CN104992009A - 基于多代理系统的主动配电网分布式电压控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于多代理系统的主动配电网分布式电压控制方法：对辐射状电网任意节点的电压灵敏度进行分析；多代理系统中的每个代理以所控制区域成本最小为目标函数，进行主动配电网的电压协调控制，所述的目标函数由两部分组成：电压成本和功率成本，其中电压成本用来约束各节点电压值，功率成本用来减少分布式电源有功功率的削减；根据每个代理内部的电压协调控制算法以及与相邻代理的协商结果，各个代理做出使电网中全部节点的电压都处于设定范围内的决策，并在控制电压的前提下减少对分布式电源有功功率出力的削减。本发明不仅可以解决主动配电网的电压越界问题，同时可以减小DG有功功率的削减，最大限度的保证了配电网运行的经济性。

Description

基于多代理系统的主动配电网分布式电压控制方法

技术领域

本发明涉及一种配电网分布式电压控制方法。特别是涉及一种基于多代理系统的主动配电网分布式电压控制方法。

背景技术

长期以来，人类过度地开采和利用不可再生能源，造成了传统能源的短缺和生态环境的污染。在此背景下，分布式电源(Distributed Generation,DG)因其利用清洁能源得到了越来越广泛的关注与应用。随着DGs、新型可平移负荷、分布式储能等渗透率逐步提高，配电网从被动单向的供电网络转变为功率双向流动的有源网络。配电系统运行与控制面临诸多挑战，如:电压控制、潮流管理、继电保护、故障定位与隔离、以及储能调配等。其中电压偏移以及线路过负荷等问题将可能成为系统运行的重要约束。为了满足未来电网智能、灵活和可持续发展的要求，传统配电网，又称之为被动配电网，已逐渐向主动配电网(Active DistributionNetwork，ADN)转变。

2008年，国际大电网会议(CIGRE)配电与分布式发电分会C6.11项目组提出了“配电网主动运行与发展”这一研究主题，自此ADN受到了广泛关注。主动配电网既可以实现对DG、柔性负载和储能等可控资源的主动控制，又可以利用灵活的网络拓扑结构实现潮流的有效管理，并在合理的监管和接入准则基础上，使DG对配电系统提供一定的支撑作用。

近年来，国内外学者针对主动配电网电压与潮流管理等展开了多方面研究工作。文献[5]提出利用配电网历史数据进行离线开环仿真计算，对网络可控资源计算潮流敏感度因子，从而评估出经济性最优的控制方案作为主动潮流管理策略。文献[6]提出一种具备自学习能力的案例推理系统，该系统可识别网络电压波动情况，并推理出相似度最高，切实可行的电压控制方案，并进行在线验证以评估方案的可靠性。文献[7]提出基于最优潮流的在线线路过负荷控制策略。以上研究多应用智能算法，从不同角度以集中式控制思维解决ADN中电压与潮流的越限问题。

然而，在集中式电压控制中，为使配电网各节点电压在合理的范围内，中央控制系统需要对配电网中各个节点的参数进行量测，通过大量的优化计算，对系统中的变压器分接头位置，DG的出力以及负荷等资源进行调整，以控制系统中电压的分布。集中式控制方法以系统全局优化为目标，统一调配可控资源，但存在诸多不足：

1)系统中所有量测数据都要传输至中央控制系统，一旦中央控制系统出现故障，整个网络管控系统就会瓦解；

2)中央控制系统在接收全网数据和大量优化计算后，方可做出全局控制策略，同时考虑到硬件设备的延时，集中式控制方法对系统做出调节所需的时间较长；

3)主动配电网中DG渗透率较高，需要测量和采集的数据量也大幅度增加，大大加重了通讯系统的负担；

4)完整的集中式控制系统需要安装大量量测、通讯和监控系统，投资较高。

分布式电压控制可以有效的解决集中式电压控制的不足。现阶段国内外多采用多代理系统(Multiple Agent System,MAS)进行电网的控制和优化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种应用分布式的多代理系统MAS对主动配电网进行协调控制的基于多代理系统的主动配电网分布式电压控制方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于多代理系统的主动配电网分布式电压控制方法，包括如下步骤：

1)对辐射状电网任意节点的电压灵敏度进行分析，以实现用局部信息对任意节点在下一时刻的电压进行估算；

2)多代理系统中的每个代理以所控制区域成本最小为目标函数，进行主动配电网的电压协调控制，所述的目标函数由两部分组成：电压成本和功率成本，其中电压成本用来约束各节点电压值，功率成本用来减少分布式电源有功功率的削减；

