CN103499957A

CN103499957A - 一种基于多代理的风光互补发电系统的管理控制系统

Info

Publication number: CN103499957A
Application number: CN201310445583.4A
Authority: CN
Inventors: 梁廷婷; 马幼捷; 周坤; 任巍曦; 董文琦; 岳巍澎; 刘志豪; 杨猛; 李明; 程东霞; 隋晓雨; 才鸿飞; 曲兆旭
Original assignee: STATE GRID XINYUAN ZHANGJIAKOU SCENERY STORAGE DEMONSTRATION POWER PLANT CO Ltd; State Grid Corp of China SGCC
Current assignee: STATE GRID XINYUAN ZHANGJIAKOU SCENERY STORAGE DEMONSTRATION POWER PLANT CO Ltd; State Grid Corp of China SGCC
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2014-01-08

Abstract

一种基于多代理的风光互补发电系统的管理控制系统，其基本特征在于它包括执行层Agent单元、能量管理层Agent单元和界面管理层Agent单元；其优越性在于：①分层控制策略，降低了系统核心的负担，使系统更便于管理，具有易维护性，易实现性；②采用多Agent思想降低了控制系统开发的复杂性，减少了开发费用，增强了系统的可扩充性、鲁棒性和实时性。

Description

一种基于多代理的风光互补发电系统的管理控制系统

（一）技术领域：

本发明属于风光互补发电系统领域，特别是一种基于多代理的风光互补发电系统的管理控制系统。

（二）背景技术：

水能、风能、太阳能等可再生能源清洁、无污染，取之不尽，用之不竭。随着国际工业化的进程，全球未来能源消耗预计仍将以3%的速度增长，煤炭、石油、天然气等一次性能源面临日益枯竭的窘境。加之，一次性能源带来的严重的环境问题，迫使人们调整能源结构，积极开发、利用水能、风能、太阳能等清洁的可再生能源；风能和太阳能发电是除水力发电以外目前开发最快、技术最成熟、最具规模化开发条件与商业化前景的新能源开发技术；风光互补发电能够弥补风能、太阳能在时空上的缺陷，提供优质的电能供应，是构成清洁自足式或并网运行式电源的理想结构，是比单独风力或太阳能发电更经济有效的发电方式。但是可再生风、光能源具有随机性、间歇性以及非线性，既需要对底层的发供电装置进行单独控制，又要根据负荷、能源资源、气象条件对发电系统各部分进行协调控制，这样就使得风光互补发电系统的控制变得更为复杂。

随着风光互补发电系统规模的扩大和复杂性的提高，集中式控制已不能满足该类系统的控制；随着计算机信息与网络和自动控制技术的发展，分布式控制成为可能。分布式控制把系统化整为零、实现分区控制；分布式控制抛弃了集中控制和集中决策点，把控制与决策都分散到各个子控制点，从而降低了控制系统开发的复杂性，减少了开发费用，增强了系统的可扩充性、鲁棒性和实时性；分布式控制的每个控制子系统既独立运行、又相互协作，保证整个系统的安全性、稳定性，这符合多Agent系统的思想；用多Agent理论和技术对该类系统进行管理与控制是这类控制系统未来的发展趋势。

（三）发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于多代理的风光互补发电系统的管理控制系统，是一种借鉴多Agent思想，能够克服传统控制方法的实时性差的问题，而且还能降低控制系统开发的复杂性，减少开发费用的结构简单易操作的系统。

本发明的技术方案：一种基于多代理的风光互补发电系统的管理控制系统，其特征在于它包括执行层Agent单元、能量管理层Agent单元和界面管理层Agent单元；其中所述执行层Agent单元与能量管理层Agent单元呈双向连接，其输出端直接与发电系统母线连接；所述能量管理层Agent单元与界面管理层Agent单元呈双向连接。

所述执行层Agent单元由风力发电机组模块、光伏发电模块、蓄电池模块、辅助电源模块、负载模块、数据采集模块以及PLC控制器模块组成；所述风力发电机组模块、光伏发电模块以及辅助电源模块的输入端与其能量管理Agent呈双向连接，而其输出端则与发电系统母线相连接；所述蓄电池模块分别与能量管理层Agent单元和发电系统母线呈双向连接；所述负载模块的输入端有两个连接端口，一个端口与发电系统母线相连接，另一个通过电网中的配电装置与界面管理层Agent单元相连接；所述数据采集模块的输入端采集发电系统母线的信号，其输出端与界面管理层Agent单元连接；所述PLC控制器模块的输入端与界面管理层Agent单元连接，其输出端发电系统母线相连。

