時建鋒, 黃煒

(云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司曲靖供電局，云南 曲靖 655000)

0 引 言

為緩解能源短缺和氣候變化的影響，我國逐漸加大可再生能源領(lǐng)域的開發(fā)和投資力度[1]。云南曲靖某些地區(qū)自然環(huán)境優(yōu)越，在不斷涌現(xiàn)大規(guī)?；旌鲜娇稍偕履茉赐瑫r接入一個變電站的情況。例如云南某220 kV變電站作為終端變運(yùn)行，共有5座新能源電廠接入，其中包括2家風(fēng)電、3家光伏，總裝機(jī)容量678.5 MW。如此大規(guī)模的新能源同時匯集接入同一個站點(diǎn)，風(fēng)力和光伏發(fā)電出力固有的不穩(wěn)定性[2-3]，對電網(wǎng)造成的沖擊不可避免，對接入地區(qū)的電能質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)調(diào)度的影響不容忽視，其中無功電壓問題是風(fēng)電和光伏并網(wǎng)運(yùn)行最受關(guān)注的問題之一[4-6]。如在2015年新能源出力變化較大期間，造成嚴(yán)重的電壓越限問題。針對大規(guī)?；旌鲜浇尤氲那闆r，本文設(shè)計(jì)一套大規(guī)?；旌鲜叫履茉措妷簠f(xié)調(diào)優(yōu)化系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)接入站的無功電壓，滿足并網(wǎng)點(diǎn)控制的要求。

該系統(tǒng)需要對光伏、風(fēng)電混合場群進(jìn)行實(shí)時閉環(huán)控制，并且光伏、風(fēng)電場還在不斷建設(shè)當(dāng)中，變電站還會接入新增的光伏、風(fēng)電場，并要實(shí)現(xiàn)無功電壓的控制。系統(tǒng)必須具備實(shí)時性、可靠性和開放性。實(shí)時性體現(xiàn)在系統(tǒng)的無功電壓控制滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的時效性要求[7]。為提高可靠性，該系統(tǒng)支持冗余/備用能力。開放性體現(xiàn)在系統(tǒng)接入的風(fēng)電、光伏電場能不斷增加，而且能運(yùn)行于多種商用的計(jì)算機(jī)設(shè)備上。多Agent[8]( Multi Agent System，MAS，多智能體)技術(shù)是開發(fā)具有上述特性系統(tǒng)的良好選擇。

基于多Agent技術(shù)，本文提出了Agent基本結(jié)構(gòu)和支撐此結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)架構(gòu)，把多Agent組成一個有機(jī)的整體，每個Agent都可以獨(dú)立升級，增減Agent也不相互影響，使得系統(tǒng)具備良好的冗余、備用及可伸縮性。

1 系統(tǒng)架構(gòu)介紹

Agent是一個具有自治能力的實(shí)體，能在特定環(huán)境下連續(xù)、自發(fā)地實(shí)現(xiàn)功能。Agent具有自主性、社會性、反應(yīng)能力和自發(fā)行為等基本特性[14]。MAS是將大而復(fù)雜的系統(tǒng)分割成許多小的Agent，它們互相通信和協(xié)調(diào)，使得系統(tǒng)易于管理和可控。這是一種開放的系統(tǒng)，Agent加入和離開都是自由的。系統(tǒng)中的Agent共同協(xié)作，協(xié)調(diào)它們的能力和目標(biāo),從而完成整個系統(tǒng)的功能。

1.1 Agent結(jié)構(gòu)

Agent是系統(tǒng)的基本實(shí)體單元，在本系統(tǒng)中，Agent也稱之為服務(wù)(或應(yīng)用)，為一組(1個或多個)進(jìn)程。每個Agent包括以下五要素：(1)包含幾個數(shù)據(jù)庫；(2)包含一些顯示畫面；(3)包含一個以上的程序；(4)包含一些消息；(5)包含一些存儲件。

例如電壓優(yōu)化控制Agent，它包含3個數(shù)據(jù)庫：AVCMDL、NETLOG和AVCPRO，這些數(shù)據(jù)庫是根據(jù)AVC控制需要的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)分放在這3個數(shù)據(jù)庫中。AVCMDL是AVC模型數(shù)據(jù)庫，NETLOG是平臺網(wǎng)絡(luò)日志數(shù)據(jù)庫，AVCPRO是AVC處理數(shù)據(jù)庫:包含一些畫面，用來顯示輸入數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果，包含2個進(jìn)程，avc_ctrl，avc_calc，avc_calc是計(jì)算進(jìn)程，主要功能是計(jì)算當(dāng)前值與目標(biāo)值的差值，并計(jì)算控制對象的調(diào)節(jié)量，avc_ctrl是多目標(biāo)控制程序，把各個對象的調(diào)節(jié)量下發(fā)；包含一些存貯件，用來存貯某一時間斷面電壓控制Agent的主要數(shù)據(jù)；還包含發(fā)布一些消息，用來提示用戶程序啟、停、計(jì)算結(jié)果、程序出錯及原因等。這就是一個完整結(jié)構(gòu)組成的Agent。

