多Agent智能微电网能量管理系统的通信管理研究与设计

方跃胜，姚宏亮

（1.安徽水利水电职业技术学院，安徽 合肥231603；2.合肥工业大学计算机与信息学院，安徽 合肥230009）

1 引 言

微电网为分布式发电的综合利用提供了一种有效的技术手段[1，2]。微电网系统是由分布式电源、储能单元、负荷以及监控、保护装置组成的集合，具有局部能量平衡、灵活的并网或孤网运行方式、可调度性能强等优点，并且能充分满足用户对电能质量、供电可靠性和安全性的要求，已经成为智能电网的一个重要组成部分。随着新能源的开发利用和智能电网技术的发展，智能微电网将是未来电网发展的主流方向。智能微电网是一种由负荷和微型电源共同组成的系统，可最大程度地利用可再生能源形成分布式供电，提高供电的可靠性，降低成本以及实现智能化，并有效推动主动式配电网的发展。智能微电网技术是一项综合学科技术的结合，涉及到电力电子技术、自动化控制技术、通讯技术、计算机技术及光伏、风力发电、新能源技术等领域[3]。智能微电网在灵活性、多样性、可控性、可塑性和独立性等方面都显现出独到的优势[4]。智能微电网系统分为电源系统、储能系统、多种可再生能源组网系统、能量管理系统（energy management system，EMS）、继电保护系统、通讯系统6大部分，而EMS是整个微电网的核心部分，智能微电网安全经济的运行方式与高质量的供电服务，离不开完善的EMS[5]。目前，国外的相关科研组织对此已取得一定的研究成果，如欧洲和日本，中国对智能微电网系统级EMS的研究还处于理论起步阶段[6－9]。

2 系统总体设计

2.1 系统目标设计

作为可再生能源利用最主要的课题之一，智能微电网迎来了加速发展的新阶段，并将对分布式电源与可再生能源的大规模接入产生重要的影响，尤其是分布式高渗透随机能源 （其中的高渗透指随机能源在电网中所占的电能比重高），其接入后会影响到电网的平稳性。为此，设计开发基于多Agent的智能微电网EMS[10]。系统目标和任务是利用多Agent系统实施对能量变化的实时监控和预警，通过其通信管理模块Agent服务器端和客户端的协作调度与控制可维持电平的平稳，实现能源充分、可靠地利用。

2.2 系统架构设计

基于多Agent的智能微电网EMS的系统架构可分为拓扑结构与逻辑结构，如图1、图2所示。

图1 系统拓扑结构示意图

图2 系统逻辑结构示意图

2.3 系统功能与流程设计

基于多Agent的智能微网EMS的总体功能模块设计分为实时监控、微网编辑、Agent管理、通信管理 （协作调度与控制）、数据管理、FastDB和远程访问模块等。智能微网EMS实际运行或仿真运行时的流程示意图如图3所示。

图3 系统流程示意图

3 通信管理模块设计

3.1 通信方式和通信结构

在平台上实现客户端和服务端通信，由于在C＋＋Builder上主要使用TServerSocket和TClient－Socket控件进行通信，即在服务端上使用一个TServerSocket和客户端上使用一个TClientSocket。同时由于客户端与客户端之间也要通信，为了连接和通信的可靠性，同样在客户端上再放置一个TServer－Socket1和TClientSocket2来满足客户端和客户端之间的通信。

目前在客户端和服务端的通信类型中，主要有使用TProtocol类封装了Agent通讯中需要的协议，现阶段用结构体的方法规定了 “Agent登录、仿真开始、仿真电流、电压数据传递、日调度计划、AGC调度计划、故障信息、变更信息”这些信息的格式。在服务端和客户端的通信中采用TCP 3次握手协议的可靠传输。

3.2 通信策略和数据格式

ResolveDiaoduMessage（AnsiString recv，TCustomWinSocket＊Socket1）；

通信格式分为发送帧、应答帧、数据帧。

发送帧组成：命令字、地址数、地址。命令字为期望的动作行为，如采集命令、测量命令；地址数为期望同时操作的目标数目；地址为操作的目标的地址。

应答帧组成：a）测量应答帧：命令字、地址数、地址状态；

b）采集应答帧：命令字、地址数、数据；

c）其它命令应答帧：命令字、地址数。

数据帧组成：具体的数据。

3.3 协作调度与控制

3.3.1 通信协议的设置

通信协议建立在TCP／IP协议之上，采用应答式。对于任意命令设置定时器，超时认为是通信故障。服务端和客户端通信协议的格式如表1所示。

服务端通信协议的格式如表1所示。

表1 服务端通信协议的格式

客户端通信协议的制定如表2所示。

表2 客户端通信协议的格式

3.3.2 协作调度与控制

下面演示一个合同网调度计划：客户端Agent发送一个请求用电变更消息给服务端，然后服务端发送给各个其它可以参与调度的Agent，这些其它的Agent信息 （如电价信息和发电量信息发送给请求的Agent，不通过服务端）最终经过衡量请求的Agent决定接收其中一个或多个其它Agent的请求。最后，当用电和发电之间的合同形成后，提交给中央平台。中央平台允许后，各个设备在原有计划上，为新产生的合同进行准备。为了演示效果，在服务端的平台加入Memo1，方便显示内容和请求效果，如图4和图5所示。