所述辅助电源模块是柴油机辅助电源。

所述能量管理层Agent单元由本体库模块I、熟人库模块I、推理决策模块I、能量管理控制Agent模块、通信模块I和区域控制层Agent模块组成；所述通讯模块I的输入端与推理决策模块I的输出端连接，同时与本体库模块I、熟人库模块I、执行层单元、能量管理控制Agent模块以及区域控制层Agent模块呈双向连接；所述推理决策模块I与本体库模块I和熟人库模块I呈双向连接。

所述能量管理控制Agent模块是由风力发电管理Agent、光伏发电管理Agent、辅助电源管理Agent和蓄电池管理Agent组成；所述风力发电管理Agent、光伏发电管理Agent、辅助电源管理Agent和蓄电池管理Agent分别与风力发电机组模块、光伏发电模块、辅助电源模块和蓄电池模块呈双向连接，且与界面管理层Agent单元呈双向连接。

所述风力发电机组模块采用BDFM（BrushlessDoublyFedMachine——无刷双馈电机）无刷双馈发电机中的WT（WindTurbine——风力发电机组）变速变浆距风力发电机组、DAD（DataAcquisitionDevice——数据采集装置）数据采集装置和WC（WindController——风力发电控制器）控制器组成；所述WC控制器的输入端分别与WT变速变浆距风力发电机组和DAD数据采集装置的输出端连接，其输出端与WT变速变浆距风力发电机组的输入端连接，且WC控制器还与风力发电管理Agent呈双向连接；所述WT变速变浆距风力发电机组的输出端分别与发电系统母线连接和DAD数据采集装置的输入端连接。

所述光伏发电模块由PV（Photovoltaic——光伏发电阵列）光伏发电阵列、DAD数据采集装置和PVC（PhotovoltaicController——光伏发电控制器）控制器组成；所述PVC控制器的输入端分别与PV光伏发电阵列和DAD数据采集装置的输出端连接，其输出端连接PV光伏发电阵列的输入端，且同时与光伏发电管理Agent呈双向连接。

所述蓄电池模块由蓄电池体、SC（Supercapacitors——超级电容器）超级电容、BTC（BatteryController——蓄电池控制器）蓄电池控制器、SCC（SupercapacitorsController——超级电容控制器）超级电容控制器构成；所述SCC超级电容控制器的输入端连接SC超级电容的输出端，其输出端连接SC超级电容的输入端，且同时与蓄电池管理Agent呈双向连接；所述BTC蓄电池控制器的输入端连接蓄电池体的输出端，其输出端连接蓄电池体的输入端，且同时与蓄电池管理Agent呈双向连接；所述蓄电池体和SC超级电容与发电系统母线呈双向连接。

所述数据采集模块由电压互感器、电流互感器、A/D转换器、DSP数字信号处理器和数据存储器组成；所述电压互感器和电流互感器的输入端分别采集发电系统母线上的电压信号和电流信号；所述A/D转换器的输入端连接电压互感器和电流互感器的输出端，其输出端连接DSP数字信号处理器和数据存储器的输入端；所述DSP数字信号处理器与界面管理层Agent单元呈双向连接。

所述界面管理层Agent单元由人机界面模块、推理决策模块II、熟人库模块II、本体库模块II和通信模块II组成；所述人机界面模块与熟人库模块II和本体库模块II呈双向连接；所述推理决策模块II与熟人库模块II和本体库模块II呈双向连接，其输出端与通信模块II连接；所述通信模块II与熟人库模块II、本体库模块II和能量管理层Agent单元呈双向连接。

本发明的工作原理：提出了分层的控制策略，其控制系统分为三层：底层、中层和上层；底层是发供电装置进行单独控制的执行层Agent；中层抽象是管理数个发供电装置并采取一定的合作机制与其它的能量管理Agent进行协调协作的能量管理Agent层；上层是与用户进行信息交互的界面管理Agent层。