3)根据每个代理内部的电压协调控制算法以及与相邻代理的协商结果，各个代理做出使电网中全部节点的电压都处于设定范围内的决策，并在控制电压的前提下减少对分布式电源有功功率出力的削减。

步骤1)所述的对辐射状电网任意节点的电压灵敏度进行分析是：

对于辐射状配电网中的任意节点N，根据DistFlow潮流算法，电压及功率计算如下：

$P_N=P_{N+1}+R_{N+1}\frac{{P_{N+1}}^2+{Q_{N+1}}^2}{{V_{N+1}}^2}+P_{LN}-P_{GN}---\left(1\right)$

$Q_N=Q_{N+1}+X_{N+1}\frac{{P_{N+1}}^2+{Q_{N+1}}^2}{{V_{N+1}}^2}+Q_{LN}-Q_{GN}---\left(2\right)$

${V_{N-1}}^2={V_N}^2+2(P_N{R}_N+Q_N{X}_N)+({R_N}^2+{X_N}^2)\frac{{P_N}^2+{Q_N}^2}{V_N^2}---\left(3\right)$

式中，V_N，V_N-1和V_N+1表示节点N，节点N-1和节点N+1的电压值，其中，节点N-1为节点N的上游节点，节点N+1为节点N的下游节点；P_N和Q_N分别表示从上游支路流入节点N的有功功率值和无功功率值；P_N+1和Q_N+1分别表示从上游支路流入节点N+1的有功功率值和无功功率值；P_LN和Q_LN分别表示节点N处接入负荷的有功功率值和无功功率值；P_GN和Q_GN分别表示节点N处接入分布式电源的有功功率值和无功功率值；R_N和X_N分别表示节点N-1与节点N之间的支路电阻值和电抗值；R_N+1和X_N+1分别表示节点N与节点N+1之间的支路电阻值和电抗值。

忽略各节点间支路的功率损耗，对不同节点的DistFlow公式进行简化和叠加，得：

${V_N}^2={V_0}^2-2\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}(P_n{R}_n+Q_n{X}_n)---\left(4\right)$

若假定系统在T_i时刻和下一时刻T_i+1间的变化分解成两阶段先后完成：第一阶段，假设节点N及其所有下游节点的注入功率不变，仅考虑节点N所有上游节点注入功率的变化量，并设节点N-1和节点N的电压分别为和有：

$V_N^{*}=V_{N-1}^{*}-\frac{R_N{P}_N^{T_i}+X_N{Q}_N^{T_i}}{V_{N-1}^{*}}---\left(5\right)$

第二阶段，假设节点N所有上游节点的注入功率不变，仅考虑节点N及其所有下游节点注入功率的变化量。由于上游注入功率恒定不变，有ΔP₁＝ΔP₂＝…＝ΔP_N和ΔQ₁＝ΔQ₂＝…＝ΔQ_N。因此，由公式(4)可得：

$\begin{array}{c}{\left(V_N^{T_{i+1}}\right)}^2={\left(V_N^{*}\right)}^2-2\underset{n=1}{\overset{n}{\Σ}}{R}_n{\mathrm{\ΔP}}_n-2\underset{n=1}{\overset{n}{\Σ}}{X}_n{\mathrm{\ΔQ}}_n\\ ={\left(V_N^{*}\right)}^2-2{\mathrm{\ΔP}}_N\underset{n=1}{\overset{n}{\Σ}}{R}_n-2{\mathrm{\ΔQ}}_N\underset{n=1}{\overset{n}{\Σ}}{X}_n\end{array}---\left(6\right)$

ΔP_N，ΔQ_N分别表示下一时间节点T_i+1与当前时刻T_i相比的上游支路流入下游节点N的有功、无功功率变化量。

步骤1)所述的用局部信息对任意节点在下一时刻的电压进行估算，是在对辐射状电网任意节点的电压灵敏度进行分析的基础上，假设馈线首端节点电压V₀不变，T_i+1时刻节点N处电压表示为：

$V_N^{T_{i+1}}=\sqrt{{(V_{N-1}^{*}-\frac{R_N{P}_N^{T_i}+X_N{Q}_N^{T_i}}{V_{N-1}^{*}})}^2-2{\mathrm{\ΔP}}_N\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{R}_n-2{\mathrm{\ΔQ}}_N\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}{X}_n}---\left(7\right)$

