CN102361323A

CN102361323A - 一种基于Agent技术的微网实验系统

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Publication number: CN102361323A
Application number: CN2011102659414A
Authority: CN
Inventors: 马幼捷; 石立国; 周雪松; 马步云; 谷月
Original assignee: Tianjin University of Technology
Current assignee: Tianjin University of Technology
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2012-02-22

Abstract

一种基于Agent技术的微网实验系统，包括电网，其特征在于它包括光伏发电模拟系统、风力发电模拟系统、光伏子系统控制Agent、蓄电池储能系统及控制系统；其优越性在于：①具有良好的稳态和暂态性能。②光伏子系统控制Agent管理的电源正确工作，整个微网可靠运行。本文提出的基于Agent的控制框架可以有效应用在含分布式电源的微网内。③采用DSP组成控制系统，硬件电路简单、输出触发脉冲安全可靠、实时控制精度高，可较大提高装置的稳定性和可靠性。

Description

一种基于Agent技术的微网实验系统

(一)技术领域：

本发明属于可再生能源发电系统技术领域，特别是一种基于Agent(代理)技术的微网实验系统。

(二)背景技术：

随着全球经济的发展和科学技术的进步，能源短缺和日益恶化的生态环境使得人们逐步认识到，必须走可持续发展的道路。中国的风能资源和太阳能资源相当丰富，风能发电和太阳能发电具有方便、清洁、不枯竭、无噪声等优点，适合解决边远缺电地区和大城市用电高峰电力不足的问题，具有巨大的市场潜力和广阔的应用前景。

随着光伏、风电等可再生能源发电技术的发展，分布式发电日渐成为满足负荷增长需求、提高能源综合利用效率、提高供电可靠性的一种有效途径，并在配电网中得到广泛的应用。但分布式发电的大规模渗透也产生了一些负面影响，如单机接入成本较高、控制复杂、对大系统的电压和频率存在冲击等。这限制了分布式发电的运行方式，削弱了其优势和潜能。

(三)发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于Agent技术的微网实验系统，它可以克服现有技术的不足，将多Agent技术和微网实验技术相结合，实现了各种分布式电源、储能单元、负荷以及控制保护系统组成的集成和平稳运行，又将Agent技术的自适应和主动特征的思想应用于实践，是一种结构简单、运行可靠、安全精度高的系统。

本发明的技术方案：一种基于Agent技术的微网实验系统，包括电网，其特征在于它包括光伏发电模拟系统、风力发电模拟系统、光伏子系统控制Agent、蓄电池储能系统及控制系统；其中所述光伏发电模拟系统的输出端分别连接电网的母线端和蓄电池储能系统的输入端；所述风力发电模拟系统输出端分别连接电网的母线端和蓄电池储能系统的输入端；所述光伏子系统控制Agent与光伏发电模拟系统和蓄电池储能系统成双向连接；所述控制系统分别与电网和蓄电池储能系统成双向连接。

所述光伏发电模拟系统由光伏组件、光伏控制器、直流负载、蓄电池组、逆变器、交流负载组成；所述光伏控制器的输入端连接光伏组件的输出端，其输出端连接直流负载；所述逆变器分别与光伏控制器、蓄电池组和电网c，其输出端连接交流负载。

所述风力发电模拟系统由风力发电模拟风机、风电控制器、直流负载、逆变器、蓄电池、交流负载；所述风电控制器的输入端连接风力发电模拟风机的输出端，其输出端连接直流负载；所述逆变器分别与风电控制器、蓄电池组和电网成双向连接，其输出端连接交流负载。

所述光伏子系统控制Agent由电源电路、采集电路、I/O电路、时钟电路、非易失存储器、USB接口、通讯接口、人机界面、通讯设备和中心控制单元DSP构成；所述中心控制单元DSP分别与电源电路、采集电路、I/O电路、非易失存储器、USB接口、通讯接口、人机界面、通讯设备双向连接，去输入端接收时钟电路发出的时钟信号。

所述蓄电池储能系统由风力发电机组蓄电池、太阳能光伏电池组组成。

所述控制系统是本地负载、电缆、变压器或开关器件。

本发明的工作原理：本微电网实验系统由风力发电部分由5KW双馈异步发电机模拟风机，由功率为230Wp的多晶硅太阳电池组件，每个电池串列按照20块电池组件串联进行设计光伏发电部分。模拟切除无穷大电源系统后，可模拟微电网孤岛发供电系统。实验室模拟系统为单相，电压230V，频率50HZ。

