翟軍昌

（渤海大學(xué) 遼寧 錦州 121000）

光伏發(fā)電是利用太陽(yáng)電池將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能的一種發(fā)電方式，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成。光伏發(fā)電作為一種可再生資源，它具有維護(hù)簡(jiǎn)單，使用區(qū)域受限較小等優(yōu)點(diǎn)。光伏發(fā)電可以作為公共電網(wǎng)的一種補(bǔ)充備用[1]，可以對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰，提高電網(wǎng)末端的電壓穩(wěn)定性，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)回饋電網(wǎng)，不需單獨(dú)配置蓄電池使發(fā)電成本降低，而且光伏發(fā)電出入電網(wǎng)靈活，既有利于改善電力系統(tǒng)的負(fù)荷平衡，又可以降低線路損耗。

由于光伏發(fā)電方式與傳統(tǒng)發(fā)電方式不同，所以在光伏并網(wǎng)發(fā)電后會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生一些影響。首先由于受多種因素影響，光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率具有不連續(xù)和不確定的特點(diǎn)，因此光伏電站的輸出功率隨機(jī)性很強(qiáng)，運(yùn)行控制困難，尤其當(dāng)光伏電源的容量與本地負(fù)載容量不匹配時(shí)，如果光伏電源輸出功率隨著環(huán)境條件變化較大，則接入點(diǎn)的電網(wǎng)電壓波動(dòng)更大。其次當(dāng)光伏發(fā)電產(chǎn)生的直流電變成交流電時(shí)易產(chǎn)生諧波，大量諧波的產(chǎn)生會(huì)對(duì)電網(wǎng)會(huì)造成諧波污染，而且在并網(wǎng)逆變器輸出輕載時(shí)諧波明顯變大。最后，當(dāng)電力公司的供電系統(tǒng)，因故障事故或停電維修等原因而停止工作時(shí)，安裝在各個(gè)用戶端的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，未能即時(shí)檢測(cè)出停電狀態(tài)而迅速將自身切離電網(wǎng)，因而容易形成孤島現(xiàn)象[1-3]。因此，開(kāi)展提高光伏并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行控制策略的研究具有重要的意義。

本文針對(duì)光伏并網(wǎng)的特點(diǎn)和容易產(chǎn)生的問(wèn)題，利用計(jì)算機(jī)通信技術(shù)結(jié)合多Agent[4-5]技術(shù)建立一個(gè)分布式協(xié)同的光伏發(fā)電并網(wǎng)控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電安全運(yùn)行，使光伏發(fā)電與電網(wǎng)互為支撐。

1 Agent介紹

Agent[4-5]也被稱為智能體，是一種處于一定環(huán)境下包裝的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的目的它能在某種環(huán)境下靈活地、自主地活動(dòng)。單個(gè)Agent具有主動(dòng)獲取主機(jī)或Internet網(wǎng)絡(luò)環(huán)境信息，響應(yīng)環(huán)境狀態(tài)變化的特性（自主性）[5]；單個(gè)Agent在沒(méi)有人為干預(yù)的前提下，Agent根據(jù)實(shí)體的目標(biāo)和意圖自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的操作的特性（自治性）[5]；單個(gè)Agent能夠?qū)λ幁h(huán)境感知并作用其所處的環(huán)境（反應(yīng)性）；單個(gè)Agent能夠基于歷史活動(dòng)的執(zhí)行情況指導(dǎo)未來(lái)的行為（學(xué)習(xí)性）[5]；Agent有能力與其他Agent交互（通信性）等特點(diǎn)[5]。

單個(gè)Agent的知識(shí)、信息和資源是有限的，可以將多個(gè)具有不同功能的單Agent組合在一起構(gòu)成一個(gè)多Agent系統(tǒng)MAS（Multi-Agent system）協(xié)同來(lái)完成一個(gè)復(fù)雜的任務(wù)。在MAS中，每個(gè)Agent是松散藕合的，它們之間可以自動(dòng)感知周圍的環(huán)境相互通信相互合作來(lái)解決一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題[3]。每個(gè)Agent可能具有不同的目標(biāo)、知識(shí)和能力，如果某個(gè)Agent出現(xiàn)故障不會(huì)影響其它Agent運(yùn)行，也不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。由于Agent可以協(xié)同工作，如果某個(gè)Agent發(fā)生故障則可由其它的Agent來(lái)暫時(shí)管理控制其所管轄的區(qū)域，因此MAS的魯棒性較好。此外MAS極易擴(kuò)充，MAS可以按照某種規(guī)則和要求增加相應(yīng)的Agent，也可以刪除其中的某Agent，重新組合優(yōu)化MAS建立新的多Agent系統(tǒng)。多Agent系統(tǒng)具有分布性、協(xié)作性、較好的魯棒性和易擴(kuò)充性，所以多Agent系統(tǒng)適合光伏并網(wǎng)問(wèn)題的檢測(cè)應(yīng)用[2-3]。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于光伏發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行受到諸多因素的影響，考慮到光伏發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行的特點(diǎn)，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)結(jié)合多Agent技術(shù)，建立一個(gè)以電網(wǎng)與各局部區(qū)域光伏發(fā)電站協(xié)同合作的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有分布式的特點(diǎn)，電網(wǎng)變電站控制端由一個(gè)由多個(gè)Agent系統(tǒng)構(gòu)成，電網(wǎng)控制端可以控制管理電網(wǎng)自身的運(yùn)行，以及對(duì)各光伏電站進(jìn)行管理。每個(gè)光伏電站可以獨(dú)立管理運(yùn)行，同時(shí)也可以與其附近的光伏電站協(xié)同運(yùn)行，在任何一個(gè)光伏電站發(fā)生故障時(shí)，其它光伏電站可以代替其管理運(yùn)行。

