量信息的交換，則表示通信連接，視為鏈接邊，通過智能多級控制策略，系統(tǒng)網(wǎng)絡節(jié)點即可獲知整個交、直流微網(wǎng)群的電壓、頻率等信息狀態(tài)，由此實現(xiàn)對微電網(wǎng)組網(wǎng)形式及群級的協(xié)調(diào)控制。文獻[8]基于分布式一致性算法，討論了交直流混合微電網(wǎng)的分布式儲能單元的下垂控制策略的可行性。針對參與源、網(wǎng)、荷協(xié)調(diào)的不同主體問題，研究人員基于系統(tǒng)協(xié)調(diào)多元主體的概念，引入多智能體和多層電價響應機制，構(gòu)建多元多層級主體協(xié)調(diào)優(yōu)化框架，解決分布式微電網(wǎng)配電的自治協(xié)調(diào)問題。例如針對直接并網(wǎng)或間接并網(wǎng)的源、荷運行特點，處理不同層級、不同主體間的多級協(xié)調(diào)問題，文獻[9]提出了基于多智能體的配電網(wǎng)源-網(wǎng)-荷功率協(xié)調(diào)響應方法，分析了主動負荷及分布式電源的運行特性。對于不確定性及風險協(xié)調(diào)問題，文獻[10]基于有序的多層規(guī)劃理論，采用概率密度函數(shù)來描述多層電價響應機制的不確定性，以置信度水平來衡量不同層級主體間對風險的追求程度，討論了不同利益主題的協(xié)調(diào)策略。上述研究深入討論了多能流動態(tài)的差異特性、多元用戶互動的不確定性問題，探索了以多級控制為目標，基于多智能體系統(tǒng)的多主體互動及分布式微電網(wǎng)控制策略。研究結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)和智能控制技術(shù)，有效實現(xiàn)了對分布式能源系統(tǒng)的協(xié)同管控，進一步改善了產(chǎn)能端、用能端的智能匹配度和能源梯級利用率。

2 微電網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性控制策略研究

分布式微電網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性也是研究的熱點問題，目前常用的電壓控制方法有：（1）主從站控制方法[11];（2）聯(lián)絡線控制方法[12];（3）下垂控制法[13];（4）基于MAS技術(shù)的控制方法[14]。很多學者針對上述方法，基于分布式控制理論，通過對微電網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)電設備輸出功率、電壓、頻率等參量的控制，實現(xiàn)電壓穩(wěn)定性的改善方面開展了深入研究。文獻[15]針對無功功率分配不均問題，探討了分布式算法的控制策略，實現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)無功功率的重新分配和電壓調(diào)節(jié)。文獻[16]提出基于多智能體系統(tǒng)的分層分布優(yōu)化策略，實現(xiàn)分布式電源功率的精確控制和電壓優(yōu)化。文獻[17]通過構(gòu)建協(xié)調(diào)控制層、積分運算層和主控制層3層多智能體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對相鄰節(jié)點當前信息的協(xié)調(diào)控制，達到控制微電網(wǎng)功率、電壓穩(wěn)定性的要求。針對低壓配電區(qū)域，微電網(wǎng)通過協(xié)調(diào)不同類型的分布式電源和儲能單元，不間斷向重要負荷供電，提高系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性。文獻[18]提出通過改善微電網(wǎng)通信的間歇性，提高系統(tǒng)輸出電壓的穩(wěn)定性。文獻[19]考慮了微電網(wǎng)分層控制的結(jié)構(gòu)特點，研究了基于一致性算法的多智能體分布控制策略，實現(xiàn)了微電網(wǎng)系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定和功率的靈活配置。文獻[20]考慮了孤島運行模式下微電網(wǎng)的無功電壓特性，探討了基于自趨優(yōu)特點的MAS微電網(wǎng)無功電壓控制策略。也有學者針對微電網(wǎng)中的分布式發(fā)電機運行的間歇性和不確定性引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，開展了微電網(wǎng)系統(tǒng)供電質(zhì)量穩(wěn)定性研究。文獻[21]研究了基于一致性算法的多智能體分布式儲能系統(tǒng)的控制策略，優(yōu)化了儲能系統(tǒng)的穩(wěn)定性。文獻[22]考慮了微電網(wǎng)有外界干擾因素存在的系統(tǒng)穩(wěn)定性，提出基于多智能體的分散協(xié)調(diào)控制策略。上述研究中，微電網(wǎng)被看成多智能體系統(tǒng)，將分布式電源間的通信網(wǎng)絡表示為有向圖，通過網(wǎng)絡變量的同步跟蹤算法，證明了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3 微電網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度控制策略研究

