一种基于能源互联电力系统的分布式协调混杂控制方法与流程

本发明属于能源互联网控制领域，尤其是一种基于能源互联电力系统的分布式协调混杂控制方法。

背景技术：
能源互联网是能源和互联网深度融合的新型能源系统，开放是其最核心的理念，互联网思维和技术的深度融入是其关键特征。能源互联网的基本架构由“能源系统的类互联网化”和“互联网+”两层组成。从电力工业的角度出发，则期望利用互联网技术构建一个数字信息化多能源网络系统，将能源资源开发、输送、存储、发电、输电、配电、供电、售电、服务以及储能与能源终端用户的各种电气设备和其它用能设施结合在一起，通过智能化管理技术实现精确供能、对应供能、互助供能和互补供能，将能源利用效率和可再生能源发电的接纳能力提高到全新水平，将污染和温室气体排放降低到可接受程度，将用户成本和供电效益调整到最佳状态，进而到达“主动接纳可再生能源发电、优化配置多能源发电、智能管理负荷需求侧用电”的目的，这也正是能源互联网下智能电网的诉求和愿景。能源互联网下智能电网的控制技术有两大特点：1、为了解决可再生能源资源与负荷集中区“逆向分布”问题，智能电网应该是集中式与分布式相结合(分布式协调)、远距离大电网输送与区域微网就地消纳相结合(大电网与微电网互联)的形式，进而保证系统能够最大限度的接纳可再生能源发电；2、智能电网应该是横向多能源时空互补，纵向源-网-荷-储协调互动，进而提升可再生能源的接纳能力和需求侧智能参与调节的能力。目前针对大电网与微电网互联供电的能源网络的研究多数采用上层优化能量管理、下层就地控制的分布式协调控制方式，即上层利用优化的能量管理策略来实现各分布式发电单元的最佳功率调度，下层利用就地控制来执行单元系统的动态调节，该方案是集中式和分布式相结合最行之有效的方法之一。然而，源-网-荷-储互联的能源网络不仅具有复杂多样的连续动态行为，更加突显相互交织的多模态逻辑切换行为，如大电网故障和故障恢复、可再生能源发电单元的运行模态受制于自然条件的随机启停、以及电动汽车新兴负荷“即插即用”的用电模式等会常常触发相关的储能装置充电、放电和停止运行模式的转换，甚至会导致需求侧的甩负荷等切换行为。因此，从能源互联网络的混杂动态行为出发，为了确保其最大限度地利用可再生能源为多变负荷提供持续可靠的电力供应，在能量优化调度的前提下，能源网络的运行控制既需要按照优化逻辑关系对其运行模态进行协调切换，也需要在切换行为下其对动态行为进行分布式调节，进而实现多能源时空互补、源-网-荷-储协调互动的控制目的，这就是能源网络的混杂系统控制理念。

技术实现要素：
本发明所解决的技术问题在于提供一种基于能源互联电力系统的分布式协调混杂控制方法，基于分布式协调混杂控制网络，构建多智能体分布式协调控制网络，决策和执行不同控制目标和不同领域的混杂控制，使能源网络智能地实现分布式可再生能源、主网和微电网、负荷需求侧、分布式储能装置的运行模式的柔性重组和协调切换，同时实现不同运行模式下的分布式动态调节，确保供电的安全性和稳定性。实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于能源互联电力系统的分布式协调混杂控制方法，包括以下步骤：步骤1：构建能源互联电力系统的分布式协调混杂控制网络，包括依次相连的一级双向能源流动变流器智能体、二级协调控制智能体和若干三级单元智能体，所述一级双向能源流动变流器智能体用于决策和执行主网与微电网之间联网和独岛的供电模式切换以及决策和执行分布式就地动态控制，二级协调控制智能体用于决策分布式可再生能源、主网和微电网、负荷需求侧、分布式储能装置之间运行模式的协调切换控制，三级单元智能体用于执行分布式可再生能源、主网和微电网、负荷需求侧、分布式储能装置之间运行模式的协调切换控制、决策和执行分布式可再生能源、负荷需求侧、分布式储能装置的内部运行模式的分布式切换控制以及决策和执行分布式就地动态控制；步骤2：构建混合能源发电系统的微分混杂离散并行系统DHPN模型，所述DHPN模型由PD、TD、PDF、TDF、Pre、Pos、τ、MD0、AN九个元素集合组成；步骤3：一级双向能源流