1.2 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

作為一個大型的實(shí)時控制系統(tǒng)軟件，采用縱向分層，橫向多Agent的架構(gòu)，把多Agent組成一個有機(jī)的整體。這種架構(gòu)能提高軟件系統(tǒng)的伸縮性和可維護(hù)性。如圖1所示，縱向分平臺層和應(yīng)用層。平臺層提供的功能包括權(quán)限管理、日志服務(wù)、系統(tǒng)管理、多機(jī)數(shù)據(jù)同步、采樣服務(wù)、對時服務(wù)、進(jìn)程管理、雙機(jī)切換、資源監(jiān)視以及模型配置。平臺層每個Agent提供獨(dú)立功能(服務(wù))，可以單獨(dú)升級，遵循統(tǒng)一的Agent結(jié)構(gòu)。應(yīng)用層是各個功能Agent。

圖1 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖

1.3 支撐Agent結(jié)構(gòu)的軟件架構(gòu)

Agent結(jié)構(gòu)要素中最重要的是實(shí)時數(shù)據(jù)庫[15]，是基于MAS架構(gòu)的電壓優(yōu)化控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。實(shí)時庫把平臺和應(yīng)用需要共享的數(shù)據(jù)定義成幾個主要數(shù)據(jù)庫，也叫母數(shù)據(jù)庫(每個數(shù)據(jù)庫可以賦予一個名稱)，并將他們劃分成面向域的分區(qū)，相當(dāng)于Agent的公共(Public)數(shù)據(jù)部分，而每個Agent特有的數(shù)據(jù)需求，即私有(Private)部分也定義成數(shù)據(jù)庫。每個數(shù)據(jù)庫包含若干表。一個Agent的數(shù)據(jù)空間從母數(shù)據(jù)庫中取出其需要的分區(qū)與自己的特殊需要而定義為自己的數(shù)據(jù)庫。實(shí)時庫支撐數(shù)據(jù)庫的分庫、分區(qū)管理，并提供定義每個Agent數(shù)據(jù)庫的工具。這樣就可以給不同Agent定義其數(shù)據(jù)庫了。

1.4 MAS架構(gòu)的優(yōu)勢

AVC系統(tǒng)由多個具備自治能力、自發(fā)實(shí)現(xiàn)功能的Agent有機(jī)組成。Agent合理的粒度設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)具有良好的可維護(hù)性，每個Agent可以獨(dú)立地升級和定制。MAS架構(gòu)對Agent結(jié)構(gòu)的支撐，使得該系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性。把Agent看作是一個對象，MAS架構(gòu)支撐面向自定義對象(Agent)，每個Agent有自己清晰的數(shù)據(jù)邊界(自己的數(shù)據(jù)庫)，各個Agent在運(yùn)行時決不會因此污染其他Agent的數(shù)據(jù)。只需要使用系統(tǒng)提供的工具，就可以擴(kuò)展一個新的Agent了，對原有的Agent(功能)沒有影響。

同時，建議將滑坡區(qū)發(fā)現(xiàn)的裂隙(縫)等用粘土進(jìn)行回填封閉，施工期應(yīng)設(shè)站加強(qiáng)邊坡變形監(jiān)測，特別是汛期應(yīng)加密觀測。

2 平臺幾個關(guān)鍵Agent的實(shí)現(xiàn)

2.1 網(wǎng)絡(luò)總線Agent

通信是實(shí)現(xiàn)各個Agent協(xié)同工作的關(guān)鍵，也只有Agent協(xié)同工作，才能使系統(tǒng)完成預(yù)想的功能。網(wǎng)絡(luò)Agent是構(gòu)建在ACE通用中間件上的，體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。網(wǎng)絡(luò)Agent是面向分布式應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)中間件，實(shí)現(xiàn)分布式系統(tǒng)中可靠的、高效的和實(shí)時的跨平臺數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)Agent底層是網(wǎng)絡(luò)鏈路管理，實(shí)現(xiàn)了雙網(wǎng)的鏈路管理。之上是共享內(nèi)存，是網(wǎng)絡(luò)Agent各個功能的數(shù)據(jù)交換區(qū)。網(wǎng)絡(luò)Agent提供安全管理、節(jié)點(diǎn)管理、應(yīng)用管理、路由管理、流量控制、消息隊(duì)列管理和可靠隊(duì)列管理。對應(yīng)用程序而言，網(wǎng)絡(luò)Agent提供相應(yīng)的應(yīng)用程序接口。

