虛擬發(fā)電廠完整版本

虛擬發(fā)電廠未來智能配電網(wǎng)的重要發(fā)展方向選題背景與意義

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，電力需求，能源需求都在持續(xù)增長。環(huán)境，氣候問題逐漸凸顯出來，各國電力系統(tǒng)也發(fā)生了一系列的問題事故，如2003年的美加大停電、2005年的莫斯科大停電、2006年的倫敦大停電以及2008年我國南方因雪災(zāi)造成的許多市縣的電力事故等。加上能源的短缺，各國都已將節(jié)約能源，提高能源效率作為基本能源政策，并實施了一系列節(jié)能減排的措施。電力需求側(cè)管理（DemandSide

Management,DSM），已成為與煤炭、石油、天然氣和電力等同等重要的“第五能源”。美加大停電莫斯科大停電選題背景與意義虛擬發(fā)電廠（VirtualPowerPlant,簡稱VPP）是電力需求側(cè)管理的一個創(chuàng)新模式，可以在達到建設(shè)常規(guī)電廠和相應(yīng)輸配電系統(tǒng)的同時，提高電能使用效率和減少用戶電力消耗。虛擬發(fā)電廠是能量管理系統(tǒng)和控制的小型和超小型分散發(fā)電機組成的一個集合性電站。虛擬電廠的擁有者和操作者可以通過由電腦運算的操作規(guī)劃來獲得技術(shù)、經(jīng)濟和生態(tài)方面的益處。在風(fēng)力發(fā)電等分布式電源逐漸進入家庭之后，虛擬發(fā)電廠技術(shù)可以實現(xiàn)家庭或個體負載將多余電量反哺電網(wǎng)的可能，并且合理分配周期性分布式電源與可分派分布式電源的工作時間，有效協(xié)調(diào)地區(qū)電能需求和電力批發(fā)市場的電力需求。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在歐美，虛擬發(fā)電廠的提出成為了應(yīng)對各類分布式電源控制問題的解決方案，在一些地區(qū)大規(guī)模的虛擬發(fā)電廠作為實驗項目已經(jīng)開始運行。慕尼黑電力公司通過其中一座新建成的虛擬發(fā)電廠，同時運營了六臺熱電聯(lián)產(chǎn)機組、五個水電站和一座風(fēng)電場，其實際能效和經(jīng)濟效益均要高于單獨運行這些電廠。另一座虛擬發(fā)電廠是為萊茵集團的電力公司而建。在投運初期，該虛擬發(fā)電廠的發(fā)電量達到2萬千瓦，到2015年將可擴容至20萬千瓦。美國通過政府部門制定了虛擬政策及規(guī)則，以市場化運作模式，用過基于市場的財政激勵政策，調(diào)動各方參與虛擬電廠建設(shè)的積極性，實現(xiàn)能效的提高；日本也是一個極其需要虛擬電廠的國家。由于日本破壞性的地震和海嘯后，重建工作的時候面臨的很嚴重的電力短缺局面。專家們相信，創(chuàng)建虛擬電廠比增加集中式發(fā)電廠更為快速有效的適應(yīng)不斷變化的能源需求。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國內(nèi)，自2005年以來，江蘇、廣東、上海等省市地區(qū)開展了虛擬電廠的試點工作，北京、河北等地也正積極探討虛擬電廠的建設(shè)，累積了一定的經(jīng)驗，同時形成了一定的規(guī)模。但我國在虛擬電廠工作中仍處于探索和試營階段，相關(guān)實施機制、技術(shù)措施、配套政策、組織模式等等均有待完善。開展虛擬電廠及其應(yīng)用的研究，可以對政府、電網(wǎng)企業(yè)、電力用戶、能源公司以及包括金融機構(gòu)，節(jié)能認證機構(gòu)等都產(chǎn)生積極的作用，所以促進我國在虛擬電廠中的發(fā)展，對國家有著十分積極的意義虛擬發(fā)電廠的控制方式一直是研究中的重點與難點。首先，虛擬電廠的特殊結(jié)構(gòu)造成運用數(shù)學(xué)模型進行最優(yōu)化計算上的困難。第二，由于虛擬發(fā)電廠必須提供一個分散機組在線控制的自動化方式,例如補償不平衡電能，目前尚沒有操作者能實時檢查和改正結(jié)果。虛擬發(fā)電廠技術(shù)虛擬發(fā)電廠的概念虛擬發(fā)電廠的結(jié)構(gòu)虛擬發(fā)電廠的分類虛擬發(fā)電廠的控制方式虛擬發(fā)電廠的通信結(jié)構(gòu)虛擬發(fā)電廠的運行虛擬發(fā)電廠與微電網(wǎng)虛擬發(fā)電廠的概念虛擬發(fā)電廠技術(shù)（VPP，VirtualPowerPlant），是指通過虛擬控制中心將可控負荷、分布式電源（DER）和儲能系統(tǒng)有機結(jié)合起來，在電網(wǎng)中以特別電廠的身份參與運行。虛擬電廠的每一部分均與控制中心相連，通過智能電網(wǎng)的雙向信息傳送，對機端潮流、受端負荷以及儲能系統(tǒng)進行統(tǒng)一調(diào)度，最終降低發(fā)電損耗，降低電網(wǎng)峰值負荷，減少溫室氣體排放，優(yōu)化資源利用，提高供電可靠性。（事實上，虛擬發(fā)電廠在現(xiàn)今而言依然處于一個理論與實驗階段，在文字上并沒有對它有一個確定的定義。）虛擬電廠基本結(jié)構(gòu)虛擬發(fā)電廠的結(jié)構(gòu)一分布式電源二中央能源單元三可控負荷分布式電源1）公用分布式電源：這類電源包含了風(fēng)力、水力等發(fā)電站，這些發(fā)電站本身就是以投放電力近于電網(wǎng)為目的而建造的，但是由于其發(fā)電量的變化和難以預(yù)測性而需要通過虛擬發(fā)電站來整合。2）家庭分布式電源：這是一類小型的，為個人住宅、商業(yè)或工業(yè)分部服務(wù)的分布式電源。這些電源在自主負責(zé)的電力需求滿足之后，如果有盈余，可以將多余的電力反哺給電網(wǎng)；同時，若此類電源無法滿足個體的用電需求時，電網(wǎng)也可以向個體提供能源。分布式電源隨著家庭分布式電源逐漸融入電網(wǎng)，這些分布式電源可以自行組合成為一個微電網(wǎng)。而這些微電網(wǎng)，都需要一個中央控制系統(tǒng)來協(xié)調(diào)其組成部分的運作。使用虛擬發(fā)電廠的概念，每個微電網(wǎng)以及分布式電源可以作為一個整體運行，并且在系統(tǒng)管理任務(wù)中可以正常調(diào)用。一些分布式電源具有周期性的特性，比如：風(fēng)能、沒有儲能設(shè)備的光伏發(fā)電系統(tǒng)；而另一些分布式電源，比如燃料電池和微型渦輪機，是可分派的，他們可以迅速、方便地改變運作機能。因此，不論是公共分布式電源還是家庭分布式電源都可以分成周期性和可分派性兩種分類。中央能源單元整個虛擬電廠由中央能源單元管理和控制。中央管理系統(tǒng)可以進一步細分成更小的單元，一些學(xué)者將其稱為本地管理系統(tǒng)，這些本地控制單元一方面與中央控制單元想聯(lián)系，同時和負責(zé)協(xié)調(diào)和控制各自轄區(qū)范圍內(nèi)的負荷和發(fā)電機，本地控制單元也會參與中央控制單元的決策?？煽刎摵商摂M發(fā)電廠還應(yīng)該配備一些可控負荷，比如：儲能電池或者可分派發(fā)電機，以應(yīng)對分布式電源的隨機波動。為了保證虛擬發(fā)電站一直帶著負荷進行發(fā)電，虛擬電廠可以簽署一些傳統(tǒng)的電力銷售協(xié)議虛擬發(fā)電廠的分類商業(yè)型虛擬電廠（CommercialVPP，CVPP）技術(shù)型虛擬電廠（TechnicalVPP，TVPP）商業(yè)型虛擬電廠商業(yè)型虛擬電廠CVPP旨在提供一種通用途徑，將VPP中的分布式電源（DER）接入到電力市場中，可以理解為VPP連接至電力市場的功能劃分協(xié)調(diào)模塊。對于在投資組合中的，這種方法降低了DER在市場上孤獨的運作失衡的風(fēng)險，通過聚合所取得的效益還能提供了多樣性的資源和提高能力。在市場的DER可以獲得規(guī)模經(jīng)濟的效益，而從電力市場的參與情報中又可以最大限度地提高收入的機會，而DER單獨運作所面臨的風(fēng)險，又可以被自我調(diào)節(jié)型的智能電網(wǎng)所承擔(dān)。為了達到這些目標(biāo)，CVPP的設(shè)計也應(yīng)根據(jù)電力市場規(guī)則，確保將VPP內(nèi)部的微型電力市場和外部電網(wǎng)進行無縫連接。CVPP的主要功能