2.1 電網(wǎng)控制端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電網(wǎng)控制端由管理 Agent、監(jiān)聽(tīng) Agent、執(zhí)行 Agent、發(fā)電站信息數(shù)據(jù)庫(kù)和光伏電站數(shù)據(jù)信息庫(kù)構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 電網(wǎng)控制端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.1 Grid control structure design

2.1.1 管理Agent

管理Agent為管理員提供人機(jī)交互界面，它主要由以下幾個(gè)功能模塊組成：

1）維護(hù)管理本地電站發(fā)電信息數(shù)據(jù)庫(kù)，如歷史發(fā)電負(fù)荷量和時(shí)間等。

2）對(duì)光伏電站信息數(shù)據(jù)庫(kù)及時(shí)更新和維護(hù)，通過(guò)人機(jī)界面模塊可以添加、刪除、編輯查詢各地光伏電站信息。

3）管理響應(yīng)監(jiān)聽(tīng)Agent信息。

4）響應(yīng)各地光伏電站管理Agent的反饋信息。

5）向監(jiān)聽(tīng)Agent和執(zhí)行Agent發(fā)送指令。

2.1.2 監(jiān)聽(tīng)Agent

監(jiān)聽(tīng)Agent時(shí)刻監(jiān)聽(tīng)并網(wǎng)與脫網(wǎng)請(qǐng)求信息，監(jiān)聽(tīng)電網(wǎng)自身運(yùn)行，以及一些重要數(shù)據(jù)和故障等信息，它主要由以下幾個(gè)功能模塊組成：

1）監(jiān)聽(tīng)光伏發(fā)電站請(qǐng)求與變電站并網(wǎng)與脫網(wǎng)信息。

2）監(jiān)聽(tīng)發(fā)電站母線的電壓、頻率、相位、有功功率、功率因數(shù)等信息。

3）監(jiān)聽(tīng)光伏發(fā)電并電網(wǎng)后，帶來(lái)的各種擾動(dòng)，如：電壓閃爍和諧波、電壓脈沖、浪涌、電壓跌落、頻率偏移、瞬時(shí)供電中斷等動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題。

4）監(jiān)聽(tīng)電網(wǎng)的運(yùn)行方式時(shí)刻變化，電網(wǎng)中負(fù)荷變化的信息。

5）監(jiān)聽(tīng)電網(wǎng)故障信息。

6）向管理Agent和執(zhí)行Agent發(fā)送指令。

2.1.3 執(zhí)行Agent

執(zhí)行Agent根據(jù)管理Agent和監(jiān)聽(tīng)Agent發(fā)出的指令執(zhí)行相應(yīng)的操作，它主要由以下幾個(gè)功能模塊組成：

1）處理光伏發(fā)電站變電站并網(wǎng)與脫網(wǎng)請(qǐng)求。

2）根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)母線數(shù)據(jù)的母線電壓和頻率，計(jì)算電網(wǎng)的負(fù)荷量，執(zhí)行相應(yīng)的并網(wǎng)與脫網(wǎng)操作。

3）根據(jù)區(qū)域內(nèi)負(fù)荷用電，通過(guò)新型配電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)能量?jī)?yōu)化調(diào)度和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

4）處理光伏發(fā)電并網(wǎng)后出力隨機(jī)性引起的系統(tǒng)頻率偏移，實(shí)施對(duì)出力變化的補(bǔ)償和協(xié)調(diào)控制，減小光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)的影響。

5）處理電網(wǎng)內(nèi)部故障和孤島問(wèn)題。

6）向管理Agent和監(jiān)聽(tīng)Agent反饋處理信息。

2.2 光伏站控制端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電網(wǎng)控制端由管理 Agent、監(jiān)聽(tīng) Agent、執(zhí)行 Agent、發(fā)電站信息數(shù)據(jù)庫(kù)和天氣數(shù)據(jù)信息庫(kù)構(gòu)成，如圖2所示。

圖2 光伏站控制端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Fig.2 Photovoltaic station control structure design

2.2.1 管理Agent

管理Agent為管理員提供人機(jī)交互界面，它主要由以下幾個(gè)功能模塊組成：

1）管理維護(hù)本地光伏發(fā)電站發(fā)電信息數(shù)據(jù)庫(kù)和天氣信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