式(5)中：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔP}}_N=\left(P_{GN}^{T_{i+1}}-P_{GN}^{T_i}\right)+\left(P_{LN}^{T_{i+1}}-P_{LN}^{T_i}\right)+{\mathrm{\ΔP}}_{N+1}\\ {\mathrm{\ΔQ}}_N=\left(Q_{GN}^{T_{i+1}}-Q_{GN}^{T_i}\right)+\left(Q_{LN}^{T_{i+1}}-Q_{LN}^{T_i}\right)+{\mathrm{\ΔQ}}_{N+1}\end{array}---\left(8\right)$

式中，和分别表示T_i时刻P_N，Q_N，P_LN，Q_LN，P_GN和Q_GN的值；和分别表示T_i+1时刻P_LN，Q_LN，P_GN和Q_GN的值；ΔP_N+1，ΔQ_N+1分别表示下一时间节点T_i+1与当前时刻T_i相比的上游支路流入下游节点N+1的有功、无功功率变化量。

步骤2)所述的目标函数中的成本由两部分组成：一部分是分布式电源功率调整的成本，而另一部分是电压成本，具体表示为：

式中，d为电压约束可调参数，和均为电压标幺值，P_GNmax和Q_GNmax分别为分布式电源有功和无功功率的最大输出值；ΔP_LN和ΔQ_LN分别为T时刻负荷有功和无功功率的变化量；M_P和M_LP分别为有功功率的上网电价和电价，M_Q和M_LQ分别为无功功率的上网电价和电价。

所述的分布式电源功率调整的成本，是针对电压越限问题，代理的控制措施包括调节分布式电源出力和调节负荷，代理的两种控制方式有分布式电源控制和负荷控制，其中，所述的分布式电源控制包括采用调节P_GN，对应成本为C(P_GN)＝M_P(P_GNmax-P_GN)，以及调节Q_GN，对应成本为C(Q_GN)＝M_Q(Q_GNmax-Q_GN)；所述的负荷控制包括采用调节P_LN，对应成本为C(△P_LN)＝M_LP·△P_LN，以及调节Q_LN，对应成本为C(△Q_LN)＝M_LQ·△Q_LN。

所述的电压成本是为避免出现电压越界的情况而人为制定的成本，所述的电压成本计算公式如下：

C(V)＝[d·(1-V)]¹⁰     (10)

其中，

$d=\frac{\sqrt[10]{M}}{|1-V_{boundary}|}---\left(11\right)$

式中，V为节点电压标幺值，可调变量d的取值由控制电压边界值V_boundary和上网电价M共同决定。

所述的步骤3)包括如下过程：

(1)任意节点N所对应的代理N根据步骤2)中的目标函数形成成本列表，成本列表包括节点N所有可能产生的离散的运行状态及所述运行状态对应的成本，随后，代理N在成本列表中搜寻成本最小的运行状态，并形成控制信息：

$ControltoN-1=<V_{N-1}^N,C_{BID}^V>$

$ControltoN+1=<{\mathrm{\&Delta;P}}_{N+1}^N,{\mathrm{\&Delta;Q}}_{N+1}^N,C_{BID}^s>$

式中，分别指节点N成本最小的运行状态对应的节点N-1的电压、节点N+1的有功变化量、节点N+1的无功变化量。为对应的电压成本，为和对应的功率成本之和；

为运行在成本最小的状态下，节点N需要节点N-1给予电压配合以及节点N+1给予功率配合，因此代理N将形成的控制信息，分别发送给代理N-1和代理N+1，并从代理N-1和代理N+1中能使节点N成本最小的运行状态的成本中扣除相应的电压成本或功率成本之和使得扣除电压成本或功率成本之和后的运行状态成本降低。

(2)在代理N发送控制信息的同时，也会接收到来自代理N-1和代理N+1的控制信息，代理N根据接收到的控制信息，更新节点N的成本列表，随后，重复过程1)和过程2)，直到所有的节点都运行在成本最小的运行状态；

(3)各个代理根据所有的节点都运行在成本最小的运行状态的结果对所控制区域的电气设备进行控制，使所有的代理均运行在成本最小的最优运行状态，从而实现对全局网络的协调优化控制。

本发明的基于多代理系统的主动配电网分布式电压控制方法，在对电网电压进行主动调节控制的同时，实现系统中DG有功功率接入的最大化以提高清洁能源利用率和达成较好的经济效益和社会效益。本发明的仿真结果显示MAS可以用分布式控制方式实现对全局电压的控制。每个代理仅需采集其控制区域的测量数据和与相邻代理通讯，即可实现电压协调控制，从而减小了控制系统的通讯量，提高了控制系统的可靠性和实时性。此外，基于MAS的分布式电压控制方法不仅可以解决主动配电网的电压越界问题，同时可以减小DG有功功率的削减，最大限度的保证了配电网运行的经济性。