1.規(guī)劃應(yīng)用模擬所有有關(guān)能量和傳播流動的費用、收益和約束。根據(jù)設(shè)定的電力交易時段，如15、30min或1h的時間分辨率，考慮到1～7天的情況。2.負荷預(yù)測。提供多種類型負荷的預(yù)測計算。其中所需的基本數(shù)據(jù)是在規(guī)劃功能中決定的時問分辨率范圍內(nèi)的連續(xù)的歷史測量負荷值。負荷預(yù)測建立分段線性模型來模擬影響功能變化的行為。3.根據(jù)市場情報，優(yōu)化潛在收入的有價證券，制作合同中的電力交換和遠期市場，控制經(jīng)營成本，并提交DER進度、經(jīng)營成本等信息至系統(tǒng)運營商。4.編制交易計劃、確定市場價格、實現(xiàn)實時市場交易。技術(shù)型虛擬電廠技術(shù)型虛擬電廠TVPP是技術(shù)角度的VPP。TVPP是由負荷和分布式電源共同組成的系統(tǒng)，它可同時提供電能和熱量；其內(nèi)部的電源主要由電力電子器件負責(zé)能量的轉(zhuǎn)換，并提供必需的控制。在其連接到傳輸系統(tǒng)的角度，可以被看成是一個帶有傳輸系統(tǒng)的發(fā)電廠，具有與相連電廠相同的參數(shù)。下表列出了表征VPP的主要參數(shù)。下圖總結(jié)了所需的輸入和輸出來表征TVPP的活動，通過CVPP提供的輸入信息，TVPP改善DER對系統(tǒng)操作員的可觀性，同時提供實時或接近實時的網(wǎng)絡(luò)管理功能以及預(yù)定配套服務(wù)。為加強在傳輸電一級的DER活動管理，系統(tǒng)操作員通過虛擬電廠控制中心獲得DER的操作位置、運行參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和成本數(shù)據(jù)等限制信息，然后通過智能中心在線優(yōu)化協(xié)調(diào)DER，從而形成TVPP。TVPP的主要功能1.提供可視化操作界面，并允許對系統(tǒng)做出貢獻的DER活動，同時增強DER的可控性，提供系統(tǒng)以最低的成本運營。2.整合所有DER的輸入，為每個DER建模（內(nèi)容包括可控負荷，電網(wǎng)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，以及變電站操作等）3.提供發(fā)電管理，監(jiān)督虛擬電廠所有的發(fā)電和存儲機組，根據(jù)每個機組各自的控制方式(獨立、人工、計劃或控制)和機組參數(shù)(最?。畲竽芰枯敵?、功率梯度、能量內(nèi)容)，此功能通過命令界面計算和傳輸機組的實際狀態(tài)(起動、在線、遙控、擾動)、機組的實際能量輸出、機組起動／停止命令和機組能量設(shè)定點。而且，根據(jù)機組狀態(tài)變化監(jiān)督和發(fā)信號給命令響應(yīng)和設(shè)定點。如果有機組擾動，發(fā)電管理功能會根據(jù)環(huán)境變化，同時考慮到所有的限制條件，自行起動機組組合計算來強制重新計劃其他剩下的機組。技術(shù)型虛擬電廠4.在線優(yōu)化和協(xié)調(diào)DER。在線優(yōu)化和協(xié)調(diào)功能將整體的功率校正值分配給在控制方式中運行的所有的單獨的發(fā)電機組、儲存機組和柔性負荷。分配算法的原則首先，必須考慮機組的實際限制(如最小、最大功率，儲存內(nèi)容，功率調(diào)整限制等)。其次，整體功率校正值必須盡可能快的達到。再次，最便宜的機組應(yīng)該首先用于控制操作中。根據(jù)TVPP的要求，一個稱為DEMS的軟件包被研發(fā)并用于VPP的智能管理中心。在DEMS中，虛擬電廠的組成部分和機組以及它們的能量流動拓撲用模型元中的一些類來表示，DEMS機組組合功能計算最優(yōu)化的調(diào)度計劃(包括機組組合)，用于所有的柔性單元。虛擬發(fā)電廠的控制方式（1）集中控制（2）分散控制（3）完全分散控制(4)控制方式總結(jié)集中控制方式在此控制方式下的虛擬電廠稱為“集中控制的虛擬發(fā)電廠（CentralizedControlledVPP,CCVPP）”。這一結(jié)構(gòu)下的VPP，要求發(fā)電廠對涉及分布式運行的每一個單位的信息可以完整的掌握，同時，其操作設(shè)置需要滿足當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)的不同需求。這一類型的VPP，在達到最佳的運行模式時，會有很大的潛力。但是，往往由于具體的運行實際的限制，具有有限的可擴展性和兼容性。分散控制方式在此控制方式下的虛擬電廠稱為“分散控制的虛擬發(fā)電站（DecentralizedControlledVPP,DCVPP）”。在分散控制中，VPP被分為多個層次。本地VPP控制著轄區(qū)內(nèi)有限的DER，再由本地VPP將信息反饋給上一級VPP，從而構(gòu)成一個整體的層次結(jié)構(gòu)。相對于上一種集中控制模式中的弱點，DCVPP利用模塊化的本地運行模式和信息收集模式有效地改進了這一缺陷。然后，運行時的中央控制系統(tǒng)仍然需要位于整個分散控制的虛擬發(fā)電系統(tǒng)的最頂端，以確保系統(tǒng)運行的安全性和整體運行的經(jīng)濟性。完全分散控制方式在此控制方式下的虛擬電廠稱為“完全分散控制的虛擬發(fā)電站（FullyDecentralizedControlledVPP,FDCVPP）”：這種運行模式，可以認為是分散式制的一種延伸。分散式控制模式中的中央控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)交換處理器代替，這些數(shù)據(jù)交換代理提供例如：市場價格、天氣預(yù)報以及數(shù)據(jù)記錄等有價值的信息。對于分散控制模式中的小單位來說，由于FDCVPP模式下的即插即用能力（plugandplayability），在此模式下運行，相比之前的兩種模式，會具有很好的可擴展性和開放性?？刂品绞娇偨Y(jié)基于以上三種模式的運行特點，完全分散控制的VPP應(yīng)該是更適合于在市場中投入運行的模式。一個由歐盟研究委員會規(guī)劃設(shè)計的未來電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型中，就擬將一個完全分散控制的虛擬發(fā)電站視作是分布式發(fā)電成功邁向全面運營的基礎(chǔ)，在這個規(guī)劃中，電網(wǎng)中的每一個節(jié)點都是激活的，反應(yīng)靈敏，對于周圍環(huán)境的變化敏感，并且可以智能調(diào)整價格。而本文提出的基于多代理系統(tǒng)控制下的VPP，可以滿足完全分散控制的特性和要求，筆者將在接下來的幾章中進行詳細闡述。虛擬發(fā)電廠的通信結(jié)構(gòu)虛擬電廠需要介于分散電力機組和電力管理系統(tǒng)控制之間的雙向通信。處于現(xiàn)階段的虛擬發(fā)電廠，其主要的特點是其內(nèi)各發(fā)電單元與負荷均直接或間接得與能量管理中心（EMS）相連。因此，虛擬電廠的通信系統(tǒng)構(gòu)架十分重要，需要一個性能極佳的計算機處理中心提供最快的處理速度以及最小的延遲時間，并有足夠容量接納可能安裝的新裝置，為EMS系統(tǒng)提供各子系統(tǒng)實時、精確的數(shù)據(jù)信息流。然而，虛擬電廠內(nèi)過多的冗余信息會使EMS系統(tǒng)的處理速度大大降低，為保證系統(tǒng)正常工作，EMS所接收的數(shù)據(jù)應(yīng)按照特殊格式與特殊協(xié)議發(fā)送，一種可行的方案協(xié)議是IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。在智能電網(wǎng)中所有信息的傳輸和交互都通過高可靠性高速光纖網(wǎng)實現(xiàn)。每一個現(xiàn)場測控裝置和數(shù)據(jù)庫都是以太網(wǎng)的節(jié)點，有固定的IP地址，所有的信息流都將在光纖網(wǎng)絡(luò)中流通。智能電網(wǎng)通信系統(tǒng)的光纖通訊虛擬發(fā)電廠的運行虛擬發(fā)電廠在短期內(nèi)成本最低時調(diào)用它的各個機組工作。根據(jù)這個目的，虛擬發(fā)電廠需要解決一個最優(yōu)化程序，其目標(biāo)函數(shù)是每小時與電網(wǎng)交易的電力中熱、電收益之和以及熱電聯(lián)產(chǎn)燃料耗費所構(gòu)成的投資收益比，約束函數(shù)是電力和熱能在虛擬發(fā)電廠的電源和負載之間的平衡。同時虛擬發(fā)電廠需要和配電網(wǎng)運營商協(xié)商其最優(yōu)化策略以維持配電網(wǎng)的安全，因為配電網(wǎng)運營商對配電網(wǎng)的安全負有責(zé)任。它需要操控網(wǎng)絡(luò)以達到每天母線的電壓偏差都可見并且避免任意一條線路的過載。事實上，如果虛擬發(fā)電廠的最優(yōu)化策略沒有得到配電網(wǎng)運營商的統(tǒng)一管理，也就是說虛擬發(fā)電廠的操作者擅自使它的所有短期成本最小化，包括生產(chǎn)成本和與電網(wǎng)的交易成本，從而強行提供他們的熱能和電力，這將會導(dǎo)致配電網(wǎng)的電壓和電流超出允許范圍。虛擬發(fā)電廠的運行虛擬發(fā)電廠在電力市場中的運行建議了一種可行的框架。在這個計劃中，分布式發(fā)電機組向虛擬發(fā)電廠運行者提供他們的能量銷售建議，由虛擬發(fā)電廠的運行者在電力市場中進行談判或者直接與用戶進行溝通。在確定了公司的商業(yè)戰(zhàn)略后，虛擬發(fā)電廠在電力市場中進行談判，然后由電力市場運行者決定最后的商業(yè)交易。而市場的結(jié)果需要系統(tǒng)操作員進行驗證。當(dāng)技術(shù)上的約束被排除后，應(yīng)該向電力的生產(chǎn)者和用戶公示，并且允許他們與另一供應(yīng)商進行比較和裁定。在這個框架中，虛擬發(fā)電廠在電力市場中角逐的同時，它的內(nèi)部也有一個由所有分布式電源組成的充分競爭的市場。由于存在一些分布式電源特別是那些屬于普通居民和小型商業(yè)用戶的機組容量不大，并且其擁有者對電力交易知之甚少，因此可以推斷這個框架并沒有考慮在內(nèi)。另外，哪些市場考慮在內(nèi)以及這些市場的特點同樣沒有說明。虛擬發(fā)電廠的運行一臺虛擬發(fā)電廠至少需要以下一些設(shè)備：(1)電力管理系統(tǒng)：用于監(jiān)視，計劃和優(yōu)化分散電力機組的操作。(2)負荷預(yù)測系統(tǒng)：可以計算很短時間(1h)和短時間(至7天)的負荷預(yù)測。(3)可再生能源機組的發(fā)電預(yù)測：這個預(yù)測必須能夠根據(jù)天氣預(yù)報來預(yù)測風(fēng)力發(fā)電和光電發(fā)電。(4)電力數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)：用來收集和保存優(yōu)化和預(yù)測中所需的數(shù)據(jù)，如發(fā)電量和負荷的情況以及用戶需求的合約數(shù)據(jù)。(5)強大的前端平臺：用于有分散電力機組的電力管理系統(tǒng)內(nèi)的通信。虛擬發(fā)電廠與微電網(wǎng)