2）向發(fā)電站發(fā)送并網(wǎng)和脫網(wǎng)信請(qǐng)求。

3）管理響應(yīng)監(jiān)聽(tīng)Agent信息。

4）向監(jiān)聽(tīng)Agent和執(zhí)行Agent發(fā)送指令。

2.2.2 監(jiān)聽(tīng)Agent

監(jiān)聽(tīng)Agent主要由以下幾個(gè)功能模塊組成：

1）監(jiān)聽(tīng)變電站請(qǐng)求與變電站并網(wǎng)與脫網(wǎng)信息。

2）監(jiān)聽(tīng)供電區(qū)域的地理和氣候等信息。

3）監(jiān)聽(tīng)并網(wǎng)前后光伏電站以及發(fā)電網(wǎng)中負(fù)荷信息的變化。

4）監(jiān)聽(tīng)發(fā)電站供電系統(tǒng)和其他光伏電站故障信息。

5）向管理Agent和執(zhí)行Agent發(fā)送指令。

2.2.3 執(zhí)行Agent

執(zhí)行Agent主要由以下幾個(gè)功能模塊組成：

1）處理變電站并網(wǎng)與脫網(wǎng)請(qǐng)求。

2）根據(jù)供電系統(tǒng)電網(wǎng)的負(fù)荷量母線、電壓、頻率和相位信息執(zhí)行并網(wǎng)與脫網(wǎng)操作。

3）根據(jù)故障信息和孤島效應(yīng)執(zhí)行并網(wǎng)與脫網(wǎng)操作，實(shí)現(xiàn)孤島效應(yīng)保護(hù)功能。

4）根據(jù)供電區(qū)域的能源、交通運(yùn)輸、地理和氣候等因素，對(duì)光伏電站發(fā)電量進(jìn)行能量?jī)?yōu)化調(diào)度和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

對(duì)于系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，在充分考慮到光伏并網(wǎng)發(fā)電的特點(diǎn)基礎(chǔ)上，關(guān)鍵的問(wèn)題是Agent的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度算法和系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

3.1 Agent結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

單個(gè)Agent體系結(jié)構(gòu)如圖3所示，它由感知部分、通信部分、執(zhí)行部分和知識(shí)庫(kù)組成。?通過(guò)環(huán)境感知部分Agent可以對(duì)外部環(huán)境信息進(jìn)行感知，通過(guò)通信模塊負(fù)責(zé)Agent之間的信息的交互和傳遞，執(zhí)行部分可以執(zhí)行每個(gè)Agent對(duì)應(yīng)的任務(wù)，通過(guò)知識(shí)庫(kù)Agent可以根據(jù)在歷史活動(dòng)中學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行推理決策。

圖3 Agent結(jié)構(gòu)Fig.3 Agent structure

3.2 系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度算法

系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度算法采用文獻(xiàn)[6]提出的方法，文獻(xiàn)[6]中提出利用混沌自適應(yīng)粒子群優(yōu)化算法對(duì)反饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始化權(quán)值和閾值進(jìn)行優(yōu)化，將粒子群優(yōu)化算法與反饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合建立CAPSO-RNN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練。采用隸屬度函數(shù)對(duì)溫度進(jìn)行模糊化處理從而提高預(yù)測(cè)精度，收斂速度更快、穩(wěn)定性更好、預(yù)測(cè)結(jié)果更精確，更適合于光伏系統(tǒng)發(fā)電功率的預(yù)測(cè)[6]。

3.3 開(kāi)發(fā)平臺(tái)

系統(tǒng)采用Java語(yǔ)言作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Sever，Agent之間的通信語(yǔ)言采用知識(shí)查詢與處理語(yǔ)言（Knowledge Query and Manipulation Language，KQML）[5]。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)光伏發(fā)電并網(wǎng)產(chǎn)生的問(wèn)題，結(jié)合多Agent技術(shù)建立基于多Agent技術(shù)的分布式協(xié)同光伏發(fā)電并網(wǎng)控制系統(tǒng)模型，系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度算法采用文獻(xiàn)[6]提出的優(yōu)化方法，依靠Agent技術(shù)的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏并網(wǎng)問(wèn)題的預(yù)判和保護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電并網(wǎng)安全運(yùn)行。

本文下一步研究工作，針對(duì)文中提出的控制系統(tǒng)模型盡行系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度分析。

[1]陳赟.風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)問(wèn)題研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2009.

[2]余濤.光伏發(fā)電并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及其對(duì)電網(wǎng)的影響研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2012.

[3]張伯泉.人工智能及其在風(fēng)一光互補(bǔ)發(fā)電場(chǎng)中的應(yīng)用研究[D].廣東：廣東工業(yè)大學(xué)，2007.

[4]詹紅霞，顏泉.Multi-Agent系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，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，張鳳鳴.多Agent技術(shù)研究與應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)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]趙杰.光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)研究[D].天津：天津大學(xué)，2012.