附图说明

图1是一条简化的配电网馈线；

图2是电压成本曲线；

图3是系统运行环境示意图；

图4是基于MAS的电压控制算法流程图；

图5是UKGDS6节点算例拓扑图；

图6是Agent 5的数据流；

图7是节点6电压变化曲线。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的基于多代理系统的主动配电网分布式电压控制方法做出详细说明。

如图4所示，本发明的基于多代理系统的主动配电网分布式电压控制方法，包括如下步骤：

1)对辐射状电网任意节点的电压灵敏度进行分析，以实现用局部信息对任意节点在下一时刻的电压进行估算；

所述的对辐射状电网任意节点的电压灵敏度进行分析是：

对于辐射状配电网(如图1)中的任意节点N，根据DistFlow潮流算法，电压及功率计算如下：

$P_N=P_{N+1}+R_{N+1}\frac{{P_{N+1}}^2+{Q_{N+1}}^2}{{V_{N+1}}^2}+P_{LN}-P_{GN}---\left(1\right)$

$Q_N=Q_{N+1}+X_{N+1}\frac{{P_{N+1}}^2+{Q_{N+1}}^2}{{V_{N+1}}^2}+Q_{LN}-Q_{GN}---\left(2\right)$

${V_{N-1}}^2={V_N}^2+2(P_N{R}_N+Q_N{X}_N)+({R_N}^2+{X_N}^2)\frac{{P_N}^2+{Q_N}^2}{V_N^2}---\left(3\right)$

式中，V_N，V_N-1和V_N+1表示节点N，节点N-1和节点N+1的电压值，其中，节点N-1为节点N的上游节点，节点N+1为节点N的下游节点；P_N和Q_N分别表示从上游支路流入节点N的有功功率值和无功功率值；P_N+1和Q_N+1分别表示从上游支路流入节点N+1的有功功率值和无功功率值；P_LN和Q_LN分别表示节点N处接入负荷的有功功率值和无功功率值；P_GN和Q_GN分别表示节点N处接入分布式电源的有功功率值和无功功率值；R_N和X_N分别表示节点N-1与节点N之间的支路电阻值和电抗值；R_N+1和X_N+1分别表示节点N与节点N+1之间的支路电阻值和电抗值。

忽略各节点间支路的功率损耗，对不同节点的DistFlow公式进行简化和叠加，得：

${V_N}^2={V_0}^2-2\underset{n=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}(P_n{R}_n+Q_n{X}_n)---\left(4\right)$

若假定系统在T_i时刻和下一时刻T_i+1间的变化分解成两阶段先后完成：第一阶段，假设节点N及其所有下游节点的注入功率不变，仅考虑节点N所有上游节点注入功率的变化量，并设节点N-1和节点N的电压分别为和有：

$V_N^{*}=V_{N-1}^{*}-\frac{R_N{P}_N^{T_i}+X_N{Q}_N^{T_i}}{V_{N-1}^{*}}---\left(5\right)$

第二阶段，假设节点N所有上游节点的注入功率不变，仅考虑节点N及其所有下游节点注入功率的变化量。由于上游注入功率恒定不变，有ΔP₁＝ΔP₂＝…＝ΔP_N和ΔQ₁＝ΔQ₂＝…＝ΔQ_N。因此，由公式(4)可得：

$\begin{array}{c}{\left(V_N^{T_{i+1}}\right)}^2={\left(V_N^{*}\right)}^2-2\underset{n=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{R}_n{\mathrm{\&Delta;P}}_n-2\underset{n=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{X}_n{\mathrm{\&Delta;Q}}_n\\ ={\left(V_N^{*}\right)}^2-2{\mathrm{\&Delta;P}}_N\underset{n=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{R}_n-2{\mathrm{\&Delta;Q}}_N\underset{n=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{X}_n\end{array}---\left(6\right)$

ΔP_N，ΔQ_N分别表示下一时间节点T_i+1与当前时刻T_i相比的上游支路流入下游节点N的有功、无功功率变化量。

所述的用局部信息对任意节点在下一时刻的电压进行估算，是在对辐射状电网任意节点的电压灵敏度进行分析的基础上，假设馈线首端节点电压V₀不变，T_i+1时刻节点N处电压表示为：

$V_N^{T_{i+1}}=\sqrt{{(V_{N-1}^{*}-\frac{R_N{P}_N^{T_i}+X_N{Q}_N^{T_i}}{V_{N-1}^{*}})}^2-2{\mathrm{\&Delta;P}}_N\underset{n=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{R}_n-2{\mathrm{\&Delta;Q}}_N\underset{n=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{X}_n}---\left(7\right)$