圖2 網(wǎng)絡(luò)Agent體系結(jié)構(gòu)

在分布式系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)Agent分布在網(wǎng)絡(luò)的各個節(jié)點(diǎn)上，它定時向整個網(wǎng)絡(luò)(雙網(wǎng))發(fā)送心跳報文(用于新節(jié)點(diǎn)的加入，包含節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)場信息、IP信息)和平安報文(用于共享內(nèi)存中節(jié)點(diǎn)信息的維護(hù)，包含節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)場信息、IP信息、所有網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用注冊名和注冊事件的動態(tài)變化。正常是定時發(fā)送，如果有變化信息，則送相應(yīng)的變化信息)。在正常工作時，網(wǎng)絡(luò)Agent接收其他節(jié)點(diǎn)的平安報文，并將所有網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用注冊名和注冊事件等信息存入共享內(nèi)存中。如果在一定的時間內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)Agent收不到某節(jié)點(diǎn)的某網(wǎng)的平安報文，則確認(rèn)某節(jié)點(diǎn)的某網(wǎng)狀態(tài)故障，此時斷開該網(wǎng)的連接，并清除共享內(nèi)存中該節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的狀態(tài)信息，同時進(jìn)行系統(tǒng)報警。只有當(dāng)A、B網(wǎng)狀態(tài)都故障時，才從共享內(nèi)存中清除該節(jié)點(diǎn)的所有相關(guān)信息。

2.2 實(shí)時數(shù)據(jù)同步Agent

各節(jié)點(diǎn)的同步Agent，如圖3所示。它一方面接收來自其他節(jié)點(diǎn)的實(shí)時庫改變量，將改變量通過存儲管理器寫入本地庫；另一方面將發(fā)生在本地的數(shù)據(jù)庫變化傳播到其他結(jié)點(diǎn)。

圖3 實(shí)時數(shù)據(jù)同步原理圖

2.3 雙機(jī)切換Agent

為保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，系統(tǒng)設(shè)計(jì)為雙網(wǎng)、雙服務(wù)器全冗余架構(gòu)。雙機(jī)切換Agent可以保證雙服務(wù)器在切換過程中，不會造成信息漏報或重復(fù)報。為此在備用服務(wù)器上建立一個報文緩沖區(qū)，根據(jù)系統(tǒng)吞吐量估算，緩存一定量的報文，這些緩存的報文循環(huán)替換，一直保存最新的，在備機(jī)升為值班時，首先處理本機(jī)未升成值班機(jī)前緩沖區(qū)里的報文信息，保證在雙機(jī)切換時間內(nèi)不丟失報文。

3 電壓優(yōu)化控制Agent的實(shí)現(xiàn)

3.1 電壓優(yōu)化控制Agent工作原理

電壓優(yōu)化控制Agent遵循Agent的基本結(jié)構(gòu)，如1.2所述。主要實(shí)現(xiàn)功能是：通過前置通信Agent采集各個對象的實(shí)時數(shù)據(jù)，經(jīng)SCADA Agent處理后，送到了電壓優(yōu)化控制Agent數(shù)據(jù)庫中。計(jì)算PCC并網(wǎng)點(diǎn)的電壓實(shí)測值相對于電壓目標(biāo)值的差值，根據(jù)系統(tǒng)阻抗計(jì)算、轉(zhuǎn)換，確定無功調(diào)節(jié)量(Δq)，然后針對各個控制對象的無功實(shí)時值，包括各風(fēng)電場、光伏電場以及站內(nèi)無功補(bǔ)償設(shè)備，選擇采用等比例/等裕度/優(yōu)先級分配等策略進(jìn)行無功分配，并下發(fā)調(diào)節(jié)指令。

3.2 無功調(diào)節(jié)流程

詳細(xì)調(diào)節(jié)策略分為表1列出的情況。

AVC Agent調(diào)節(jié)流程是比較電壓或者無功控制目標(biāo)，計(jì)算Δq。當(dāng)有Δq需要調(diào)節(jié)時，根據(jù)當(dāng)前的無功實(shí)際值q、無功調(diào)節(jié)方向(Δq與0值比較，大于0為注入無功，小于0為減少無功)，以及目標(biāo)無功q0的情況，采取相應(yīng)的調(diào)節(jié)策略，如圖4所示。圖4中的字母符號含義同表1。