智能電網(wǎng)中還有一個概念是微電網(wǎng)。微電網(wǎng)是相對于傳統(tǒng)大電網(wǎng)而言的，它是一個由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負荷和監(jiān)控、保護裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以孤立運行。虛擬發(fā)電廠與微電網(wǎng)虛擬發(fā)電廠和微電網(wǎng)的相似點是他們都是分布式電源、可控負載以及能量儲備的集合。但虛擬發(fā)電廠是一個更加寬泛的概念，它對各種不同的電源都感興趣，并且更加關(guān)注經(jīng)濟的效益，微電網(wǎng)則更加關(guān)注技術(shù)和整個網(wǎng)絡(luò)運行的平衡。另外，從目的性來說，微電網(wǎng)的概念是建立在連入網(wǎng)絡(luò)的大量微型發(fā)電機組上，它的目的在于減少對輸電和高壓配電設(shè)備的需求；而虛擬發(fā)電廠是一個將連入配電網(wǎng)不同節(jié)點、使用各種技術(shù)并且擁有豐富的操作模式和可實現(xiàn)性的分布式電源集合在一起的概念，其目的在于交易電能或者提供系統(tǒng)支持服務(wù)。微電網(wǎng)可以與大電網(wǎng)政策性地交換電能，就像一個良好的、理想化的居民所做的那樣，但是虛擬發(fā)電廠會直接在批發(fā)市場中交易他們的分布式電源。多代理系統(tǒng)多代理系統(tǒng)的基本概念多代理系統(tǒng)在虛擬電廠運行中的優(yōu)點多代理系統(tǒng)在虛擬發(fā)電廠中的應(yīng)用研究多代理系統(tǒng)的基本概念