太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作；太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用，其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项；蓄电池为铅酸电池，在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来；逆变器的作用是提供220VAC、110VAC的交流电源，由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器，如将24VDC的电能转换成5VDC的电能；太阳能跟踪系统就是能够不受地域和外部条件的限制，可以在-50℃至70℃环境温度范围内正常使用，最大限度的提高太阳跟踪精度，完美实现适时跟踪，最大限度提高太阳光能利用率。

实验室微网系统有联网和孤岛2种稳态运行模式，以及由联网到孤岛模式切换、孤岛到联网模式切换2种暂态模式。本实验系统中，因光伏模拟系统和风机模拟系统的功率输出不可调度，双向逆变器通过对蓄电池的充放电控制来实现微网功率平衡，进而维持电压和频率稳定。其中在光伏子系统中由于光照随时间变化并且光伏板有非线性的电压电流特性，因此光伏系统需要跟踪最大功率点，通过控制光伏板和电压节点间的直流直流变换器保证光伏系统有效运行。蓄电池的充电功率既可以从光伏板产生的功率获得又可以从燃料电池产生的功率获得。设计光伏发电子系统时，需要考虑蓄电池的安全极限。蓄电池的电压应该保持在一个安全范围内，不能超出安全极限。因关心的是当蓄电池满电并且轻载的情况，所以，光伏系统的控制agent有两种运行模式：是追踪最大功率点模式；蓄电池节点电压限制模式。在图1所示的电路中，唯一的控制输入是功率变换器的占空因数。通过改变占空因数，可以控制光伏板的输出电流和蓄电池的电压。图2所示控制策略中，循环代表了系统的管理模式。箭头表示从一个管理模式转向另一个管理模式。每个模式有一个独特的电流管理方式。起初，它工作在Maximum Power Point Tracking Mode(MPPT最大功率跟踪)模式下，一旦蓄电池电压达到电压极限，将会转为工作在Bus Voltage Limit Mode(BVL总线电压限制模式)。在这两种模式下，如果蓄电池充电电流超过安全运行极限，那么负荷将会被断开(例如四倍的额定充电电流)。最大功率点跟踪的目标是不断的调整功率变换器，使光伏板在任何天气和负荷的状况下都发出最大功率。当Volts/watts (PV电压-功率)系统运行在Bus Voltage Limit Mode(BVL总线电压限制模式)下时，将用一个典型的PID控制来管理节点电压。

光伏系统的控制Agent有两种运行模式：是追踪最大功率点模式；蓄电池节点电压限制模式。在追踪最大功率点模式下，通过改变占空因数，可以控制光伏板的输出电流和蓄电池的电压。在节点电压限制模式下，每个模式有一个独特的电流管理方式。起初，它工作在MPPT模式下，一旦蓄电池电压达到电压极限，将会转为工作在节点电压限制模式。在这两种模式下，如果蓄电池充电电流超过安全运行极限，那么负荷将会被断开(例如四倍的额定充电电流)。最大功率点跟踪的目标是不断的调整功率变换器，使光伏板在任何天气和负荷的状况下都发出最大功率。当PV系统运行在蓄电池节点电压限制模式下时，将用一个典型的PID控制来管理节点电压。

在光伏发电模拟中，光伏电池板同直流-交流逆变器连接，直流-交流逆变器同直流-交流逆变器相连接，作为一个分布式电源连接到交流母线上；在风力发电模拟系统中，风机同交流-直流逆变器连接，交流-直流逆变器同直流-交流逆变器相连接，作为另外一个分布式电源连接到交流母线上；蓄电池储能系统中，蓄电池通过双向逆变器并入交流母线；光伏子系统控制Agent左端同光伏发电模拟系统相连接，右端同蓄电池储能系统相连接；控制系统通过RS-485总线与光伏发电模拟系统(分布式电源)、风力发电模拟系统(分布式电源)以及蓄电池储能系统进行通信，设置光伏并网逆变器和风机并网逆变器的工作模式及孤岛运行时的电压和频率等稳态参数。光伏发电模拟系统、风力发电模拟系统、蓄电池储能系统并接到当地交流母线之上，经过变压器同上级配电网相连接。

本发明的优越性在于：①本文所设计的实验室微网系统虽然规模小，但是较好地模拟了光伏电源和风机的输出特性，可以稳定地工作于联网模式和孤岛模式，并能实现二者之间的平滑切换。通过对蓄电池的充放电控制实现了暂态时快速的负荷跟踪，能够限制电压和频率在允许的范围内，具有良好的稳态和暂态性能。②光伏子系统控制Agent管理的电源正确工作，整个微网可靠运行。本文提出的基于Agent的控制框架可以有效应用在含分布式电源的微网内。③采用DSP组成控制系统，硬件电路简单、输出触发脉冲安全可靠、实时控制精度高，可较大提高装置的稳定性和可靠性