微電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度作為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性與經(jīng)濟性的重要環(huán)節(jié)，其經(jīng)濟調(diào)度和環(huán)境效益的控制與優(yōu)化已經(jīng)成為微電網(wǎng)的重要研究方向。多數(shù)研究基于多智能體系統(tǒng)理論，建立了多層微電網(wǎng)優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)，分析了不同電價機制下的微電網(wǎng)與配電網(wǎng)之間的互動策略，對系統(tǒng)內(nèi)各項經(jīng)濟指標、最大化經(jīng)濟和環(huán)境效益進行了優(yōu)化。文獻[23]采用分層管理的多智能體機制解決了分布式發(fā)電單元之間交互和協(xié)作問題，確定了經(jīng)濟調(diào)度最優(yōu)競標決策。文獻[24]采用多智能體模擬競價均衡的微電網(wǎng)優(yōu)化方法，探討了微電網(wǎng)與傳統(tǒng)大電網(wǎng)之間的交互路徑。文獻[25]構(gòu)建了基于多智能體的微電網(wǎng)聯(lián)絡節(jié)點電價框架，分析了電網(wǎng)較高自主權(quán)的競價優(yōu)化運行決策。文獻[26]提出基于多智能體系統(tǒng)分布式算法解決電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度問題。文獻[27]基于多智能體理論提出了孤網(wǎng)運行的功率分配方法，研究了微電網(wǎng)功率實時經(jīng)濟分配策略。文獻[28]采用分布式算法解決微電網(wǎng)的瞬態(tài)供需平衡問題。這些方法能夠?qū)崟r了解微電網(wǎng)中負載與電源的運行狀態(tài)信息。在基于一致性理論優(yōu)化的多智能體功率經(jīng)濟分配方法中，事件觸發(fā)機制也得到了廣泛應用。文獻[29]基于智能體系統(tǒng)事件觸發(fā)模型提出了微電網(wǎng)經(jīng)濟分配控制策略。文獻[30]采用基于事件觸發(fā)的一致性算法，研究了微電網(wǎng)中的經(jīng)濟分配問題。文獻[31]采用協(xié)同動態(tài)智能體一致性理論，建立了微電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟調(diào)度模型，解決分散式自治問題。文獻[32]提出基于周期性通信機制的事件觸發(fā)控制方法，研究了多個混合系統(tǒng)中的直流微電網(wǎng)協(xié)調(diào)安全運行?；谏鲜龆嘀悄荏w理論的微電網(wǎng)性能優(yōu)化過程中，每個電源都被?；癁橐粋€智能體，在此基礎上，學者們提出基于層次分析法與一致性算法的綜合評價方法，在考慮微電網(wǎng)供需平衡因素的情況下，分析了微電網(wǎng)電源的綜合性能，并采用智能體學習算法深入研究了多類電源的調(diào)度優(yōu)化策略，實現(xiàn)了系統(tǒng)多類電源的綜合性能最優(yōu)控制。

4 結(jié)論

可再生能源發(fā)電單元的不斷接入，增加了微電網(wǎng)系統(tǒng)的復雜性，也加大了各單元系統(tǒng)之間的配合難度，導致微電網(wǎng)擾動嚴重，系統(tǒng)的能量管理、經(jīng)濟調(diào)度不能滿足要求，使得電壓質(zhì)量受到嚴重影響。為了改善微電網(wǎng)系統(tǒng)在干擾介入時的綜合性能，研究文獻結(jié)合MAS理論和一致性算法的控制策略，較好的解決了微電網(wǎng)系統(tǒng)及分布式電源即插即用、電壓穩(wěn)定性、調(diào)度優(yōu)化問題。這些方法對在大擾動情況下維護全系統(tǒng)良好性能提供技術(shù)路徑，在應用中也便于實現(xiàn);也為今后深入研究微電網(wǎng)群系統(tǒng)各單元的調(diào)度及控制積累了理論數(shù)據(jù)。

參考文獻：

[1]王成山，武震，李鵬.微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].電工技術(shù)學報，2014，29（2）：59-68.

[2]米陽，蔡杭誼，宋元元.基于同步補償?shù)墓聧u微電網(wǎng)無功均分研究[J].電工技術(shù)學報，2019，34（9）：1934-1942.

[3]XIN H，ZHAO R，ZHANG L，et al.A decentralized hierarchical control structure and self-optimizing control strategy for F-P type DG sin is landed micro grids[J].IEEE Transon Smart Grid，2016，7（1）：3-5.

[4]談竹奎，徐玉韜，班國邦，等.基于主從控制的交直流混合微電網(wǎng)多模式運行與切換策略[J].電氣技術(shù)，2018，019（9）：60-64.

[5]LI C， SAVAGHEBI M， GUERRERO J M， et al. Operation cost minimization of droop-controlled AC micro grids using multiagent-based distributed control[J]. Energies， 2016， 9（9）： 717.

[6]孫玉樹，李星，唐西勝，等.應用于微網(wǎng)的多類型儲能多級控制策略[J].高電壓技術(shù)，2017，43（1）：181-188.

[7]張黎，郝東新，鄒亮，等.用于分布式發(fā)電接入的交直流疊加配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析[J].高電壓技術(shù)，2017，43（1）：157-163.

[8]高揚，艾芊，王靖.多智能體系統(tǒng)的交直流混合微網(wǎng)群一致性協(xié)同控制[J].高電壓技術(shù)，2018，44（7）：2372-2377.