多代理系統(tǒng)(MAS，MultiAgentSystem)，由一些在邏輯上或物理上分離的許多代理組成的，這些分布的代理通過協(xié)作共同完成系統(tǒng)需要完成的一個共同的任務(wù)。主要是研究一組自治的、多個智能Agent之間行為的協(xié)調(diào)，其目的是將大的復(fù)雜系統(tǒng)劃分成小的、彼此相互通信及協(xié)調(diào)的、易于管理的系統(tǒng)。在此模式下，以往需要整個系統(tǒng)集中完成的任務(wù)，可以通過幾個子系統(tǒng)來完成。不同子系統(tǒng)之間既相對獨立又有相互聯(lián)系，相互之間只有信息的交流，通過協(xié)同合作的方式進行工作。多代理的主要特點

自主性和主動性每個代理都具有擁有部分解決問題的能力，能根據(jù)自身的能力獨立解決問題域中的子問題?？梢愿鶕?jù)周圍的情況來改變或調(diào)整該代理下的電網(wǎng)的運行方式；

系統(tǒng)交互性和整體封閉性

代理之間可以通過信號的傳輸，來交流各個代理所管轄的元件的運行情況；互相獨立又有信息交流每個代理只需要知道自身所控范圍內(nèi)的情況和其他代理的少量信息，從而提高處理速度各代理有不同的運行方式