动变流器智能体决策和执行主网和微电网互联供电模式切换控制，触发DHPN模型中的PD、TD、PDF、TDF随τ产生相对应的变迁；具体为：当能源网络正常运行时，一级双向能源流动变流器智能体运行在电压控制模式；当一级双向能源流动变流器智能体判断出主网与微电网之间双向传输功率达到变流器的上限值，且能源网络直流母线电压变化超出安全范围时，一级双向能源流动变流器智能体运行在限流控制模式，当一级双向能源流动变流器智能体判断出主网与微电网之间双向传输功率退出限幅状态时，一级双向能源流动变流器智能体切换回电压控制模式；当一级双向能源流动变流器智能体根据故障检测信息判断主网发生故障时，一级双向能源流动变流器智能体切换到停止运行模式，当故障清除时，一级双向能源流动变流器智能体切换回电压控制模式步骤4：二级协调控制智能体决策分布式可再生能源、主网和微电网、负荷需求侧、分布式储能装置之间运行模式的协调切换控制，通过交互行为发送到三级单元智能体执行，触发DHPN模型中的PD、TD、PDF、TDF随τ产生相对应的变迁；具体为：当一级双向能源流动变流器智能体运行在电压控制模式时，二级协调控制智能体指令储能装置单元运行在功率控制模式、指令可再生能源发电单元运行在最大功率点跟踪MPPT模式，并通过交互行为发送到三级单元智能体执行；当一级双向能源流动变流器智能体运行在限流控制模式时，二级协调控制智能体指令储能装置单元运行在电压控制模式、指令可再生能源发电单元运行在MPPT模式，并通过交互行为发送到三级单元智能体执行；当一级双向能源流动变流器智能体切换到停止运行模式时，二级协调控制智能体指令储能装置单元运行在电压控制模式、指令可再生能源发电单元运行在功率控制模式或MPPT模式，并通过交互行为发送到三级单元智能体执行；当储能装置单元的电荷存储达到上限或下限值时，二级协调控制智能体指令储能装置单元停止运行、指令可再生能源发电单元运行在电压控制模式，并由三级单元智能体执行；当能源网络母线电压下降至超出安全范围时，二级协调控制智能体根据母线电压下降幅度指令分级甩负荷，并由三级单元智能体执行；步骤5：三级单元智能体决策和执行分布式可再生能源、负荷需求侧、分布式储能装置的内部运行模式的分布式切换控制，触发DHPN模型中的PD、TD、PDF、TDF随τ产生相对应的变迁；具体为：步骤5-1：根据分布式可再生能源、负荷需求侧、分布式储能装置的运行模式约束条件，构建约束违反函数；步骤5-2：对应每个约束违反函数，由各三级单元智能体按照分布式可再生能源、负荷需求侧、分布式储能装置的内部运行模式的逻辑关系决策并执行模式切换控制；步骤6：一级双向能源流动变流器智能体和三级单元智能体决策分布式就地动态控制策略和执行相应的分布式就地动态控制，触发DHPN模型中的PD、TD、PDF、TDF随τ产生相对应的变迁，具体为：针对分布式可再生能源、主网和微电网、负荷需求侧、分布式储能装置的不同运行模式以及在各运行模式下的动态行为特性，构建就地动态控制策略，由一级双向能源流动变流器智能体和三级单元智能体执行相应的控制策略。作为本发明基于能源互联电力系统的分布式协调混杂控制方法的进一步优选方案，可再生能源发电单元包括风力发电单元和光伏发电单元。作为本发明基于能源互联电力系统的分布式协调混杂控制方法的进一步优选方案，交互行为具体为：同等级智能体之间为非主从交互行为，单元制智能体与上层协调控制智能体之间为主从交互行为。本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、本发明的方法根据不同的事件信息构建触发函数和约束违反函数触发下的混杂控制，使能源网络能按照优化逻辑关系执行控制模式的动态切换和分布式就地动态调节；2、本发明以先进的数据监控系统和无缝的通讯系统为技术支撑，根据不同的控制目标和管控范围，实现分布式协调控制；3、本发明的方法能够在最大限度利用可再生能源的前提下，优化配置多能源发电，确保供电的安全可靠性。附图说明图1是本发明的主网与微电网互联供电的能源网络；图2是本发明的分布式协调混杂控制架构的结构图；图3是本发明的基于微分混杂离散并行系统模型在事件触发下的分布式协调混杂控制模型；图4是本发明的各运行模式下分布式就地动态控制策略示意图。