图4 客户端登陆界面

图5 登陆过后服务端界面

现在客户端Load－01预计在未来10h内用电量要增加，需要请求额外补充电量，并将电价发过去（图6），所以要将未来变更信息发送给服务端，服务端同意后，再将其发送给其它发电Agent（图7）和Load－01（反馈给Load－01，知道其变更信息发送成功，先于发送给其它的发电Agent，图8），其它Agent根据自身的发电和电价情况来判断是否与Load－01进行交易，如果进行交易则形成合同，发送给主控平台，平台允许后，为新产生的合同进行准备。当然在发送变更信息的同时，要发送时间、Load－01的IP地址，以及它作为服务器的端口号，只有这样，其它的客户端才可以方便地发送信息给Load－01。这里的服务端同样也要作为一个NTP服务器，防止客户端和客户端、客户端和服务端之间的时间差异过大造成的不准备。

对于服务端传播给其它的发电Agent，由于客户端较多，只给出3个发电Agent作出的相应的协作，分别是PV－01、WT－01和BB－01 （图9、图10）。

图6 Load－01发送变更信息

图7 服务端收到变更信息并下发给各个发电Agent

图8 Load－01接收到来自服务端的反馈信息

图9 PV－01收到的信息，并接受请求发送Load－01

图10 WT－01收到的信息，并接受请求发送Load－01；BB－01收到的信息，并接受请求发送Load－01

通过Load－01接受的请求信息，接受PV－01和 WT－01的请求，满足了自己的变更信息，拒绝BB－01（图11），再将确认信息和拒绝信息反馈到PV－01，WT－01和BB－01（图12），在将确认准备发电的 WT－01和PV－01反馈到Load－01中去，形成最终的合同发送给服务端 （图13），服务端同意后 （不和其它合同冲突）（图14），则在预定的时间执行 （图15）。

最终执行合同的时候，省略了PV－01和WT－01的截图，给出了Load－01的截图。

图11 Load－01接收WT－01和PV－01的请求，拒绝BB－01

图12 BB－01，PV－01，WT－01收到的反馈信息——确认信息和拒绝信息，然后准备

图13 收到发电反馈并形成最终合同发送给服务端

图14 服务端接收到的合同信息并发送允许或拒绝信息

图15 合同开始执行Load－01接收到的信息

微电网调度与控制分为实时安全稳定控制、故障自愈控制与能量优化调度3大功能模块。实时安全稳定控制与故障自愈控制目标维持微电网的安全稳定运行，为秒级实时分析决策模块，通过实时数据库快速从SCADA获取全网实时运行数据，并通过SCADA模块下发决策控制指令；能量优化调度模块目标维持微电网经济运行，除了通过实时数据库获取全网当前运行数据外，还需要对通过历史数据库获取的微电网历史运行数据、用户互动信息和气象等数据进行预测、分析，完成多时间尺度的最优发电计划的制定，并通过数据库、网络通信或SCADA系统下发调度计划。

4 结 论

作为大电网的有益补充与分布式发电系统的有效利用形式，智能微电网已成为电力领域的一个新热点[11]。研制开发高效、经济、安全、可靠运行的微电网EMS成为目前微电网技术研究中的一个重要方面。本文继承EMS现有成果，借鉴分层分布控制的思想，主要介绍基于多Agent智能微电网EMS的通信管理模块——调度平台Agent服务器和客户端系统的设计与实现方法。文中设计了智能微电网EMS的物理控制架构，提出了一种较为完善的软件功能体系结构，重点介绍了区别于传统EMS的微电网通信管理模块的调度与控制功能所涵盖的内容，为微电网能量管理原型系统的开发奠定了基础。该系统可实施对能量变化的实时监控和预警，通过其通信管理模块Agent服务器端和客户端的协作调度与控制可维持电平的平稳，实现能源充分、可靠地利用，对于 “大运行”体系下各单位实现智能微电网通信管理系统具有一定的借鉴作用和重要的现实意义。

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