代理所要達到的目標(biāo)決定了這個代理所要進行的運行方式；

多代理系統(tǒng)在虛擬電廠運行中的優(yōu)點

相對于傳統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，MultiAgent有以下幾方面優(yōu)勢：

1.多代理技術(shù)的優(yōu)勢可以滿足電力系統(tǒng)分布化的趨勢，達到分布電源合理利用的目的

2.通過多代理系統(tǒng)的應(yīng)用達到對虛擬電廠和智能電網(wǎng)之間、虛擬電廠與虛擬電廠之間的協(xié)調(diào)控制。

3.通過多代理系統(tǒng)的應(yīng)用達到對電網(wǎng)電能質(zhì)量的優(yōu)化。

4.通過多代理系統(tǒng)的應(yīng)用加強虛擬電廠對智能配電網(wǎng)的支撐能力從而改善電網(wǎng)的可靠性。5加強了電網(wǎng)的可擴展性和開放性多代理系統(tǒng)在虛擬發(fā)電廠中的應(yīng)用研究1.MAS的結(jié)構(gòu)分類2.基于MAS的VPP的控制框架3.VPP研究模型4.仿真控制模式MAS的結(jié)構(gòu)分類

Agent體系結(jié)構(gòu)是研究如何用軟件或硬件的方式實現(xiàn)Agent。MultiAgent系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系是指各Agent之間的通信和控制模式。

MAS的通訊機制通常采用兩種通信相結(jié)合的方式即聯(lián)邦系統(tǒng)通訊與廣播通訊相結(jié)合（直接的信息傳輸）和黑板系統(tǒng)（間接的信息傳輸）。多代理平臺一般采用對象/協(xié)調(diào)服務(wù)器/數(shù)據(jù)處理器結(jié)構(gòu)，由多個協(xié)調(diào)對象、一個協(xié)調(diào)服務(wù)器和一個數(shù)據(jù)處理器組成。數(shù)據(jù)處理器存儲每次協(xié)調(diào)的信息。協(xié)調(diào)服務(wù)器用于監(jiān)聽客戶機的請求、目標(biāo)的尋址定位、向目標(biāo)發(fā)送消息、建立與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的連接。目前有較多開源的多代理開發(fā)平臺，包括Agletssoftwaredevelopmentkit，Voyager，Zeus，JADE，Tracy，SPRINGS和SkeletonAgent等。其中，Zeus與JADE是以IEEE的FIPA作為標(biāo)準(zhǔn)的，對于虛擬電廠以及微電網(wǎng)層面的多代理控制來說，應(yīng)當(dāng)以這兩種為佳。MultiAgent系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)集中式分布式混合式集中式將系統(tǒng)分成多個組，每個組采取集中式管理，即每一組Agent提供一個具有全局知識的控制Agent，通過它來實現(xiàn)MultiAgent合作的局部控制，并由一個消息傳遞Agent來承擔(dān)消息傳遞任務(wù)。集中式能保持系統(tǒng)內(nèi)部信息一致性，系統(tǒng)的管理、控制和調(diào)度較為容易。缺點是：隨著各Agent復(fù)雜性和動態(tài)性的增加，控制的瓶頸問題也愈加突出，管理Agent的崩潰將導(dǎo)致區(qū)域或系統(tǒng)崩潰。分布式各

