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基于多智能体一致性的综合能源系统能量管理研究

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基于多智能体一致性的综合能源系统能量管理研究

作者：范如意东北大学

学位级别：硕士

能源互联网打破原有各个供能系统单独规划、独立运行的既有模式,进行综合能源系统的立体规划设计和运行优化,是解决能源需求增长与能源紧缺、能源利用与环境保护之间矛盾的必然选择。本文面向能源互联网,贯彻促进高比例可再生能源消纳... 详细信息

能源互联网打破原有各个供能系统单独规划、独立运行的既有模式,进行综合能源系统的立体规划设计和运行优化,是解决能源需求增长与能源紧缺、能源利用与环境保护之间矛盾的必然选择。本文面向能源互联网,贯彻促进高比例可再生能源消纳这一理念,对综合能源系统进行建模并设计能量管理的优化策略。全文充分计及分布式可再生能源,主要考虑电、气、热三大主要能源系统,实现能源互联网多能源间的分布式耦合优化,最小化系统运行成本。本文提出了一种基于全分布式的双一致性迭代算法,并加入了事件触发通信策略,用以解决日前能量管理问题,有效地减少了通讯成本,使之对系统优化更具实际意义。具体研究内容如下:(1)分析了综合能源系统的整体架构,分别对源-网-荷-储立体架构建立了输出模型和运维成本模型,并确立了分布式发电设备、能源转换设备及能源存储设备以及电-气-热三大传输网络的物理约束。便于将模型嵌入算法进行仿真分析。(2)针对分布式热电联产系统,引入自能源的优化框架,建立带约束的凸优化能量管理模型,提出了一种全分布式的双一致性迭代算法,将供需不匹配程度作为其反馈项。不仅在理论上分析证明了所提算法的最优性及收敛性,还通过仿真算例,与集中式算法对比,证明了所提算法的有效性。并在时变负载和即插即用情况下,进行了仿真分析,进一步证明了算法的实用性和可拓展性。(3)基于事件触发的通信方法,面向多个区域的综合能源系统,设计了日前的凸优化能源管理策略,有效减少了区域之间的通信成本,更符合实际工程需求。算例展示了日前24小时的各个区域内产能设备与可控负载的优化调度情况,验证了所提能量管理策略的有效性。(4)考虑了发电机组的阀点效应,结合多智能体系统与粒子群算法,每个粒子相当于一个智能体,仅通过智能体与其邻居进行竞争与合作,解决非凸优化的能源管理问题。此外,引入负荷满意度,作为刻画负荷需求响应的评价指标,兼顾系统能源供应侧的能源结构以及能源消费侧的能量利用程度,以新视角评估综合能源系统。

关键词：综合能源系统分布式优化多智能体一致性能量管理策略事件触发策略

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基于多智能体一致性的微电网功率协调控制

基于多智能体一致性的微电网功率协调控制

作者：童泽军安徽工程大学

学位级别：硕士

微电网已成为新型电力系统中的重要组成部分,可实现高渗透的新能源分布式电源(Distributed Generation,DG)接入电网输送电能。但随着光伏发电等DG数量的与日俱增,以及大量大功率负荷接入等都会对微电网的运行稳定性及经济收益性产生影... 详细信息