具体实施方式下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。针对如图1所示的主网与微电网互联供电的能源网络，构建如图2所示的分布式协调混杂控制架构，并提出一种基于能源互联电力系统的分布式协调混杂控制方法，包括以下步骤：步骤1：构建能源互联电力系统的分布式协调混杂控制网络，包括依次相连的一级双向能源流动变流器智能体、二级协调控制智能体和若干三级单元智能体，所述一级双向能源流动变流器智能体用于决策和执行主网与微电网之间联网和独岛的供电模式切换以及决策和执行分布式就地动态控制，二级协调控制智能体用于决策分布式可再生能源、主网和微电网、负荷需求侧、分布式储能装置之间运行模式的协调切换控制，三级单元智能体用于执行分布式可再生能源、主网和微电网、负荷需求侧、分布式储能装置之间运行模式的协调切换控制、决策和执行分布式可再生能源、负荷需求侧、分布式储能装置的内部运行模式的分布式切换控制以及决策和执行分布式就地动态控制。一级双向能源流动变流器智能体和二级协调控制智能体通过过滤和筛选来自信息网络的标准化知识信息，智能地决策切换控制。三级单元智能体是具有反应层和审议层的混合型智能体，反应层能对运行环境的变化快速做出反应，保证能源网络对环境变化的自适应性；审议层能够将分布式可再生能源、主网和微电网、负荷需求侧、分布式储能装置的状态处理为知识信息，并以此来智能地决策和执行分布式可再生能源、主网和微电网、负荷需求侧、分布式储能装置内部模态的切换控制和就地动态控制。该分布式协调混杂控制网络，纵向智能体之间为主从交互方式，即上层向下层智能体发送的切换控制请求具有最高优先权，横向单元智能体之间为非主从交互方式，即横向单元智能体具有平等的交互权利。步骤2：在能源互联电力系统的分布式协调混杂控制网络的基础上，构建混合能源发电系统的微分混杂离散并行系统DHPN模型。在能源网络里，分布式可再生能源、负荷需求侧、分布式储能装置需要根据主网与微电网的互联供电模式，按照一定的顺序和间隔时间进行运行模式的协调切换，而它们也受风、光等自然条件、电荷存储条件以及负荷需求侧管理等约束而随机切换，这些切换又会引起其他单元的连锁切换，由此可见，能源网络中分布式可再生能源、主网和微电网、负荷需求侧、分布式储能装置之间运行模式的逻辑关系十分复杂。因此，本方法采用微分混杂Petri-net(DHPN)对能源网络进行建模，该模型不仅能够描述分布式可再生能源、主网和微电网、负荷需求侧、分布式储能装置之间运行模式的逻辑切换关系，也能够描述不同运行模式下的单元系统动态行为，只有基于该DHPN模型，通过设计混杂控制策略，才能建立起分布式可再生能源、主网和微电网、负荷需求侧、分布式储能装置之间运行模式优化的逻辑切换关系，并按照一定顺序和时间智能地执行切换，同时也能够实现切换行为下的分布式动态调节。所述DHPN模型由PD、TD、PDF、TDF、Pre、Pos、τ、MD0、AN九个元素组成，具体为：PD∈{PG1,...,PG3,PB1,...,PB4,PW1,...,PW5,PP1,...,PP3,PL1,...,PL(n+1)}为能源互联电力系统离散库所，包含能源互联电力系统中分布式可再生能源、主网和微电网、负荷需求侧、分布式储能装置的运行模式；TD∈{TG1,...,TG4,TB1,...,TB6,TW1,...,TW9,TP1,...,TP5,TL1,...,TLn,TLr1,...,TLrn}为能源互联电力系统离散变迁，包含能源互联电力系统中分布式可再生能源、主网和微电网、负荷需求侧、分布式储能装置的运行模式切换行为；PDF∈{PGf,PBf,PPf,PWf,PLf}为能源互联电力系统微分库所，包含能源互联电力系统中分布式可再生能源、主网和微电网、负荷需求侧、分布式储能装置的连续状态；TDF∈{TG1f,TG2f,TB1f,TB2f,TW1f,...,TW4f,TP1f,TP2f,TL1f,...,TL3f}为能源互联电力系统微分变迁，包...