执行层Agent单元中数据采集器采集系统有关的数据，并存入所属的上层能量管理层Agent单元和界面管理层Agent单元的熟人库中；PLC控制器根据数据采集器所采集的数据，控制自身的出力以完成上层下达的任务，也能根据外部环境的变化自动切机，以保护设备的安全；能量管理Agent层单元处于系统的中间层，既能与执行层进行通信，又能与界面管理Agent通信，还能与其它的能量管Agent进行通信协作；界面管理Agent层可以与用户进行信息交互，又能根据下层所传递上来的系统数据对能量管理层和执行层进行控制。它是由人机界面模块、本体库、熟人库、决策推理模块、通信模块等组成；本体库，其中存放着该区域管理控制Agent的网络标识、模糊推理判据、算法的参数和用于决策推理模块进行推理的相关知识；熟人库，其用来存放每个管理控制Agent所管理的执行装置的参数和实时运行数据。每当有一个新的装置加入到其所管理的区域中，就把其情况放入其熟人库；每当一个装置退出该区域，就把其从熟人库中删除；决策推理模块，其接受上层管理控制Agent下达的命令，并能接受其它同层的管理控制Agent的请求，运用熟人库和本体库中的相关数据与知识，进行推理决定下一步的动作；通信模块，其利用ACL（AgentCommunicationLanguage——代理通信语言）与其它层的管理Agent、本层的其它Agent以及执行层装置之间进行相互通信和协调协作；人机界面模块，其是面向用户的，能够向用户显示系统运行的参数表格和变化曲线，用户也可以通过人机界面删除Agent、填加Agent、编辑Agent以及参数设置；能量管理Agent合作机制采用非固定主从式，目前出力最大的Agent为主Agent，其它为从Agent，由主Agent发出协作邀请，其它Agent做出解答，再由主Agent选择合作伙伴；合作方法采用部分到全局的规划方法，具体的协商方式采用合同网方式。

由数据采集器实时地对其所管理的发电装置的运行状态进行监测并采样各台正在供电的装置的相关数据，然后把数据传送给其所属的上层能量管理Agent并存入能量管理Agent的熟人库中，最后将能量管理层的Agent的网络标识、所管理区域的发供电装置的参数及动态状况，如某能量管理Agent管理多少台风力发电机组、每台发电机组的额定功率与发电成本、目前它们总的发电功率是多少、最大发电功率是多少、发电成本、母线与电网的频率、电压与相位等放入界面管理Agent熟人库中，用户通过人机界面查询整个风光互补供电系统的运行状况及其相关运行参数，这是用户对系统发供电状态的查询过程。而用户对系统发供电状态的控制过程是首先根据系统当前的运行工况参数，运用熟人库和本体库中的相关数据与知识进行推理决策，从而删除、添加、编辑能量管理Agent，然后能量管理层中的决策推理模块接受界面管理Agent下达的命令，并能接受其它能量管理Agent的请求，运用熟人库和本体库中的相关数据与知识，进行模糊推理，生成控制执行装置的命令，并通过通信模块传给这些执行装置，最后控制器通过控制自身的出力以完成上层下达的任务，从而实现对发电装置和蓄电池装置进行控制；控制器也能根据外部环境的变化自动切机，以保护设备的安全。

本发明的优越性在于：①提出风光互补发电控制系统的分层控制策略，降低了系统核心的负担，使系统更便于管理，具有易维护性，易实现性；②采用多Agent思想把控制与决策都分散到各个子控制点，从而降低了控制系统开发的复杂性，减少了开发费用，增强了系统的可扩充性、鲁棒性和实时性。

（四）附图说明：

图1为本发明所涉一种基于多代理的风光互补发电系统的管理控制系统的整体结构框图；

图2为本发明所涉一种基于多代理的风光互补发电系统的管理控制系统中能量管理层Agent单元的结构框图；

图3为本发明所涉一种基于多代理的风光互补发电系统的管理控制系统的风力发电机组模块的结构框图；

图4为本发明所涉一种基于多代理的风光互补发电系统的管理控制系统中光伏发电模块的结构框图；

图5为本发明所涉一种基于多代理的风光互补发电系统的管理控制系统中蓄电池模块的结构框图；

图6为本发明所涉一种基于多代理的风光互补发电系统的管理控制系统中数据采集模块的结构框图；

图7为本发明所涉一种基于多代理的风光互补发电系统的管理控制系统中界面管理层Agent单元的结构框图。

（五）具体实施方式：

实施例：一种基于多代理的风光互补发电系统的管理控制系统（见图1），其基本特征在于它包括执行层Agent单元、能量管理层Agent单元和界面管理层Agent单元；其中所述执行层Agent单元与能量管理层Agent单元呈双向连接，其输出端直接与发电系统母线连接；所述能量管理层Agent单元与界面管理层Agent单元呈双向连接。