微电网已成为新型电力系统中的重要组成部分,可实现高渗透的新能源分布式电源(Distributed Generation,DG)接入电网输送电能。但随着光伏发电等DG数量的与日俱增,以及大量大功率负荷接入等都会对微电网的运行稳定性及经济收益性产生影响。为实现微电网源侧、荷侧功率的动态平衡、经济优化、合理分配、频率和电压优化等目标,需从并网微电网源侧、荷侧出发设计功率协调控制策略,研究分布式分层控制架构和分布式控制算法,从而优化源侧DG间及电网的有功出力,经济分配荷侧参与需求响应电动汽车(Electric Vehicles,EVs)负荷的充电功率,实现源侧DG间输出功率和荷侧EVs集群间响应功率的功率协调、经济分配及供需平衡等目标。因此,研究并提出具有实际工程应用价值的微电网源侧、荷侧功率协调控制技术势在必行。为此,本文:1)介绍了微电网的控制策略、主要控制方法及DG逆变器控制方法,分析了各控制策略和控制方法的原理和特点,阐述了研究并网微电网源侧、荷侧功率协调控制方法的重要性。同时研究了关于多智能体系统(Multi-Agent System,MAS)的一致性问题及其原理,以及不同一致性协议的特点。2)阐述了并网微电网系统的结构、工作机理、源侧DG参与功率协调控制和荷侧EVs参与响应功率协调控制的原理。利用智能体的属性特点并基于源侧和荷侧系统中控制对象构建MAS,建立了源侧DG经济优化成本模型和荷侧EVs需求响应成本模型。3)针对含多DG的并网交流微电网源侧的功率不协调分配和运行成本高等问题,基于经济优化成本模型,提出了一种基于成本微增率(Incremental Cost Rate,ICR)的改进牵制一致性算法,利用该改进算法快速收敛性实现了源侧经济优化响应的快速性与DG运行总成本最小化。随后提出了基于改进牵制一致性的并网微电网源侧DG参与功率协调控制方法,通过经济优化运行控制层、频率和电压优化控制层及下垂控制层相互协调,实现了源侧各DG有功出力的经济分配、快速响应、供需平衡、公共连接点(Point of Common Coupling,PCC)频率和电压快速恢复以及各DG及电网间的协调稳定运行。最后,针对源侧功率协调影响主要因素进行了理论分析和仿真研究,得出结论:DG即插即用、电网电价变化将使得源侧系统的运行状态无法达到最优,但源侧系统仍能降低运行总成本,满足负荷用电总需求;运行成本模型参数增大将使得源侧的运行总成本上升;协议参数和通信拓扑设置不合理以及时延过大都将使得源侧系统的稳定性、动态控制性能、经济成本优化程度和功率协调控制精度下降。4)针对荷侧多大功率负荷扰动问题,本文以参与需求响应的EVs这一典型负荷为例,基于需求响应成本模型,提出了基于ICR的改进主从一致性算法,快速消除了荷侧总功率动态偏差,实现了荷侧基于需求响应的功率供需平衡和响应总成本最小化。随后设计了基于改进主从一致性的并网微电网荷侧EVs参与需求响应功率协调控制方法,构建了荷侧分布式分层控制架构,利用EVs响应层中EVs充电站执行需求响应命令,实现EVs集群间的协调运行、响应功率的经济分配、削峰填谷、充电站PCC电压恢复等目标,且所提荷侧控制方法具有响应快速性和较优稳态性能。最后,分析和仿真研究了荷侧功率协调影响主要因素,得出结论:负荷智能体即插即用、电网电价变化将使得荷侧系统的响应状态无法实现最优化,但荷侧系统仍能降低响应总成本,完成负荷响应总任务;负荷模型参数增大将使得荷侧的响应总成本上升;协议参数和通信拓扑设置不合理将使得荷侧系统的响应功率调节性能和响应成本优化程度降低,无法实现响应功率精准控制。

关键词：多智能体一致性并网交流微电网分布式分层架构需求响应经济优化功率协调控制

基于多智能体一致性的虚拟电厂分布式调度策略研究

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基于多智能体一致性的虚拟电厂分布式调度策略研究

作者：曹驰南京邮电大学

学位级别：硕士

大力开发利用分布式能源是缓解能源短缺和减轻环境污染的重要途径。由于分布式能源广泛分散的分布特点,现有的电力系统难以对其实施有效地调度管理,大大抑制了分布式发电并网的发展。虚拟电厂借助先进的信息技术与管理理念,可以有效地... 详细信息