式(7)中：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;P}}_N=\left(P_{GN}^{T_{i+1}}+P_{GN}^{T_i}\right)+\left(P_{LN}^{T_{i+1}}+P_{LN}^{T_i}\right)+{\mathrm{\&Delta;P}}_{N+1}\\ {\mathrm{\&Delta;Q}}_N=\left(Q_{GN}^{T_{i+1}}+Q_{GN}^{T_i}\right)+\left(Q_{LN}^{T_{i+1}}+Q_{LN}^{T_i}\right)+{\mathrm{\&Delta;Q}}_{N+1}\end{array}---\left(8\right)$

式中，和分别表示T_i时刻P_N，Q_N，P_LN，Q_LN，P_GN和Q_GN的值；和分别表示T_i+1时刻P_LN，Q_LN，P_GN和Q_GN的值；ΔP_N+1，ΔQ_N+1分别表示下一时间节点T_i+1与当前时刻T_i相比的上游支路流入下游节点N+1的有功、无功功率变化量。

公式(7)是本发明所提出的电压控制策略中最核心部分，也是实现用局部信息进行电压估算的关键所在。如公式(7)所示，仅需知道上游节点的电压信息，本节点的功率信息，以及下一时刻可能会发生的功率变化，即可实现对下一时刻电压值得估算。与集中式算法相比，本发明所提到的电压控制策略中所需的通讯量大大减少，降低了通讯系统的负担同时减小了通讯系统的硬件延时，提高了控制系统的可靠性。

2)本发明的基于多代理系统的主动配电网分布式电压控制方法，在实现电压控制的同时，对系统中分布式电源有功功率接入量进行优化。每个代理既要保证将系统电压控制在合理范围内，又要避免削减分布式电源的有功出力。多代理系统中的每个代理以所控制区域成本最小为目标函数，进行主动配电网的电压协调控制，所述的目标函数由两部分组成：电压成本和功率成本，其中电压成本用来约束各节点电压值，功率成本用来减少分布式电源有功功率的削减；

所述的目标函数中的成本由两部分组成：一部分是分布式电源功率调整的成本，而另一部分是电压成本，具体表示为：

式中，d为电压约束可调参数，和均为电压标幺值，P_GNmax和Q_GNmax分别为分布式电源有功和无功功率的最大输出值；ΔP_LN和ΔQ_LN分别为T时刻负荷有功和无功功率的变化量；M_P和M_LP分别为有功功率的上网电价和电价，M_Q和M_LQ分别为无功功率的上网电价和电价。

所述的分布式电源功率调整的成本，是针对电压越限问题，代理的控制措施包括调节分布式电源出力和调节负荷，代理的两种控制方式有分布式电源控制和负荷控制，其中，所述的分布式电源控制包括采用调节P_GN，对应成本为C(P_GN)＝M_P(P_GNmax-P_GN)，以及调节Q_GN，对应成本为C(Q_GN)＝M_Q(Q_GNmax-Q_GN)；所述的负荷控制包括采用调节P_LN，对应成本为C(△P_LN)＝M_LP·△P_LN，以及调节Q_LN，对应成本为C(△Q_LN)＝M_LQ·△Q_LN。

所述的电压成本是为避免出现电压越界的情况而人为制定的成本，所述的电压成本计算公式如下：

C(V)＝[d·(1-V)]¹⁰     (10)

其中，

$d=\frac{\sqrt[10]{M}}{|1-V_{boundary}|}---\left(11\right)$

式中，V为节点电压标幺值，可调变量d的取值由控制电压边界值V_boundary和上网电价M共同决定。例如，V_boundary＝0.98和1.02(即电压约束范围为[0.98,1.02])，M＝1时，此时d＝50，公式(10)变为：C(V)＝[50(1-V)]¹⁰，对应的成本曲线如图2所示。

Agent的两种控制方式以及所对应的功率成本计算如表1所示。

表1 Agent的控制方式及其成本

3)根据每个代理内部的电压协调控制算法以及与相邻代理的协商结果，各个代理做出使电网中全部节点的电压都处于设定范围内的决策，并在控制电压的前提下减少对分布式电源有功功率出力的削减。具体包括如下过程：

(1)任意节点N所对应的代理N根据步骤2)中的目标函数形成成本列表，成本列表包括节点N所有可能产生的离散的运行状态及所述运行状态对应的成本，随后，代理N在成本列表中搜寻成本最小的运行状态，并形成控制信息：

$ControltoN-1=<V_{N-1}^N,C_{BID}^V>$

$ControltoN+1=<{\mathrm{\&Delta;P}}_{N+1}^N,{\mathrm{\&Delta;Q}}_{N+1}^N,C_{BID}^s>$