Agent組之間和組內(nèi)各Agent之間均為分布式結(jié)構(gòu)，各Agent組或Agent無主次之分，處于平等地位。Agent是否被激活以及激活后做什么動作取決于系統(tǒng)狀況、周圍環(huán)境、自身狀況。此結(jié)構(gòu)中可以存在多個中介服務(wù)機構(gòu)，為Agent成員尋求協(xié)作伙伴時提供服務(wù)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是：增加了靈活性、穩(wěn)定性，控制的瓶頸問題也能得到緩解，但仍有不足之處：因每個Agent組或Agent的運作受限于局部和不完整的信息（如局部目標(biāo)、局部規(guī)劃），很難實現(xiàn)全局一致的行為?；旌鲜揭话闶怯杉惺胶头植际絻深惤Y(jié)構(gòu)組成，它包含一個或多個管理服務(wù)機構(gòu)，這種機構(gòu)只對部分成員Agent并以某種方式進行統(tǒng)一管理，參與解決Agent之間的任務(wù)劃分和分配、共享資源的分配和管理、沖突的協(xié)調(diào)等。其它成員之間是平等的，它們的所有行為由自身做出決策。此種結(jié)構(gòu)平衡了集中式和分布式兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點和不足，適應(yīng)分布式MAS復(fù)雜、開放的特性，因此是目前MultiAgent系統(tǒng)普遍采用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。智能配電自動化系統(tǒng)多代理系統(tǒng)具體功能智能配電自動化系統(tǒng)(intelligentdistributedautonomouspowersystem，IDAPS)的多代理系統(tǒng)由控制代理、分布式發(fā)電代理、用戶代理和數(shù)據(jù)庫代理組成1）控制代理負責(zé)監(jiān)測系統(tǒng)電壓和頻率以及電網(wǎng)故障，當(dāng)上游發(fā)生停電時將所采集的信號送至主斷路器隔離分布式發(fā)電單元。2）分布式能源代理存儲相關(guān)分布式能源信息，包括分布式能源識別信息、種類(太陽能發(fā)電，微型燃氣輪機發(fā)電、燃料電池等)、功率以及分布式能源可用性等信息，并監(jiān)測其功率水平和連接/未連接狀態(tài)。3）用戶代理為用戶提供IDAPS系統(tǒng)的實時信息，監(jiān)測負荷用電量，控制預(yù)設(shè)定優(yōu)先級的負荷狀態(tài)。4）數(shù)據(jù)庫代理主要存儲系統(tǒng)信息以及以上3種代理之間的數(shù)據(jù)和信息，并為用戶提供數(shù)據(jù)接入口?；贛AS的VPP的控制框架各代理之間通過TCP/IP協(xié)議交換數(shù)據(jù)，并通知對方自身的服務(wù)器名稱和IP地址；各代理發(fā)送功能數(shù)據(jù)給相關(guān)服務(wù)商后，用戶代理、分布式發(fā)電代理與相聯(lián)控制代理注冊，并由控制代理響應(yīng)完成多代理系統(tǒng)的初始化。VPP的智能控制中心指示分布式發(fā)電單元在聯(lián)網(wǎng)運行和孤島運行2種模式之間切換時，這時蓄電池等儲能型的分布式發(fā)電自動切換至電壓/頻率控制，用于維持電壓和頻率穩(wěn)定，并通過代理將狀態(tài)反饋給智能電網(wǎng)控制中心?？刂浦行囊部梢栽诼?lián)網(wǎng)運行時將這類分布式發(fā)電設(shè)定在電壓/頻率控制模式下，起到對上級電網(wǎng)的支撐作用。對于非儲能類型的分布式發(fā)電采用定功率控制，用于輸出穩(wěn)定的期望功率，通過控制代理修改參考功率的定值就能實現(xiàn)對分布式發(fā)電單元能量的管理。VPP研究模型（利用IEEE9節(jié)點模型作為VPP的基本框架，分別加入了風(fēng)力發(fā)電機及VPP中廣泛使用的micro-CHPs等）仿真控制模式雖然風(fēng)況的變化是無法控制的，但只要在一定的風(fēng)速范圍內(nèi)，保證風(fēng)力機或者發(fā)電機轉(zhuǎn)速在某一個值時，控制風(fēng)力機始終跟蹤其最大功率點，就能使發(fā)電系統(tǒng)保持最大功率跟蹤模式，同時將多余的電能傳輸給蓄電池。但為了保持蓄電池的安全穩(wěn)定運行，在設(shè)計中必須保持蓄電池的電壓在一定的安全范圍內(nèi)，即蓄電池必須有電壓/電流極限的限制。因此，風(fēng)電Agent需要有三種狀態(tài)的運行模式,如圖4-3所示。1.最大功率跟蹤模式－保持風(fēng)力發(fā)電的效率最大化。2.電壓/電流限制模式－保證蓄電池和風(fēng)力發(fā)電以及電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。3.開斷模式－當(dāng)風(fēng)速低于一定值，或風(fēng)機出現(xiàn)故障或者啟停時，風(fēng)機Agent保持啟動狀態(tài)（即風(fēng)機屬于空轉(zhuǎn)）或斷開。風(fēng)力發(fā)電Agent的控制模式轉(zhuǎn)換原理虛擬發(fā)電廠在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用研究虛擬發(fā)電廠聯(lián)網(wǎng)運行虛擬發(fā)電廠在電力市場中的應(yīng)用發(fā)展虛擬發(fā)電廠所需的智能電網(wǎng)技術(shù)虛擬發(fā)電廠聯(lián)網(wǎng)運行基于MAS的VPP之間、VPP與上級電網(wǎng)的協(xié)調(diào)調(diào)度并網(wǎng)后VPP各Agent調(diào)整方案仿真結(jié)果及分析基于MAS的VPP之間、VPP與上級電網(wǎng)的協(xié)調(diào)調(diào)度在前一天的發(fā)電預(yù)測中，VPPAgent首先將本日發(fā)電情況匯總，并將第二日的發(fā)電預(yù)測報告給電網(wǎng)層Agent。電網(wǎng)層Agent主要負責(zé)能量的管理，當(dāng)它獲得所管轄的下層代理的所有信息以后，通過對市場及運行的經(jīng)濟安全性分析，通過多目標(biāo)優(yōu)化的思想對每個VPPAgent的出力進行調(diào)整。這些目標(biāo)主要包括一些經(jīng)濟性的指標(biāo)，如網(wǎng)損、發(fā)電成本等；還有電能質(zhì)量方面的指標(biāo)以及均衡負載等。當(dāng)最高級Agent根據(jù)每個VPP的發(fā)電預(yù)測進行微調(diào)以后，給VPP分配計劃出力定值，VPPAgent就可以通過對最底層Agent進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。而不再需要主網(wǎng)對將每個微型電源進行指令干預(yù)。VPPAgent在控制元件的同時還要與上層代理進行數(shù)據(jù)交換，主要內(nèi)容為該代理所在網(wǎng)絡(luò)的電壓、電流、有功功率、無功功率、最大功率裕度以及VPP的開斷狀態(tài)等?；贛AS的VPP之間、VPP與上級電網(wǎng)的協(xié)調(diào)調(diào)度當(dāng)并網(wǎng)后發(fā)生故障時，可由相應(yīng)的Agent迅速定位故障點的位置，這將極大地提升電網(wǎng)故障的排除速度。當(dāng)故障點在VPP內(nèi)部時，該管轄范圍的DERAgent迅速做出響應(yīng)，如將故障是否切除、切除以后帶來的功率變化等信息傳遞給VPPAgent，由VPPAgent通過綜合各代理的信息給出新的控制目標(biāo)。當(dāng)故障點在VPP外部時，通過局域的智能配電網(wǎng)Agent與各高級Agent相互通訊以確定故障的嚴重程度。如果超出自身調(diào)節(jié)能力，相應(yīng)的VPPAgent可以選擇與主網(wǎng)斷開，進入孤島運行，這樣可以同時保證主網(wǎng)和VPP的安全穩(wěn)定運行。多代理系統(tǒng)控制下的VPP聯(lián)網(wǎng)運行圖并網(wǎng)后VPP各Agent調(diào)整方案當(dāng)VPP與上級電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)時，各Agent的控制模式又會有相應(yīng)的改變。調(diào)整方案如下：1）風(fēng)電Agent由于沒有能量極限的限制將一直保持最大點功率跟蹤模式。2）蓄電池Agent停止放電運行；在發(fā)出電量高于計劃出力時，蓄電池Agent進行充電運行。3）VPPAgent將同時承擔(dān)與上級Agent、同級Agent、數(shù)據(jù)庫Agent之間的通訊協(xié)調(diào)工作，而不再僅僅承擔(dān)VPP內(nèi)部的調(diào)度工作。仿真結(jié)果圖仿真分析并網(wǎng)后MultiAgentSystem可以通過對VPP的靈活調(diào)度對上級電網(wǎng)進行有效支撐。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電過剩，為維持VPP出力，蓄電池可以進行充電運行；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電不足時，需要電能補充時，micro-CHPs