大力开发利用分布式能源是缓解能源短缺和减轻环境污染的重要途径。由于分布式能源广泛分散的分布特点,现有的电力系统难以对其实施有效地调度管理,大大抑制了分布式发电并网的发展。虚拟电厂借助先进的信息技术与管理理念,可以有效地聚合大范围地域内分散的分布式能源,实现各类能源的互联共享,更好地发挥了其在能源市场中的经济性。此外,各分布式能源单元在智能体的代理下,能够快速高效地进行单元间的分布式通信,并在局部单元之间进行数据收集、信息交换和状态协调,从而达到各单元某些运行特性的一致性,最终实现分布式能源的优化控制。因此,考虑应用多智能体一致性设计分布式调度策略来实现虚拟电厂的最优运行。本文致力于基于多智能体一致性进行虚拟电厂的分布式经济调度策略的研究来实现分布式能源的优化管理,具体工作如下:(1)分布式能源类型多样、分布分散、机组特性差异大,提出一种基于多智能体系统及Leader-Follower一致性的分布式优化算法来制定虚拟电厂的分布式优化运行方案。本方案的优化策略是:通过优化各分布式能源的边际成本达到一致,实现虚拟电厂总成本的最小化目标。(2)分布式发电机组在实际运行中会遇到阀点加载效应、禁止运行区、多燃料选项等非凸情况,致使机组的耗量成本函数并非可导。考虑建立虚拟电厂的非凸优化调度模型,并采用一种分布式随机无梯度算法求解该非凸优化问题,从而实现虚拟电厂的分布式经济调度策略。(3)考虑到分布式发电机组间的通信网络并非理想,实际通信中会产生通信延迟、信道噪声、拓扑时变等问题。对非理想通信网络下虚拟电厂的分布式经济调度问题进行建模分析,并采用分布式原对偶次梯度算法对该模型进行优化求解,最终实现虚拟电厂的分布式经济调度策略。本文通过MATAB仿真分析实现了对虚拟电厂各项分布式调度策略研究的验证。通过算例仿真与结果分析验证了分布式一致性算法、分布式随机无梯算法、分布式原对偶次梯度算法的有效性。

关键词：多智能体一致性分布式能源分布式调度虚拟电厂

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基于多智能体一致性与网损的智能电网调度

通讯世界 2019年第7期26卷 230-231页

作者：李俊艳国网湖南省电力有限公司邵阳供电分公司

近些年来,时代的发展与社会的变革十分迅速,令信息技术的革新速度变得越来越快,尤其是电力资源的供应领域更是显著.在电网调度系统工作时.因为被供应范围、调整效率等各个方面的约束,使得旧有的调度系统无法满足现代社会的更高要求的电... 详细信息

近些年来,时代的发展与社会的变革十分迅速,令信息技术的革新速度变得越来越快,尤其是电力资源的供应领域更是显著.在电网调度系统工作时.因为被供应范围、调整效率等各个方面的约束,使得旧有的调度系统无法满足现代社会的更高要求的电力供应需求,并且由于科技的进步也令电网的调度慢慢地变得更加的智能化,所以强化对科技的利用改变旧时的电网系统工作模式,能够有效的促进高性能电网供应建设的发展.

关键词：多智能体一致性智能电网调度网损

通信约束下的多智能体分布式能源调控一致性研究

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通信约束下的多智能体分布式能源调控一致性研究

作者：张倩华北电力大学

学位级别：硕士

气候变化和环境问题使得分布式能源在电力系统中得到了越来越多的关注,但其分布广、规模小、数量多,因此很难利用传统电网的集中式控制对其进行调控。分布式能源系统在某种程度上可视为多智能体系统,各发电单元可建模为智能体,因而可以... 详细信息