式中，分别指节点N成本最小的运行状态对应的节点N-1的电压、节点N+1的有功变化量、节点N+1的无功变化量。为对应的电压成本，为和对应的功率成本之和；

为运行在成本最小的状态下，节点N需要节点N-1给予电压配合以及节点N+1给予功率配合，因此代理N将形成的控制信息，分别发送给代理N-1和代理N+1，并从代理N-1和代理N+1中能使节点N成本最小的运行状态的成本中扣除相应的电压成本或功率成本之和使得扣除电压成本或功率成本之和后的运行状态成本降低，因此，相邻节点的代理根据成本最小原则选择运行状态时，更易于选取到使节点N成本最小的运行状态。

(2)在代理N发送控制信息的同时，也会接收到来自代理N-1和代理N+1的控制信息，代理N根据接收到的控制信息，更新节点N的成本列表，随后，重复过程(1)和过程(2)，直到所有的节点都运行在成本最小的运行状态；

(3)各个代理根据所有的节点都运行在成本最小的运行状态的结果对所控制区域的电气设备进行控制，使所有的代理均运行在成本最小的最优运行状态，从而实现对全局网络的协调优化控制。

下面给出实例：

本实例所用的基于多代理的分布式电压控制系统应用JADE/Java平台，利用潮流计算软件IPSA+模拟电力系统的量测数据，对网络中各节点电压进行实时监控和数据交互：将IPSA+中的潮流参数传输给MAS并根据MAS下达的控制命令修改IPSA+模型中的设备参数，实现闭环控制。系统运行环境如图3所示。

本实例利用UKGDS的6节点标准算例进行计算仿真来说明本发明的有益效果，系统拓扑图如图5所示。该系统的基准电压与基准容量分别为V_Base＝11kV，S_Base＝10MVA，电压控制范围V_boundary为[0.98,1.02]。系统中含有6个节点，每个节点处都有对应该节点的Agent(代理)。如图5中虚线所示，每个Agent只与相邻的Agent存在通讯连接。为简要说明，本算例中只有节点5处的DG可控。

以Agent 5为例，当系统中未出现电压越界现象时，MAS处于待命状态；当t＝t₉时，监测系统测量到节点6出现电压越界现象，V₆＝0.9779，MAS启动所有Agents进行电压控制。

Agent 5首先采集本地量测信息，P_G5＝P_G5max＝3MW，Q_G5max＝0.3Mvar。DG的有功功率输出存在3种运行状态，其输出量分别为2.8MW、2.9MW和3MW，同理，无功功率输出存在4种运行状态，其输出量分别为0Mvar、0.1Mvar、0.2Mvar和0.3Mvar，即连接在节点5处的DG功率存在12种可能的离散运行状态。同时，由于节点1～4和节点6无可调节环节，即阵列ΔP_N+1和ΔQ_N+1分别只存在一个元素。因此，节点5处的V₅存在1×3×4×1×1＝12种可能的情况。

随后，Agent 5形成功率信息并发送给上游节点Agent 4，形成电压信息并发送给下游节点Agent 6。与此同时，Agent 5根据相邻Agents发来的功率信息和电压信息，利用公式(7)进行电压估计，并形成成本列表，Agents之间的数据流如图6所示，成本列表如表2所示。

表2 Agent 5的成本列表

各个Agent在形成成本列表后，根据最小成本运行状态形成控制信息并发送给相邻节点的Agents。此时，Agent 5接收到了来自Agent 4的控制信息为：

Controlto5＝<0,0.1,1.03564>

Agent 5接收到了来自Agent 6的控制信息为：

Controlto5＝<0.9852,2.1692>

Agent 5根据控制信息更新成本列表，此时，成本最小的运行状态7，C₇＝2.2194-2.1692＝0.0502。根据状态7，MAS下达的指令为：无功功率上调0.2Mvar。IPSA+根据命令修改模型中的参数，实现闭环控制。随后，节点6电压恢复，V₆＝0.9804，则MAS完成了一次控制动作。节点6电压变化如图7所示。

从仿真结果可见，状态3、5和7同时可以消除电压越界现象，其中状态7未对DG的有功功率进行削减，保证了系统DG有功功率出力最大。

Claims (7)

1.一种基于多代理系统的主动配电网分布式电压控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)对辐射状电网任意节点的电压灵敏度进行分析，以实现用局部信息对任意节点在下一时刻的电压进行估算；