(四)附图说明：

图1为本发明所涉一种基于Agent技术的微网实验系统的整体结构框图。

图2为本发明所涉一种基于Agent技术的微网实验系统PV控制系统策略图。

图3为本发明所涉一种基于Agent技术的微网实验系统中光伏发电模拟系统的结构框图。

图4为本发明所涉一种基于Agent技术的微网实验系统中风力发电模拟系统的结构框图。

图5为本发明所涉一种基于Agent技术的微网实验系统中光伏子系统控制Agent的结构框图。

(五)具体实施方式

实施例：一种基于Agent技术的微网实验系统(见图1)，包括电网，其特征在于它包括光伏发电模拟系统、风力发电模拟系统、光伏子系统控制Agent、蓄电池储能系统及控制系统；其中所述光伏发电模拟系统的输出端分别连接电网的母线端和蓄电池储能系统的输入端；所述风力发电模拟系统输出端分别连接电网的母线端和蓄电池储能系统的输入端；所述光伏子系统控制Agent与光伏发电模拟系统和蓄电池储能系统成双向连接；所述控制系统分别与电网和蓄电池储能系统成双向连接。

所述光伏发电模拟系统(见图3)由光伏组件、光伏控制器、直流负载、蓄电池组、逆变器、交流负载组成；所述光伏控制器的输入端连接光伏组件的输出端，其输出端连接直流负载；所述逆变器分别与光伏控制器、蓄电池组和电网c，其输出端连接交流负载。

所述风力发电模拟系统(见图4)由风力发电模拟风机、风电控制器、直流负载、逆变器、蓄电池、交流负载；所述风电控制器的输入端连接风力发电模拟风机的输出端，其输出端连接直流负载；所述逆变器分别与风电控制器、蓄电池组和电网成双向连接，其输出端连接交流负载。

所述光伏子系统控制Agent(见图5)由电源电路、采集电路、I/O电路、时钟电路、非易失存储器、USB接口、通讯接口、人机界面、通讯设备和中心控制单元DSP构成；所述中心控制单元DSP分别与电源电路、采集电路、I/O电路、非易失存储器、USB接口、通讯接口、人机界面、通讯设备双向连接，去输入端接收时钟电路发出的时钟信号。

所述蓄电池储能系统(见图1)由风力发电机组蓄电池、太阳能光伏电池组组成。

所述控制系统(见图1)是本地负载、电缆、变压器或开关器件。

Claims

1.一种基于Agent技术的微网实验系统，包括电网，其特征在于它包括光伏发电模拟系统、风力发电模拟系统、光伏子系统控制Agent、蓄电池储能系统及控制系统；其中所述光伏发电模拟系统的输出端分别连接电网的母线端和蓄电池储能系统的输入端；所述风力发电模拟系统输出端分别连接电网的母线端和蓄电池储能系统的输入端；所述光伏子系统控制Agent与光伏发电模拟系统和蓄电池储能系统成双向连接；所述控制系统分别与电网和蓄电池储能系统成双向连接。

2.根据权利要求1中所述一种基于Agent技术的微网实验系统，其特征在于所述光伏发电模拟系统由光伏组件、光伏控制器、直流负载、蓄电池组、逆变器、交流负载组成；所述光伏控制器的输入端连接光伏组件的输出端，其输出端连接直流负载；所述逆变器分别与光伏控制器、蓄电池组和电网c，其输出端连接交流负载。

3.根据权利要求1中所述一种基于Agent技术的微网实验系统，其特征在于所述风力发电模拟系统由风力发电模拟风机、风电控制器、直流负载、逆变器、蓄电池、交流负载；所述风电控制器的输入端连接风力发电模拟风机的输出端，其输出端连接直流负载；所述逆变器分别与风电控制器、蓄电池组和电网成双向连接，其输出端连接交流负载。

4.根据权利要求1中所述一种基于Agent技术的微网实验系统，其特征在于所述光伏子系统控制Agent由电源电路、采集电路、I/O电路、时钟电路、非易失存储器、USB接口、通讯接口、人机界面、通讯设备和中心控制单元DSP构成；所述中心控制单元DSP分别与电源电路、采集电路、I/O电路、非易失存储器、USB接口、通讯接口、人机界面、通讯设备双向连接，去输入端接收时钟电路发出的时钟信号。

5.根据权利要求1中所述一种基于Agent技术的微网实验系统，其特征在于所述蓄电池储能系统由风力发电机组蓄电池、太阳能光伏电池组组成。

6.根据权利要求1中所述一种基于Agent技术的微网实验系统，其特征在于所述控制系统是本地负载、电缆、变压器或开关器件。