可以通過提高電能輸出達到對上級電網(wǎng)支撐的效果。與VPP內(nèi)部協(xié)調(diào)調(diào)度時不同，在本算例中，采取Micro-CHP作為風(fēng)電補足的備用電源，因此在大部分時間都處于低輸出運行模式。虛擬發(fā)電廠在電力市場中的應(yīng)用VPP在以下三個獨特的方面非常有作用：（1）電力市場：一個VPP可以自行通過簽訂合同或達成雙邊電力交換條件的方式和其他類型的電力負荷進行交易（2）內(nèi)部市場：VPP在電力系統(tǒng)中，不僅扮演市場經(jīng)營商的角色，更是扮演了服務(wù)營辦商的角色。VPP可以提供不同投標(biāo)情況、不同價格信號的市場方案，以滿足不同市場的需求。3）其他市場：一旦市場的參與者數(shù)量達到了一定的層面，VPP可能會與其他類型的廠商在電力市場中的理想結(jié)構(gòu)圖VPP在外部電力市場的運作模式虛擬發(fā)電廠進入電力市場有兩種方式：一種是VPP以一個整體進入地區(qū)代理電力市場，另一種選擇就是虛擬發(fā)電點也參與電力批發(fā)市場的運作。對于只負責(zé)為本地負荷提供電力的虛擬發(fā)電廠而言，第一種方案更加可取，因為第二種方案中，虛擬發(fā)電廠需要為整個電力市場負責(zé)，這樣可能導(dǎo)致VPP疲于應(yīng)付市場上的電力需求而忽視了本地的電力需求。從市場管理結(jié)構(gòu)的理論來看，第一種方案也比第二種更簡單。在應(yīng)用第二種方案時，控制者需要保證不產(chǎn)生不安全的電力分銷，這樣會使得控制系統(tǒng)更加復(fù)雜。基于MAS的VPP運行算法虛擬發(fā)電廠的運行算法主要分為以下四個部分：(1)DERAgent通過天氣預(yù)報和發(fā)電預(yù)測提交DER發(fā)電計劃表至數(shù)據(jù)庫Agent；(2)VPPAgent通過數(shù)據(jù)庫Agent所提交的信息，綜合天氣預(yù)測，最優(yōu)化算法和合同協(xié)議等信息，做出將VPP發(fā)電預(yù)報時間計劃表，提交給上級電網(wǎng)Agent；(3)上級電網(wǎng)Agent提交信息至IDAPS（智能配電自動化系統(tǒng)，簡稱IDAPS)中心，控制中心根據(jù)網(wǎng)絡(luò)條件啟動審核程序，根據(jù)電能質(zhì)量、潮流分配、電網(wǎng)容量等綜合因素計算，向VPPAgent提交發(fā)電量需求和市場價格反饋；(4)VPPAgent向DERAgent發(fā)出任務(wù)指令，執(zhí)行配電。多代理系統(tǒng)控制下的VPP運行算法VPP在內(nèi)部市場的運作模式1)一般招標(biāo)方案（GeneralBiddingScenario）2)價格時變方案(PriceSignalControlScenario)3）一般招標(biāo)方案VS價格時變方案一般招標(biāo)方案選擇一般招標(biāo)方式的分布式電源如果其投標(biāo)價格被接受，他們將按照電力市場的普通價格來出售其電能。因此，能否盈利取決于其發(fā)電的成本。VPP會對每日所需電量進行預(yù)測，在日常運行期間，VPP僅負責(zé)與不同的合作者聯(lián)系、交換資料，整合包夾，分布式電源的工作就是根據(jù)VPP前一天對于運行負荷的預(yù)測，優(yōu)化運行時間表。在本文中，VPP的控制框架是基于多代理系統(tǒng)，因此在這樣的框架下，一般招標(biāo)方案流程如下表所設(shè)計：價格時變方案價格時變方案有幾個關(guān)鍵變量需要妥善處理，以確保完美無暇的工作：（1）參與者的數(shù)量（2）拍賣回合時間的控制（3）需求量（4）起始價以及價格變化保證本地一定的電能儲備以及與周邊地區(qū)的電能資源有良好、緊密的合作關(guān)系可以提高整個系統(tǒng)的魯棒性。此外，開展一次短期緊急價格拍賣輪也是一種解決方式。一般招標(biāo)方案VS價格時變方案一般招標(biāo)方案是一個可以讓經(jīng)營者自己報價的傳統(tǒng)市場，這要求每個DER運營商有很好的決策能力，因為過高的價格會使其喪失銷售機會。因此，每位業(yè)主會以其系統(tǒng)的邊際價格競標(biāo)，以實現(xiàn)利潤最大化。然而，這種方案會使得有些運營商無法及時售出其多余的電能。在價格時變方案中，DER的運營商會對其可以接受的價格做出反饋。但是，由于運營商對于價格反饋的不確定性，拍賣也有可能會失敗。在這樣的情況下，需要研究各個分布式電源運營商對于不同價格的反饋，以提高系統(tǒng)的魯棒性。不過，在運行VPP的早期階段，這種運行方案可能更受分布式電源運營商的青睞，因為價格的決定權(quán)部分在他們手中。一般招標(biāo)方案VS價格時變方案從VPP運營商的角度來講，一般招標(biāo)方案是一個更可靠的競價方式。一個運營一般招標(biāo)方案的VPP，其經(jīng)紀費可以從每個運行參與者處收取，從而將風(fēng)險轉(zhuǎn)移至每個分布式電源個體上。相對的，價格時變方案中，VPP拍賣價格完全基于每個分布式電源的自身容量和對價格的評估。由于不清楚運營商對價格的反饋情況，交易的風(fēng)險將完全由VPP的運營商來承擔(dān)。VPP可以獨立運行兩種方案中的一種，也可以選擇基于他們的優(yōu)點和弊端，分時運行這兩種方案。運行一般投標(biāo)方案的運營商會結(jié)合一天或一小時前的電力系統(tǒng)運行情況以及實時的電力運行情況，這些情況都會由一個經(jīng)驗豐富的VPP提供，它也可以為系統(tǒng)進一步改進內(nèi)部市場提供經(jīng)驗。發(fā)展虛擬發(fā)電廠所需的智能電網(wǎng)技術(shù)數(shù)字化的量測體系先進的監(jiān)控軟件和輔助決策體系負荷預(yù)測與發(fā)電預(yù)測技術(shù)高級配電運行適應(yīng)新能源接入的輸變電系統(tǒng)無功電壓控制技術(shù)數(shù)字化的量測體系1）提供雙向計量，能支持具有分布式發(fā)電的用戶；2）提供斷電報警和供電恢復(fù)確認信息處理；3）提供電能質(zhì)量的監(jiān)視；4）可以進行遠程編程設(shè)定和軟件升級；5）支持遠程時間同步；6）能根據(jù)需求側(cè)響應(yīng)要求而限制負荷。先進的監(jiān)控軟件和輔助決策體系智能電網(wǎng)中，隨著符合側(cè)管理數(shù)字化儀表的應(yīng)用，分布式的監(jiān)控系統(tǒng)不僅能夠采集、分析本地的數(shù)據(jù)，并且篩選出需要與上級或其他分布式系統(tǒng)通信的數(shù)據(jù)，分布式監(jiān)控系統(tǒng)還能夠根據(jù)計算的結(jié)果決定采取必要的本地控制措施，在智能電網(wǎng)中，VPP可以引入多代理系統(tǒng)，將信息發(fā)布至相應(yīng)等級的代理來處理，而集中式的監(jiān)控層主要負責(zé)統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)各個代理之間的信息通訊和交流。在輔助決策層面，VPP需要強大的可視化界面和運行決策支持平臺。負荷預(yù)測與發(fā)電預(yù)測技術(shù)