所述执行层Agent单元（见图1）由风力发电机组模块、光伏发电模块、蓄电池模块、辅助电源模块、负载模块、数据采集模块以及PLC控制器模块组成；所述风力发电机组模块、光伏发电模块以及辅助电源模块的输入端与其能量管理Agent呈双向连接，而其输出端则与发电系统母线相连接；所述蓄电池模块分别与能量管理层Agent单元和发电系统母线呈双向连接；所述负载模块的输入端有两个连接端口，一个端口与发电系统母线相连接，另一个通过电网中的配电装置与界面管理层Agent单元相连接；所述数据采集模块的输入端采集发电系统母线的信号，其输出端与界面管理层Agent单元连接；所述PLC控制器模块的输入端与界面管理层Agent单元连接，其输出端发电系统母线相连。

所述辅助电源模块是柴油机辅助电源。

所述能量管理层Agent单元（见图2）由本体库模块I、熟人库模块I、推理决策模块I、能量管理控制Agent模块、通信模块I和区域控制层Agent模块组成；所述通讯模块I的输入端与推理决策模块I的输出端连接，同时与本体库模块I、熟人库模块I、执行层单元、能量管理控制Agent模块以及区域控制层Agent模块呈双向连接；所述推理决策模块I与本体库模块I和熟人库模块I呈双向连接。

所述能量管理控制Agent模块（见图1）是由风力发电管理Agent、光伏发电管理Agent、辅助电源管理Agent和蓄电池管理Agent组成；所述风力发电管理Agent、光伏发电管理Agent、辅助电源管理Agent和蓄电池管理Agent分别与风力发电机组模块、光伏发电模块、辅助电源模块和蓄电池模块呈双向连接，且与界面管理层Agent单元呈双向连接。

所述风力发电机组模块（见图3）采用BDFM无刷双馈发电机中的WT变速变浆距风力发电机组、DAD数据采集装置和WC控制器组成；所述WC控制器的输入端分别与WT变速变浆距风力发电机组和DAD数据采集装置的输出端连接，其输出端与WT变速变浆距风力发电机组的输入端连接，且WC控制器还与风力发电管理Agent呈双向连接；所述WT变速变浆距风力发电机组的输出端分别与发电系统母线连接和DAD数据采集装置的输入端连接。

所述光伏发电装置模块（见图4）由PV光伏发电阵列、DAD数据采集装置和PVC控制器组成；所述PVC控制器的输入端分别与PV光伏发电阵列和DAD数据采集装置的输出端连接，其输出端连接PV光伏发电阵列的输入端，且同时与光伏发电管理Agent呈双向连接。

所述蓄电池模块（见图5）由蓄电池体、SC超级电容、BTC蓄电池控制器、SCC超级电容控制器构成；所述SCC超级电容控制器的输入端连接SC超级电容的输出端，其输出端连接SC超级电容的输入端，且同时与蓄电池管理Agent呈双向连接；所述BTC蓄电池控制器的输入端连接蓄电池体的输出端，其输出端连接蓄电池体的输入端，且同时与蓄电池管理Agent呈双向连接；所述蓄电池体和SC超级电容与发电系统母线呈双向连接。

所述数据采集模块（见图6）由电压互感器、电流互感器、A/D转换器、DSP数字信号处理器和数据存储器组成；所述电压互感器和电流互感器的输入端分别采集发电系统母线上的电压信号和电流信号；所述A/D转换器的输入端连接电压互感器和电流互感器的输出端，其输出端连接DSP数字信号处理器和数据存储器的输入端；所述DSP数字信号处理器与界面管理层Agent单元呈双向连接。

所述界面管理层Agent单元（见图7）由人机界面模块、推理决策模块II、熟人库模块II、本体库模块II和通信模块II组成；所述人机界面模块与熟人库模块II和本体库模块II呈双向连接；所述推理决策模块II与熟人库模块II和本体库模块II呈双向连接，其输出端与通信模块II连接；所述通信模块II与熟人库模块II、本体库模块II和能量管理层Agent单元呈双向连接。

Claims

1.一种基于多代理的风光互补发电系统的管理控制系统，其特征在于它包括执行层Agent单元、能量管理层Agent单元和界面管理层Agent单元；其中所述执行层Agent单元与能量管理层Agent单元呈双向连接，其输出端直接与发电系统母线连接；所述能量管理层Agent单元与界面管理层Agent单元呈双向连接。