表1 調(diào)節(jié)策略情況分類

電壓優(yōu)化控制Agent調(diào)節(jié)流程如圖4所示，圖4中的字母符號含義同表1。

圖4 電壓優(yōu)化控制調(diào)節(jié)流程

圖5是以子流程1展開說明，即表1中的第1種情況：無功調(diào)節(jié)量Δq< 0，當(dāng)前無功實(shí)際值，q≥0，調(diào)節(jié)后目標(biāo)值q0≤0。

其他的子流程以此類推。

圖5 子流程1

圖5中：用q表示當(dāng)前無功實(shí)際值;Δq表示無功調(diào)節(jié)量;q0表示無功目標(biāo)值;q1表示光伏電場和風(fēng)場的實(shí)發(fā)無功之和;q2表示SVG的實(shí)發(fā)無功之和;qrc表示每組容抗器的無功值；up表示光伏電場、風(fēng)場和SVG的可上調(diào)無功量之和;down表示光伏電場、風(fēng)場和SVG的可下調(diào)無功量之和。

圖5中，過程(1)：當(dāng)需要下調(diào)無功時，優(yōu)先切除已投入的電容器，避免系統(tǒng)內(nèi)部吸收和發(fā)出無功同時存在的無功內(nèi)部循環(huán)損耗。切除電容器的數(shù)量可以和Δq比較得到。過程(2)：容抗器的無功發(fā)出(吸收)調(diào)節(jié)量是階梯形的，而光伏電場、風(fēng)電場及SVG的無功調(diào)節(jié)量是無級的。所以優(yōu)先級考慮時，把這種情況分開，用兩種優(yōu)先級來考慮。為描述簡單，流程圖中“SVG等下調(diào)”的含義是“SVG光伏電場風(fēng)電場下調(diào)”。過程(3)：無功調(diào)節(jié)量、容抗器調(diào)節(jié)量與光伏電場、風(fēng)電場、SVG的總調(diào)節(jié)能力，與需要的無功調(diào)節(jié)量比較。過程(4)：當(dāng)投入了所有容抗器、SVG、光伏電場、風(fēng)電場保留了安全裕度的無功之后，都滿發(fā)了，還不能達(dá)到調(diào)節(jié)的要求，會提示需要進(jìn)行變壓器檔位的調(diào)節(jié)。過程(5)：如果Δq大于down，表示調(diào)節(jié)量大于SVG、光伏電場及風(fēng)電場的可調(diào)節(jié)量之和。雖然容抗器的優(yōu)先級低，但必須要容抗器參與調(diào)節(jié)才能滿足要求。

過程(6)與過程(3)相同。過程(7)與過程(4)相同。

4 應(yīng)用實(shí)例

上述系統(tǒng)在云南某變電站順利投運(yùn)，該站是風(fēng)電、光伏混合接入，如圖6所示。PCC并網(wǎng)點(diǎn)接入了2個風(fēng)電場、3個光伏電場以及若干容抗器和SVG。

在系統(tǒng)部署如圖7所示。

圖6 風(fēng)電、光伏混合接入電網(wǎng)示意圖

圖7 系統(tǒng)部署示意圖

AVC系統(tǒng)主機(jī)和遠(yuǎn)動裝置都配置了雙節(jié)點(diǎn)。遠(yuǎn)動通信裝置采集變電站內(nèi)、各個電廠及調(diào)度實(shí)時數(shù)據(jù)后，轉(zhuǎn)發(fā)給AVC系統(tǒng)。AVC系統(tǒng)通過遠(yuǎn)動下發(fā)控制指令。

經(jīng)過半年時間的運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，能有效控制接入站點(diǎn)的無功和電壓。試驗(yàn)時，系統(tǒng)主備切換正常。

5 結(jié)束語

大規(guī)模光伏、風(fēng)電同時接入變電站，風(fēng)力和光伏發(fā)電出力固有的不穩(wěn)定性，對電網(wǎng)造成一定的沖擊是不可避免的。需要配置適當(dāng)?shù)碾妷簝?yōu)化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)接入變電站的無功電壓。該系統(tǒng)必須具備實(shí)時性、可靠性和開放性。

本文提出了一種基于多Agent技術(shù)的大規(guī)?；旌鲜叫履茉措妷簝?yōu)化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式，該系統(tǒng)具有方便的維護(hù)性、靈活的擴(kuò)展性，經(jīng)現(xiàn)場運(yùn)行驗(yàn)證，有效地滿足了電壓協(xié)調(diào)優(yōu)化控制的要求。