气候变化和环境问题使得分布式能源在电力系统中得到了越来越多的关注,但其分布广、规模小、数量多,因此很难利用传统电网的集中式控制对其进行调控。分布式能源系统在某种程度上可视为多智能体系统,各发电单元可建模为智能体,因而可以借助多智能体系统的分布式优化算法来实现分布式能源系统的协调优化运行。此外,由于实际系统中通信环境的复杂性以及各分布式发电单元计算能力的有限性,设计一种能够适应复杂通信环境、降低各发电单元通信压力的分布式调控策略对分布式能源系统的优化运行具有启发价值和实际意义。本文主要针对通信约束下的分布式能源系统一致性调控进行研究,具体完成工作如下:首先,针对分布式能源系统的经济调控问题,以燃料成本和环境成本最小化为目标,在满足供需平衡和输出功率约束的条件下,采用各发电单元的增量成本作为一致性变量,设计了一种可以在有限时间内收敛的一致性算法。其次,在实际的通信过程中,考虑到分布式发电单元在传输信息时会出现通信时延,因此研究了通信时延影响下分布式能源系统的经济调控模型。按有无领导者分别对Leader-Follower算法和完全分布式算法展开讨论,通过多种仿真场景,比较了两种算法在收敛速度以及鲁棒性方面的差异。最后,当发电单元之间的信息交互既受到时延又受到噪声影响时,提出了一种鲁棒一致性算法,通过引入一致性增益函数抑制了时延和噪声对经济调控的影响。为了度量非理想通信环境下不同网络拓扑的鲁棒性,引入了鲁棒性度量指标H范数的平方,建立了通信拓扑与鲁棒性度量指标的直接联系,并通过仿真分析比较了典型通信拓扑的鲁棒性。本文通过MATLAB仿真分析实现了对分布式能源系统各项分布式一致性调控策略研究的验证。通过算例仿真验证了理想通信环境下的有限时间一致性调控算法、通信时延影响下的分布式调控算法、时延噪声联合影响下的鲁棒一致性算法以及鲁棒性度量指标的准确性及有效性。

关键词：多智能体一致性通信约束分布式能源分布式调控

基于分布式PID控制的时变时延多智能体系统的一致性

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控制与决策 2019年第1期34卷 189-197页

作者：李浩亮杨任农席茜王利辉孟常亮空军工程大学空管领航学院 93704部队

研究普通阶多智能体系统存在时变时延条件下的一致性问题.首先,针对系统存在时变时延的情况,结合状态反馈与PID控制提出一种一致性协议;然后,将系统状态空间分解为一致子空间和一致补子空间,采用状态空间分解法将一致性问题转化为渐近... 详细信息

研究普通阶多智能体系统存在时变时延条件下的一致性问题.首先,针对系统存在时变时延的情况,结合状态反馈与PID控制提出一种一致性协议;然后,将系统状态空间分解为一致子空间和一致补子空间,采用状态空间分解法将一致性问题转化为渐近稳定问题,给出系统实现一致的充分必要条件;并确定系统的一致性函数的显示表达式;最后,构造Lyapunov-Krasovskii泛函,基于线性矩阵不等式(LMI)给出控制参数的计算方法,采用可扩充性方法降低线性矩阵不等式的计算数量.仿真结果表明,系统的结构拓扑图存在全局可达节点时,系统在所提出的协议作用下通过计算合适的PID参数和控制参数可实现一致性,通过与纯比例控制的结果对比表明,所提出的协议能够消除系统稳态误差,使系统趋于一致.

关键词：多智能体一致性时变时延 PID控制状态空间分解法线性矩阵不等式可扩充性方法

网络攻击下多智能体系统的事件触发安全一致性控制研究

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网络攻击下多智能体系统的事件触发安全一致性控制研究

作者：管嘉程吉林化工学院

学位级别：硕士

在当今数字化时代,随着网络技术的飞速发展和智能设备的广泛应用,网络安全问题日益成为影响社会稳定和经济发展的重大挑战。特别是在关键基础设施和工业控制系统等领域,网络攻击不仅可能导致经济损失,更有可能威胁到人民生命财产的安全... 详细信息