2.根据权利要求1所述一种基于多代理的风光互补发电系统的管理控制系统，其特征在于所述执行层Agent单元由风力发电机组模块、光伏发电模块、蓄电池模块、辅助电源模块、负载模块、数据采集模块以及PLC控制器模块组成；所述风力发电机组模块、光伏发电模块以及辅助电源模块的输入端与其能量管理Agent呈双向连接，而其输出端则与发电系统母线相连接；所述蓄电池模块分别与能量管理层Agent单元和发电系统母线呈双向连接；所述负载模块的输入端有两个连接端口，一个端口与发电系统母线相连接，另一个通过电网中的配电装置与界面管理层Agent单元相连接；所述数据采集模块的输入端采集发电系统母线的信号，其输出端与界面管理层Agent单元连接；所述PLC控制器模块的输入端与界面管理层Agent单元连接，其输出端发电系统母线相连。

3.根据权利要求2所述一种基于多代理的风光互补发电系统的管理控制系统，其特征在于所述风力发电机组模块采用BDFM无刷双馈发电机中的WT变速变浆距风力发电机组、DAD数据采集装置和WC控制器组成；所述WC控制器的输入端分别与WT变速变浆距风力发电机组和DAD数据采集装置的输出端连接，其输出端与WT变速变浆距风力发电机组的输入端连接，且WC控制器还与风力发电管理Agent呈双向连接；所述WT变速变浆距风力发电机组的输出端分别与发电系统母线连接和DAD数据采集装置的输入端连接。

4.根据权利要求2所述一种基于多代理的风光互补发电系统的管理控制系统，其特征在于所述光伏发电模块由PV光伏发电阵列、DAD数据采集装置和PVC控制器组成；所述PVC控制器的输入端分别与PV光伏发电阵列和DAD数据采集装置的输出端连接，其输出端连接PV光伏发电阵列的输入端，且同时与光伏发电管理Agent呈双向连接。

5.根据权利要求2所述一种基于多代理的风光互补发电系统的管理控制系统，其特征在于所述蓄电池模块由蓄电池体、SC超级电容、BTC蓄电池控制器、SCC超级电容控制器构成；所述SCC超级电容控制器的输入端连接SC超级电容的输出端，其输出端连接SC超级电容的输入端，且同时与蓄电池管理Agent呈双向连接；所述BTC蓄电池控制器的输入端连接蓄电池体的输出端，其输出端连接蓄电池体的输入端，且同时与蓄电池管理Agent呈双向连接；所述蓄电池体和SC超级电容与发电系统母线呈双向连接。

6.根据权利要求2所述一种基于多代理的风光互补发电系统的管理控制系统，其特征在于所述辅助电源模块是柴油机辅助电源。

7.根据权利要求2所述一种基于多代理的风光互补发电系统的管理控制系统，其特征在于所述数据采集模块由电压互感器、电流互感器、A/D转换器、DSP数字信号处理器和数据存储器组成；所述电压互感器和电流互感器的输入端分别采集发电系统母线上的电压信号和电流信号；所述A/D转换器的输入端连接电压互感器和电流互感器的输出端，其输出端连接DSP数字信号处理器和数据存储器的输入端；所述DSP数字信号处理器与界面管理层Agent单元呈双向连接。

8.根据权利要求1所述一种基于多代理的风光互补发电系统的管理控制系统，其特征在于所述能量管理层Agent单元由本体库模块I、熟人库模块I、推理决策模块I、能量管理控制Agent模块、通信模块I和区域控制层Agent模块组成；所述通讯模块I的输入端与推理决策模块I的输出端连接，同时与本体库模块I、熟人库模块I、执行层单元、能量管理控制Agent模块以及区域控制层Agent模块呈双向连接；所述推理决策模块I与本体库模块I和熟人库模块I呈双向连接。

9.根据权利要求8所述一种基于多代理的风光互补发电系统的管理控制系统，其特征在于所述能量管理控制Agent模块是由风力发电管理Agent、光伏发电管理Agent、辅助电源管理Agent和蓄电池管理Agent组成；所述风力发电管理Agent、光伏发电管理Agent、辅助电源管理Agent和蓄电池管理Agent分别与风力发电机组模块、光伏发电模块、辅助电源模块和蓄电池模块呈双向连接，且与界面管理层Agent单元呈双向连接。

10.根据权利要求1所述一种基于多代理的风光互补发电系统的管理控制系统，其特征在于所述界面管理层Agent单元由人机界面模块、推理决策模块II、熟人库模块II、本体库模块II和通信模块II组成；所述人机界面模块与熟人库模块II和本体库模块II呈双向连接；所述推理决策模块II与熟人库模块II和本体库模块II呈双向连接，其输出端与通信模块II连接；所述通信模块II与熟人库模块II、本体库模块II和能量管理层Agent单元呈双向连接。