方躍勝，姚宏亮

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

1 引 言

微電網(wǎng)為分布式發(fā)電的綜合利用提供了一種有效的技術(shù)手段[1，2]。微電網(wǎng)系統(tǒng)是由分布式電源、儲能單元、負(fù)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(wǎng)或孤網(wǎng)運行方式、可調(diào)度性能強等優(yōu)點，并且能充分滿足用戶對電能質(zhì)量、供電可靠性和安全性的要求，已經(jīng)成為智能電網(wǎng)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(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能微電網(wǎng)將是未來電網(wǎng)發(fā)展的主流方向。智能微電網(wǎng)是一種由負(fù)荷和微型電源共同組成的系統(tǒng)，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(xiàn)智能化，并有效推動主動式配電網(wǎng)的發(fā)展。智能微電網(wǎng)技術(shù)是一項綜合學(xué)科技術(shù)的結(jié)合，涉及到電力電子技術(shù)、自動化控制技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機技術(shù)及光伏、風(fēng)力發(fā)電、新能源技術(shù)等領(lǐng)域[3]。智能微電網(wǎng)在靈活性、多樣性、可控性、可塑性和獨立性等方面都顯現(xiàn)出獨到的優(yōu)勢[4]。智能微電網(wǎng)系統(tǒng)分為電源系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、多種可再生能源組網(wǎng)系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)（energy management system，EMS）、繼電保護系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)6大部分，而EMS是整個微電網(wǎng)的核心部分，智能微電網(wǎng)安全經(jīng)濟的運行方式與高質(zhì)量的供電服務(wù)，離不開完善的EMS[5]。目前，國外的相關(guān)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(wǎng)系統(tǒng)級EMS的研究還處于理論起步階段[6－9]。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)目標(biāo)設(shè)計

作為可再生能源利用最主要的課題之一，智能微電網(wǎng)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(chǎn)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(wǎng)中所占的電能比重高），其接入后會影響到電網(wǎng)的平穩(wěn)性。為此，設(shè)計開發(fā)基于多Agent的智能微電網(wǎng)EMS[10]。系統(tǒng)目標(biāo)和任務(wù)是利用多Agent系統(tǒng)實施對能量變化的實時監(jiān)控和預(yù)警，通過其通信管理模塊Agent服務(wù)器端和客戶端的協(xié)作調(diào)度與控制可維持電平的平穩(wěn)，實現(xiàn)能源充分、可靠地利用。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

基于多Agent的智能微電網(wǎng)EMS的系統(tǒng)架構(gòu)可分為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與邏輯結(jié)構(gòu)，如圖1、圖2所示。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

圖2 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 系統(tǒng)功能與流程設(shè)計

基于多Agent的智能微網(wǎng)EMS的總體功能模塊設(shè)計分為實時監(jiān)控、微網(wǎng)編輯、Agent管理、通信管理 （協(xié)作調(diào)度與控制）、數(shù)據(jù)管理、FastDB和遠(yuǎn)程訪問模塊等。智能微網(wǎng)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(tǒng)流程示意圖

3 通信管理模塊設(shè)計

3.1 通信方式和通信結(jié)構(gòu)

在平臺上實現(xiàn)客戶端和服務(wù)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(wù)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(wù)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(xié)議，現(xiàn)階段用結(jié)構(gòu)體的方法規(guī)定了 “Agent登錄、仿真開始、仿真電流、電壓數(shù)據(jù)傳遞、日調(diào)度計劃、AGC調(diào)度計劃、故障信息、變更信息”這些信息的格式。在服務(wù)端和客戶端的通信中采用TCP 3次握手協(xié)議的可靠傳輸。

3.2 通信策略和數(shù)據(jù)格式

ResolveDiaoduMessage（AnsiString recv，TCustomWinSocket＊Socket1）；

通信格式分為發(fā)送幀、應(yīng)答幀、數(shù)據(jù)幀。

發(fā)送幀組成：命令字、地址數(shù)、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(shù)為期望同時操作的目標(biāo)數(shù)目；地址為操作的目標(biāo)的地址。