在当今数字化时代,随着网络技术的飞速发展和智能设备的广泛应用,网络安全问题日益成为影响社会稳定和经济发展的重大挑战。特别是在关键基础设施和工业控制系统等领域,网络攻击不仅可能导致经济损失,更有可能威胁到人民生命财产的安全。在此背景下,事件触发一致性(ETC)作为一种重要的网络系统同步策略,受到了学术界和工业界的广泛关注。本文旨在探讨网络攻击环境下动态事件触发一致性的现状、存在问题及未来发展趋势。事件触发机制(ETM)作为一种高效的数据传输控制方法,通过减少网络中的数据传输次数来降低能耗和提高系统的通信效率。然而,随着网络攻击技术的不断进步,如何在保证系统一致性的同时,确保ETM的安全性和鲁棒性,成为了一个亟待解决的问题。首先,本文分析了网络攻击下事件触发一致性面临的主要挑战,包括安全性与鲁棒性问题、系统一致性的维持问题、以及能耗与性能平衡问题。网络攻击,特别是拒绝服务攻击(DoS)、时间同步攻击、数据篡改攻击等,严重威胁着ETM的正常运行和系统的一致性状态。攻击者可以通过干扰或伪造事件触发条件,导致系统信息不同步,甚至瘫痪整个网络系统。如何在安全性与系统性能之间找到平衡,是一个不小的挑战。本文的主要研究内容如下:(1)本文研究了定向通信网络下受DoS攻击的线性多智能体系统(MAS)的安全领导-跟随共识。文中考虑了一种基于时间序列的DoS攻击模型,该模型允许DoS攻击在未知的攻击策略中非周期性地发生。对比大部分文献为单个离散时间系统开发了最优控制策略和攻击策略,而本文研究了线性MAS的弹性协调。此外,本文针对受到DoS攻击和有向拓扑的线性MAS,研究了一种结合状态估计器的分布式事件触发安全策略。为了获得安全共识,提出了一种基于事件采样的混合协调框架。在存在DoS攻击的情况下,代理状态不可用,开发了一个估计器来估计代理状态。事件条件用于确定何时为每个代理更新控制器,然后将测量结果广播给相邻代理。在这种设计下,只要DoS攻击的频率和持续时间满足某些条件,就可以以指数方式实现安全的领导者遵循共识,以提供抵御DoS攻击的弹性。可以避免芝诺行为,以便控制器可以在有向通信网络上物理地实现。结果表明,采用所提出的设计方案,MAS能够实现安全的领导-跟随共识。(2)将有限时间稳定性特性与DoS ON/OFF转换的持续时间和频率联系起来。本文中利用控制有限时间输入状态稳定(FTISS)系统的结果,并采用适当约束系统轨迹的事件触发机制,建立了一种基于lyapunov的分析方法来保证DoS攻击下的有限时间稳定性。重点需要说明的是,我们导出了DoS的开/关转换的界,使得不受DoS攻击的周期的稳定性优于受到DoS攻击的周期的不稳定性,其中在受到DoS攻击的周期时,开环系统使用最近传输的控制信号通信。在不受DoS攻击的周期,对控制输入没有约束,可以考虑任何类型的状态反馈控制设计,例如鲁棒控制。此外,事件触发机制是根据Lyapunov函数的变化率设计的,并且相应地管理采样率确保了所提方法的弹性,并且进一步允许足够灵活的设计来考虑通信资源。最后,通过仿真研究证明了所提方法的性能。(3)提出了一种基于事件的固定时间协同控制策略,解决了DoS攻击下的安全领导-跟随共识问题。与大多数事件触发机制不同,本文提出了一种新的基于两个组合测量的事件触发条件来避免芝诺行为。此外,与大多数协作控制策略不同,提出了一种新的固定时间安全观测器,用于在来自领导节点的定向路径被DoS攻击中断时快速估计领导节点的信息。这意味着破坏连接行为的负面影响可以被消除。最后设计了一种新的分布式弹性控制方案,最大限度地容忍DoS攻击造成的丢包,避免智能体间持续的沟通。本文还展望了网络攻击下事件触发一致性研究的未来发展方向。随着人工智能、机器学习等技术的发展,利用这些先进技术来提高ETM的智能化水平,实现对网络攻击的快速响应和有效防御,是未来研究的一个重要趋势。此外,随着量子通信等新兴技术的应用,构建更为安全和高效的动态事件触发控制系统,将为网络系统的安全运行提供新的解决思路。