2)多代理系统中的每个代理以所控制区域成本最小为目标函数，进行主动配电网的电压协调控制，所述的目标函数由两部分组成：电压成本和功率成本，其中电压成本用来约束各节点电压值，功率成本用来减少分布式电源有功功率的削减；

3)根据每个代理内部的电压协调控制算法以及与相邻代理的协商结果，各个代理做出使电网中全部节点的电压都处于设定范围内的决策，并在控制电压的前提下减少对分布式电源有功功率出力的削减。

2.根据权利要求1所述的基于多代理系统的主动配电网分布式电压控制方法，其特征在于，步骤1)所述的对辐射状电网任意节点的电压灵敏度进行分析是：

对于辐射状配电网中的任意节点N，根据DistFlow潮流算法，电压及功率计算如下：

$P_N=P_{N+1}+R_{N+1}\frac{{P_{N+1}}^2+{Q_{N+1}}^2}{{V_{N+1}}^2}+P_{LN}-P_{GN}---\left(1\right)$

$Q_N=Q_{N+1}+X_{N+1}\frac{{P_{N+1}}^2+{Q_{N+1}}^2}{{V_{N+1}}^2}+Q_{LN}-Q_{GN}---\left(2\right)$

${V_{N-1}}^2={V_N}^2+2(P_N{R}_N+Q_N{X}_N)+({R_N}^2+{X_N}^2)\frac{{P_N}^2+{Q_N}^2}{{V_N}^2}---\left(3\right)$

式中，V_N，V_N-1和V_N+1表示节点N，节点N-1和节点N+1的电压值，其中，节点N-1为节点N的上游节点，节点N+1为节点N的下游节点；P_N和Q_N分别表示从上游支路流入节点N的有功功率值和无功功率值；P_N+1和Q_N+1分别表示从上游支路流入节点N+1的有功功率值和无功功率值；P_LN和Q_LN分别表示节点N处接入负荷的有功功率值和无功功率值；P_GN和Q_GN分别表示节点N处接入分布式电源的有功功率值和无功功率值；R_N和X_N分别表示节点N-1与节点N之间的支路电阻值和电抗值；R_N+1和X_N+1分别表示节点N与节点N+1之间的支路电阻值和电抗值。

忽略各节点间支路的功率损耗，对不同节点的DistFlow公式进行简化和叠加，得：

${V_N}^2={V_0}^2-2\underset{n=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}(P_n{R}_n+Q_n{X}_n)---\left(4\right)$

若假定系统在T_i时刻和下一时刻T_i+1间的变化分解成两阶段先后完成：第一阶段，假设节点N及其所有下游节点的注入功率不变，仅考虑节点N所有上游节点注入功率的变化量，并设节点N-1和节点N的电压分别为和有：

$V_N^{*}=V_{N-1}^{*}-\frac{R_N{P}_N^{T_i}+X_N{Q}_N^{T_i}}{V_{N-1}^{*}}---\left(5\right)$

第二阶段，假设节点N所有上游节点的注入功率不变，仅考虑节点N及其所有下游节点注入功率的变化量。由于上游注入功率恒定不变，有ΔP₁＝ΔP₂＝…＝ΔP_N和ΔQ₁＝ΔQ₂＝…＝ΔQ_N。因此，由公式(4)可得：

$\begin{array}{c}{\left(V_N^{T_{i+1}}\right)}^2={\left(V_N^{*}\right)}^2-2\underset{n=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{R}_n{\mathrm{\&Delta;P}}_n-2\underset{n=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{X}_n{\mathrm{\&Delta;Q}}_n\\ ={\left(V_N^{*}\right)}^2-2{\mathrm{\&Delta;P}}_N\underset{n=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{R}_n-2{\mathrm{\&Delta;Q}}_N\underset{n=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{X}_n\end{array}---\left(6\right)$

ΔP_N，ΔQ_N分别表示下一时间节点T_i+1与当前时刻T_i相比的上游支路流入下游节点N的有功、无功功率变化量。

3.根据权利要求1所述的基于多代理系统的主动配电网分布式电压控制方法，其特征在于，步骤1)所述的用局部信息对任意节点在下一时刻的电压进行估算，是在对辐射状电网任意节点的电压灵敏度进行分析的基础上，假设馈线首端节点电压V₀不变，T_i+1时刻节点N处电压表示为：

$V_N^{T_{i+1}}=\sqrt{{(V_{N-1}^{*}-\frac{R_N{P}_N^{T_i}+X_N{Q}_N^{T_i}}{V_{N-1}^{*}})}^2-2{\mathrm{\&Delta;P}}_N\underset{n=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{R}_n-2{\mathrm{\&Delta;Q}}_N\underset{n=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{X}_n}---\left(7\right)$

