Полный текст

Введение. Внедрение регулируемых устройств компенсации реактивной мощности (КУ) в распределительных электрических сетях железных дорог открывает новые возможности для повышения эффективности их работы за счет методов группового управления напряжением на основе агентного подхода. Значительная часть публикаций по мультиагентному управлению режимами электрической сети, в том числе с элементами распределенной генерации, накопителями энергии, посвящена разработке концепций и подсистем такого управления, в которых результаты моделирования представлены по отдельным компонентам [1-4]. Моделирование рассматриваемых мультиагентных систем управления на классических моделях системной динамики представляет трудности из-за сложного взаимодействия агентов ввиду их индивидуальных целей полезности, наличия логических операций и событийного характера процессов. При расчетах параметров режимов распределительных сетей часто предполагается [4-9], что электрическая сеть статична, все значения данных являются известными константами, а фактическое изменении нагрузки во времени рассматривается с учетом несколько различных дискретных случаев. Реализация подхода на основе сочетания традиционных методов системной динамики и агентного метода моделирования позволит решить эти проблемы. 1. Основное содержание статьи. Для создания агентных моделей разработаны специализированные программные продукты, например, NetLogo, StarLogo, Repast Simphony, Eclipse AMP, JADE, Jason и другие [12-15], многие из которых основаны на спецификации FIPA [16]. Однако указанные агентные платформы требуют специальных навыков программирования, поэтому их широкое использование исследователями в широких областях знаний ограничено. Одним из удобных инструментов для научных исследований по моделированию агентных систем является программный продукт AnyLogic, который пока не имеет готовых библиотек по электроэнергетике. Модель мультиагентного управления напряжением в распределительной электрической сети железных дорог в Anylogic может быть представлена в виде известного описания установившихся режимов и характеристик локальных агентов, и агентов-координаторов в виде диаграмм состояний, онтологии, алгоритмов взаимодействия и координации [17-20]. В качестве локальных агентов в рассматриваемой задаче выступают контроллеры активных элементов - устройств компенсации реактивной мощности, агентов-координаторов - управляющие по напряжению контроллеры участка электрической сети. Локальные контроллеры имеют свои правила поведения, и их совместная работа создает сложность модели, эмерджентные свойства которой определяют поведение системы управления напряжением в электрической сети в целом. Для наилучшего поведения указанной мультиагентной системы управления должны быть задействованы локальные агенты, которые имеют максимальную эффективность для выполнения конкретной задачи, обладая правилом самоорганизации при внешних и внутренних воздействиях [18]: , где qv - оценка эффективности выполнения агентом действия; n - число агентов, среди множества действий которых имеются все действия, обеспечивающие достижение целевой задачи. Координация локальных агентов осуществляется на основе принципа «аукцион», который заключается в выборе лучших предложений для целей управления среди локальных агентов. Аукцион проводится итерационно, пока все задачи не будут распределены между локальными агентами наилучшим образом (рис. 1). Основные действия агентов: формирование агентами ценового массива (kQ), выбор наиболее эффективных агентов, оповещение агентов о выполнении задачи, исключение задачи из ценовых массивов агентов. Рис. 1. Координация агентов Выбор агентов осуществляется на основе ранжирования их оценок эффективности (в данном случае соотношений «стоимости» выполнения задачи к чувствительности шин электрической сети по напряжению к инъекции реактивной мощности КУ - kQ/bjk). Чувствительность шин электрической сети по напряжению к инъекции реактивной мощности КУ локального агента bjk определяется на основе соответствующих элементов матрицы Якоби [16]. Величина инъекций КУ локальных агентов определяется в результате решения задачи с учетом известных ограничений параметров режима: где - коэффициенты по активной и реактивной мощности; Для рассматриваемого случая kP = 0; bjk = 0. Моделирование мультиагентного управления напряжением в распределительных электрических сетях состоит в интеграции расчетов параметров режима и имитации работы локальных агентов, агентов-координаторов. Для описания онтологии используются диаграммы состояний и заданные ограничения параметров режима, на основе которых описываются все знания, которые необходимы агенту как для индивидуальной работы, так и для взаимодействия с другими агентами [18, 19]. Примерный перечень команд протокола коммуникации в мультиагентной системе управления напряжением: - информирование агентов о готовности и об окончании переговоров; - запрос величины «стоимости» регулирования напряжения; - ответ с величиной «стоимости» выполнения агентом задачи; - предварительное согласие на работу; - отказ на работу; - уведомление о согласии всех агентов на работу; - уведомление