應(yīng)答幀組成：a）測量應(yīng)答幀：命令字、地址數(shù)、地址狀態(tài)；

b）采集應(yīng)答幀：命令字、地址數(shù)、數(shù)據(jù)；

c）其它命令應(yīng)答幀：命令字、地址數(shù)。

數(shù)據(jù)幀組成：具體的數(shù)據(jù)。

3.3 協(xié)作調(diào)度與控制

3.3.1 通信協(xié)議的設(shè)置

通信協(xié)議建立在TCP／IP協(xié)議之上，采用應(yīng)答式。對于任意命令設(shè)置定時器，超時認(rèn)為是通信故障。服務(wù)端和客戶端通信協(xié)議的格式如表1所示。

服務(wù)端通信協(xié)議的格式如表1所示。

表1 服務(wù)端通信協(xié)議的格式

客戶端通信協(xié)議的制定如表2所示。

表2 客戶端通信協(xié)議的格式

3.3.2 協(xié)作調(diào)度與控制

下面演示一個合同網(wǎng)調(diào)度計劃：客戶端Agent發(fā)送一個請求用電變更消息給服務(wù)端，然后服務(wù)端發(fā)送給各個其它可以參與調(diào)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(wù)端）最終經(jīng)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(dāng)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(shè)備在原有計劃上，為新產(chǎn)生的合同進行準(zhǔn)備。為了演示效果，在服務(wù)端的平臺加入Memo1，方便顯示內(nèi)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(wù)端界面

現(xiàn)在客戶端Load－01預(yù)計在未來10h內(nèi)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(wù)端，服務(wù)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(jù)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(chǎn)生的合同進行準(zhǔn)備。當(dāng)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(wù)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(wù)端同樣也要作為一個NTP服務(wù)器，防止客戶端和客戶端、客戶端和服務(wù)端之間的時間差異過大造成的不準(zhǔn)備。

對于服務(wù)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(yīng)的協(xié)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(wù)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(wù)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(rèn)信息和拒絕信息反饋到PV－01，WT－01和BB－01（圖12），在將確認(rèn)準(zhǔn)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(wù)端 （圖13），服務(wù)端同意后 （不和其它合同沖突）（圖14），則在預(yù)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(rèn)信息和拒絕信息，然后準(zhǔn)備

圖13 收到發(fā)電反饋并形成最終合同發(fā)送給服務(wù)端

圖14 服務(wù)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(wǎng)調(diào)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(diào)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(biāo)維持微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，為秒級實時分析決策模塊，通過實時數(shù)據(jù)庫快速從SCADA獲取全網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù)，并通過SCADA模塊下發(fā)決策控制指令；能量優(yōu)化調(diào)度模塊目標(biāo)維持微電網(wǎng)經(jīng)濟運行，除了通過實時數(shù)據(jù)庫獲取全網(wǎng)當(dāng)前運行數(shù)據(jù)外，還需要對通過歷史數(shù)據(jù)庫獲取的微電網(wǎng)歷史運行數(shù)據(jù)、用戶互動信息和氣象等數(shù)據(jù)進行預(yù)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(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)通信或SCADA系統(tǒng)下發(fā)調(diào)度計劃。

4 結(jié) 論

作為大電網(wǎng)的有益補充與分布式發(fā)電系統(tǒng)的有效利用形式，智能微電網(wǎng)已成為電力領(lǐng)域的一個新熱點[11]。研制開發(fā)高效、經(jīng)濟、安全、可靠運行的微電網(wǎng)EMS成為目前微電網(wǎng)技術(shù)研究中的一個重要方面。本文繼承EMS現(xiàn)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(wǎng)EMS的通信管理模塊——調(diào)度平臺Agent服務(wù)器和客戶端系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)方法。文中設(shè)計了智能微電網(wǎng)EMS的物理控制架構(gòu)，提出了一種較為完善的軟件功能體系結(jié)構(gòu)，重點介紹了區(qū)別于傳統(tǒng)EMS的微電網(wǎng)通信管理模塊的調(diào)度與控制功能所涵蓋的內(nèi)容，為微電網(wǎng)能量管理原型系統(tǒng)的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。該系統(tǒng)可實施對能量變化的實時監(jiān)控和預(yù)警，通過其通信管理模塊Agent服務(wù)器端和客戶端的協(xié)作調(diào)度與控制可維持電平的平穩(wěn)，實現(xiàn)能源充分、可靠地利用，對于 “大運行”體系下各單位實現(xiàn)智能微電網(wǎng)通信管理系統(tǒng)具有一定的借鑒作用和重要的現(xiàn)實意義。

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