[9]徐熙林，宋依群，姚良忠.基于多層電價響應機制的主動配電網(wǎng)源-網(wǎng)-荷協(xié)調(diào)方法[J].電力系統(tǒng)自動化，2018，42（5）：9-17.

[10]姜欣，陳紅坤，向鐵元，等.考慮調(diào)峰特性的電網(wǎng)風電接入能力分析[J].電力自動化設備，2014，34（2）：13-18.

[11]張項安，張新昌，唐云龍，等.微電網(wǎng)孤島運行的自適應主從控制技術(shù)研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2014，42（2）：81-86.

[12]BOSE S， LIU Y， BAHEI-ELDIN K， DE BEDOUT J，et al.Tieline controls in microgrid applications[C]// Proceedings of 2007 REP Symposium-Bulk Power System Dynamics and Control Ⅶ，Revitalizing Operational Reliability， August 19-24，2007，Charleston，SC，USA：1-9.

[13]鄭永偉，陳民鈾，李闖，等.自適應調(diào)節(jié)下垂系數(shù)的微電網(wǎng)控制策略[J].電力系統(tǒng)自動化，2013，37（7）：6-11.

[14]薛偉，許培.基于多Agent的微電網(wǎng)電壓無功控制系統(tǒng)[J].傳感器與微系統(tǒng)，2012，31（4）：92-95.

[15]HED，SHID，RATHESH S.Consensus-based distribution cooperative control for microgrid voltage regulation and reactive power sharing[C]// 2014 5th IEEE PES ISGT Europe，October12-15，2014，Istanbul，Turkey.

[16]余志文，艾芊，熊文.基于多智能體一致性協(xié)議的微電網(wǎng)分層分布實時優(yōu)化策略[J].電力系統(tǒng)自動化，2017，41（18）：25-31.

[17]馬經(jīng)緯，王曉梅，陳淼.基于多智能體系統(tǒng)的智能微網(wǎng)分散協(xié)調(diào)控制策略[J].電網(wǎng)與清潔能源，2017，33（11）：15-23.

[18]陳剛，李志勇，趙中原.微電網(wǎng)系統(tǒng)的分布式優(yōu)化下垂控制[J].控制理論與應用，2016，33（8）：999-1006.

[19]周燁，汪可友，李國杰.基于多智能體一致性算法的微電網(wǎng)分布式分層控制策略[J].電力系統(tǒng)自動化，2017，41（11）：142-149.

[20]魯斌，衣楠.孤島模式下微電網(wǎng)自趨優(yōu)分布式無功電壓控制策略[J].電力系統(tǒng)系動化，2014，38（9）：218-224.

[21]白穎，王致杰，鄒毅軍.基于多智能體網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的微電網(wǎng)分布式優(yōu)化資源管理系統(tǒng)[J].電力學報，2018，33（2）：93-98.

[22]竇春霞，李娜，徐曉龍.基于多智能體系統(tǒng)的微電網(wǎng)分散協(xié)調(diào)控制策略[J].電工技術(shù)學報，2015，30（7）：125-133.

[23]竇春霞，賈星蓓，李恒.基于多智能體的微電網(wǎng)中分布式發(fā)電的市場博弈競標發(fā)電[J].電網(wǎng)技術(shù)，2016，40（2）：579-586.

[24]孔祥玉，曾意，陸寧.基于多智能體競價均衡的微電網(wǎng)優(yōu)化運行方法[J].中國電機工程學報，2017，37（6）：1626-1633.

[25]Boussaada Z，Curea O，Camblong H，et al.Multi-agent systems for the dependability and safety of microgrids[J].International Journal on Interactive Design & Manufacturing，2016，10（1）：1-13.

[26]謝俊，陳凱旋，岳東，等.基于多智能體系統(tǒng)一致性算法的電力系統(tǒng)分布式經(jīng)濟調(diào)度策略[J].電力自動化設備，2016，36（2）：112-117.

[27]胡健，馬皓.基于多智能體系統(tǒng)的微網(wǎng)功率經(jīng)濟分配方法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2017，41（8）：2657-2663.

[28]Yang Z Q， Xiang J， Li Y J. Distributed virtual incremental cost consensus algorithm for economic dispatch in a microgrid[C]. In： Proceedings of the 12th IEEE International Conference on Control and Automation， Kathmandu， 2016：383-388.

[29]Seyboth G S， Dimarogonas D V， Johansson K H. Event-based broadcasting for multi-agent average consensus[J]. Automatica，2013，49：245-252.

[30]Chen G，Zhao Z Y. Delay effects on consensus-based distributed economic dispatch algorithm in microgrid[J]. IEEE Trans Power Syst，2018，33：602-612.

[31]阮博，俞德華，李斯吾.基于一致性的微網(wǎng)分布式能量管理調(diào)度策略[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2018，46（15）：23-28.

[32]郭偉，趙洪山.基于事件觸發(fā)機制的直流微電網(wǎng)多混合儲能系統(tǒng)分層協(xié)調(diào)控制方法[J].電工技術(shù)學報，2020，35（5）：1140-1151.