об отказе некоторых агентов; - подтверждение согласия и переход к работе; - отклонение предварительного согласия и возврат к исходной работе. Алгоритм управления напряжением за счет координированной выработки активной и реактивной мощности в электрической сети представлен на рис. 2. Рассматривается реализация моделирования мультиагентного управления напряжением в распределительных электрических сетях железных дорог в программном продукте AnyLogic на примере фрагмента электрической сети 10 кВ (рис. 3). Расчет установившихся режимов по заданной топологии, параметрам схемы замещения электрической сети выполнялся на каждом шаге по времени. При моделировании были приняты двадцать четыре шага, которые могут быть увеличены до уровня детализации временного графика в несколько минут или секунд. Для описания поведения рассматриваемых агентов в AnyLogic на основе представленного алгоритма и принципов их координации разработаны диаграммы состояний локального агента КУ и агента-координатора, представленные на рис. 4. Начало Измерения Ui, Iik в контролируемой зоне DUj = Uj - Uном ³ e Нет Отправка локальным агентом k агенту-координатору DUk Да, на шине k Отправка агентомкоординатором DUk всем локальным агентам Определение локальными агентами ajk, bjk Конец Отправка локальными агентамиинформации агенту-координатору ajk, bjk, kp, kQ, Определение DPj, DQj Отправка выбранным агентамуправляющих воздействий DPj, DQj Ранжирование агентомкоординатором k/ajk, kQ/bjk и координация локальных агентов Рис. 2. Алгоритм управления напряжением Рис. 3. Фрагмент электрической сети а б Рис. 4. Диаграмма состояний локального агента КУ (а) и агента-координатора (б) Локальные агенты каждого КУ имеют три состояния: измерение (Metering), ожидание работы (Waiting), работа (Control). Агент-координатор осуществляет координацию работы локальных агентов по представленному на рис. 2 алгоритму с учетом продукционных правил и ограничений по напряжению, предельной мощности КУ. Переход из одного состояния агентов в другое осуществляется при получении сообщений, по времени или в результате событий внутри агента. На рис. 5 и 6 представлены результаты моделирования мультиагентного управления напряжением на шинах 1 и 2 в тестовой электрической сети на основе представленных подходов в программе AnyLogic. Результаты моделирования свидетельствуют о работоспособности моделирования мультиагентного управления напряжением в электрической сети. По условиям моделирования допустимое отклонение на шинах задано в пределах ± 6 %, предел реактивной мощности КУ 400 квар. Устройство КУ на шине 2 тестовой электрической сети включается в работу только при невозможности КУ на шине 1 обеспечить стабилизацию уровня напряжений в заданных пределах, что основывается на представленных выше принципах координации локальных агентов и решении оптимизационной задачи. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 t, ч 11,000 10,500 10,000 9,500 9,000 8,500 8,000 U, кВ а 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 t, ч 11,000 10,500 10,000 9,500 9,000 8,500 8,000 U, кВ б Рис. 5. Результаты моделирования напряжения на шине 2 (а), на шине 1 (б) электрической сети: 1 - без стабилизации напряжения; without voltage stabilization; 2 - с управлением напряжением с помощью КУ; with voltage control using SVC 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 t, ч 500 400 300 200 100 0 Q, квар Рис. 6. Реактивная мощность, вырабатываемая КУ для стабилизации напряжений: 1 - на шине 1; 2 - на шине 2 Выводы. Результаты исследований показали практическую реализуемость моделирования управления напряжением в распределительных электрических сетях на основе представленного подхода. Интеграция в одном программном продукте компонентов системной динамики и поведения агентов позволяет целостно моделировать поведение системы мультиагентного управления напряжением в распределительных электрических сетях железных дорог. Результаты исследований могут быть заложены в основу автоматической системы управления распределением и потреблением электроэнергии в интеллектуальных распределительных электрических сетях на основе цифровых подстанций, структура и конфигурация которых выполнена по стандарту МЭК 61850. Агенты-координаторы аппаратно-программно могут быть реализованы на уровне присоединений в виде интеллектуальных электронных устройств, которые подключаются через Ethernet к станционной шине и шине процессов с возможностью передачи сообщений исполнительным устройствам по протоколу МЭК 61850-8-1 (GOOSE) с синхронизацией времени. Значительный научный интерес представляют также вопросы моделирования мультиагентного управления напряжением в электрических сетях при отказе и ограничениях в работе одного или нескольких КУ, заданных ограничениях параметров режима, наличии распределенной генерации с активными потребителями, энергороутерами, что является предметом дальнейших исследований авторов

Об авторах

Н. Н Малышева

Нижневартовский государственный университет

Е. А Третьяков

Омский государственный университет путей сообщения

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 55

PDF (Russian) - 37

Ссылки

• Ссылки не определены.