式(5)中：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;P}}_N=(P_{GN}^{T_{i+1}}-P_{GN}^{T_i})+(P_{LN}^{T_{i+1}}-P_{LN}^{T_i})+{\mathrm{\&Delta;P}}_{N+1}\\ {\mathrm{\&Delta;Q}}_N=(Q_{GN}^{T_{i+1}}-Q_{GN}^{T_i})+(Q_{LN}^{T_{i+1}}-Q_{LN}^{T_i})+{\mathrm{\&Delta;Q}}_{N+1}\end{array}---\left(8\right)$

式中，和分别表示T_i时刻P_N，Q_N，P_LN，Q_LN，P_GN和Q_GN的值；和分别表示T_i+1时刻P_LN，Q_LN，P_GN和Q_GN的值；ΔP_N+1，ΔQ_N+1分别表示下一时间节点T_i+1与当前时刻T_i相比的上游支路流入下游节点N+1的有功、无功功率变化量。

4.根据权利要求1所述的基于多代理系统的主动配电网分布式电压控制方法，其特征在于，步骤2)所述的目标函数中的成本由两部分组成：一部分是分布式电源功率调整的成本，而另一部分是电压成本，具体表示为：

式中，d为电压约束可调参数，和均为电压标幺值，P_GNmax和Q_GNmax分别为分布式电源有功和无功功率的最大输出值；ΔP_LN和ΔQ_LN分别为T时刻负荷有功和无功功率的变化量；M_P和M_LP分别为有功功率的上网电价和电价，M_Q和M_LQ分别为无功功率的上网电价和电价。

5.根据权利要求4所述的基于多代理系统的主动配电网分布式电压控制方法，其特征在于，所述的分布式电源功率调整的成本，是针对电压越限问题，代理的控制措施包括调节分布式电源出力和调节负荷，代理的两种控制方式有分布式电源控制和负荷控制，其中，所述的分布式电源控制包括采用调节P_GN，对应成本为C(P_GN)＝M_P(P_GNmax-P_GN)，以及调节Q_GN，对应成本为C(Q_GN)＝M_Q(Q_GNmax-Q_GN)；所述的负荷控制包括采用调节P_LN，对应成本为C(△P_LN)＝M_LP·△P_LN，以及调节Q_LN，对应成本为C(△Q_LN)＝M_LQ·△Q_LN。

6.根据权利要求4所述的基于多代理系统的主动配电网分布式电压控制方法，其特征在于，所述的电压成本是为避免出现电压越界的情况而人为制定的成本，所述的电压成本计算公式如下：

C(V)＝[d·(1-V)]¹⁰   (10)

其中，

$d=\frac{\sqrt[10]{M}}{|1-V_{boundary}|}---\left(11\right)$

式中，V为节点电压标幺值，可调变量d的取值由控制电压边界值V_boundary和上网电价M共同决定。

7.根据权利要求1所述的基于多代理系统的主动配电网分布式电压控制方法，其特征在于，所述的步骤3)包括如下过程：

(1)任意节点N所对应的代理N根据步骤2)中的目标函数形成成本列表，成本列表包括节点N所有可能产生的离散的运行状态及所述运行状态对应的成本，随后，代理N在成本列表中搜寻成本最小的运行状态，并形成控制信息：

$\begin{array}{c}ControltoN-1=<V_{N-1}^N,C_{BID}^V>\\ ControltoN+1=<{\mathrm{\&Delta;P}}_{N+1}^N,{\mathrm{\&Delta;Q}}_{N+1}^N,C_{BID}^S>\end{array}$

式中，分别指节点N成本最小的运行状态对应的节点N-1的电压、节点N+1的有功变化量、节点N+1的无功变化量。为对应的电压成本，为和对应的功率成本之和；

为运行在成本最小的状态下，节点N需要节点N-1给予电压配合以及节点N+1给予功率配合，因此代理N将形成的控制信息，分别发送给代理N-1和代理N+1，并从代理N-1和代理N+1中能使节点N成本最小的运行状态的成本中扣除相应的电压成本或功率成本之和使得扣除电压成本或功率成本之和后的运行状态成本降低。

(2)在代理N发送控制信息的同时，也会接收到来自代理N-1和代理N+1的控制信息，代理N根据接收到的控制信息，更新节点N的成本列表，随后，重复过程1)和过程2)，直到所有的节点都运行在成本最小的运行状态；

(3)各个代理根据所有的节点都运行在成本最小的运行状态的结果对所控制区域的电气设备进行控制，使所有的代理均运行在成本最小的最优运行状态，从而实现对全局网络的协调优化控制。