（1）負荷預(yù)測系統(tǒng)：可以計算很短時問(1h)和短時間(至7天)的負荷預(yù)測。（2）可再生能源機組的發(fā)電預(yù)測：必須能夠根據(jù)天氣預(yù)報來預(yù)測風(fēng)力發(fā)電和光電發(fā)電。高級配電運行高級配電運行的技術(shù)組成包括：高級配電自動化、高級保護與控制、配電快速仿真與模擬、新型電力電子裝置、DER運行、AC／DC微電網(wǎng)運行以及運行管理系統(tǒng)等。ADO的主要功能是實現(xiàn)電網(wǎng)的自愈功能，它為電網(wǎng)提供了實時監(jiān)測和分析系統(tǒng)目前狀態(tài)的功能，幫助虛擬發(fā)電站做出快速響應(yīng)和預(yù)測。高級配電自動化（ADA）可幫助虛擬發(fā)電站實現(xiàn)自愈功能，適應(yīng)新能源接入的輸變電系統(tǒng)無功電壓控制技術(shù)對于大多數(shù)地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度而言，電網(wǎng)頻率控制一般不作為其主要職責(zé)，而電壓/無功控制(VQC)則作為其主要任務(wù)而倍受重視。電壓/無功控制（VQC）主要是采用有載調(diào)壓變壓器分接頭和并聯(lián)補償電容器組的投切來實現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓合格和無功平衡的目的。VQC的控制策略是決定其控制性能的關(guān)鍵因素。智能AVC是適應(yīng)新能源接入的電力系統(tǒng)無功電壓控制技術(shù)的最新研究方向，是建設(shè)智能電網(wǎng)的重要內(nèi)容之一。為了適應(yīng)系能源的接入以及無功電壓控制智能化的要求，建設(shè)智能化AVC系統(tǒng)（SmartAVC）成為了當(dāng)前的最新研究方向。智能AVC的主要特點

（1）建立自主分層的AVC系統(tǒng)。建立電廠側(cè)、輸電側(cè)、配電側(cè)和用戶側(cè)的分層控制體系。各層有自己的控制目標(biāo)，同時相互協(xié)調(diào)。鑒于這種分層結(jié)構(gòu)與多智能體系統(tǒng)（MAS）的體系結(jié)構(gòu)十分相似，應(yīng)研究如何將多智能體技術(shù)應(yīng)用在智能AVC的分層控制領(lǐng)域。建立符合未來電網(wǎng)發(fā)展需要的智能AVC分層控制模型。（2）對電網(wǎng)的精細分析。由于電網(wǎng)本身的結(jié)構(gòu)和運行方式在不斷的變化，所以該智能AVC系統(tǒng)應(yīng)該能夠自動感知電網(wǎng)發(fā)生的變化并做出相應(yīng)的調(diào)整。以便獲得當(dāng)前電網(wǎng)的實時數(shù)據(jù)并選擇最優(yōu)的算法進行對電網(wǎng)的運行進行精細分析。（3）智能控制。智能AVC應(yīng)該能夠綜合各種控制目標(biāo)，包括電壓安全、穩(wěn)定、電能質(zhì)量和電網(wǎng)經(jīng)濟型，選擇恰當(dāng)?shù)目刂撇呗詫崿F(xiàn)最優(yōu)控制。還應(yīng)該深入研究如何協(xié)調(diào)控制好各種靈活交流輸電裝置。智能AVC的主要特點（4）用戶互動。只有深入了解當(dāng)前電網(wǎng)的運行情況以及用戶的需求才能采用正確的控制策略對電網(wǎng)運行進行控制。故應(yīng)建立友好的用戶界面，實現(xiàn)用戶、電網(wǎng)、智能AVC三者之前的靈活互動和協(xié)調(diào)。（5）電壓自愈。充分利用串聯(lián)補償器(TCSC)、靜止無功功率補償器(SVC)和其它靈活輸電裝置的快速響應(yīng)特性，