关键词： DoS攻击多智能体一致性事件触发有限时间一致

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高超声速目标拦截含攻击角约束的协同制导律

北京理工大学学报 2019年第6期39卷 597-602页

作者：谭诗利雷虎民王斌空军工程大学防空反导学院

针对高超声速目标拦截的制导问题,提出了一种带攻击角约束的协同制导律.在垂直弹目视线方向,由攻击角约束得到期望的终端视线角,利用非线性干扰观测器对模型中的干扰进行估计,结合非奇异终端滑模理论设计视线法向加速度指令,保证了每枚... 详细信息

针对高超声速目标拦截的制导问题,提出了一种带攻击角约束的协同制导律.在垂直弹目视线方向,由攻击角约束得到期望的终端视线角,利用非线性干扰观测器对模型中的干扰进行估计,结合非奇异终端滑模理论设计视线法向加速度指令,保证了每枚导弹与目标之间的视线角速率收敛到0且视线角收敛到期望的终端视线角;在沿弹目视线方向,基于二阶多智能体一致性算法设计视线方向加速度指令,保证了每枚导弹与目标之间的相对距离在有限时间内到达一致,进而保证各枚导弹同时击中目标.通过对4枚导弹协同拦截高超声速目标的情景进行仿真,验证了所设计制导律的有效性.

关键词：协同制导攻击角约束非奇异终端滑模多智能体一致性

基于事件触发的分布式能源分组一致性调控研究

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基于事件触发的分布式能源分组一致性调控研究

作者：李剑华北电力大学

学位级别：硕士

为了保障人类的可持续发展,减少对环境的污染,越来越多的人将目光投向了融合清洁能源的分布式能源。但由于分布式能源的发电功率不稳定,容量小,分布广等特点使得传统电网的集中式控制难以对其进行调控,因此分布式能源的经济调控正在由... 详细信息

为了保障人类的可持续发展,减少对环境的污染,越来越多的人将目光投向了融合清洁能源的分布式能源。但由于分布式能源的发电功率不稳定,容量小,分布广等特点使得传统电网的集中式控制难以对其进行调控,因此分布式能源的经济调控正在由集中式向分布式转变。在分布式能源的经济调控中可以通过将发电单元、柔性负荷、储能单元等可控电力设备视为智能体,从而将多智能体一致性算法应用于分布式能源的经济调控中。本文主要研究了基于事件触发的一致性算法和基于分组一致性的算法在分布式能源调控中的应用。具体工作如下:(1)将基于事件触发的一致性算法应用于解决分布式能源的经济调控问题。本文以发电成本最小化为目标,以各发电单元的增量成本作为一致性变量,在满足系统供需平衡的前提下,设计了一种基于事件触发的一致性算法,通过Lyapunov函数证明了该算法可以避免芝诺行为。各发电单元的增量成本通过该算法可以收敛到最优一致值,并且使用的事件触发策略可以减少更新发电单元控制率的次数以及与邻居节点交换信息的次数从而达到节省通信带宽的目的。(2)考虑到当分布式能源数量较多时,使得所有的发电单元的增量成本收敛到同一个目标值具有较大的难度,本文提出将分组一致性算法应用于分布式能源的经济调控。通过该算法使各发电单元在满足供需平衡的前提下,增量成本按分组收敛到各自组内最优值。通过三个仿真场景验证了该算法的有效性。(3)最后,将事件触发机制与分组一致性相结合应用于分布式能源的经济调控问题,提出了一种基于事件触发的分组一致性算法,通过使用该算法不仅使不同组的发电单元的增量成本收敛到组内一致。同时,通过事件触发策略减少了各发电单元的通信频率。通过不同场景的仿真,验证了算法在功率需求波动和即插即用场景下的有效性。

关键词：分布式能源事件触发分组一致性经济调控多智能体一致性