專利名稱：一種基于Agent技術(shù)的微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于Agent (代理)技術(shù)的微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，能源短缺和日益惡化的生態(tài)環(huán)境使得人們逐步認(rèn)識(shí)到，必須走可持續(xù)發(fā)展的道路。中國的風(fēng)能資源和太陽能資源相當(dāng)豐富，風(fēng)能發(fā)電和太陽能發(fā)電具有方便、清潔、不枯竭、無噪聲等優(yōu)點(diǎn)，適合解決邊遠(yuǎn)缺電地區(qū)和大城市用電高峰電力不足的問題，具有巨大的市場(chǎng)潛力和廣闊的應(yīng)用前景。隨著光伏、風(fēng)電等可再生能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，分布式發(fā)電日漸成為滿足負(fù)荷增長(zhǎng)需求、提高能源綜合利用效率、提高供電可靠性的一種有效途徑，并在配電網(wǎng)中得到廣泛的應(yīng)用。但分布式發(fā)電的大規(guī)模滲透也產(chǎn)生了一些負(fù)面影響，如單機(jī)接入成本較高、控制復(fù)雜、對(duì)大系統(tǒng)的電壓和頻率存在沖擊等。這限制了分布式發(fā)電的運(yùn)行方式，削弱了其優(yōu)勢(shì)和潛能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于Agent技術(shù)的微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，它可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，將多Agent技術(shù)和微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了各種分布式電源、儲(chǔ)能單元、負(fù)荷以及控制保護(hù)系統(tǒng)組成的集成和平穩(wěn)運(yùn)行，又將Agent技術(shù)的自適應(yīng)和主動(dòng)特征的思想應(yīng)用于實(shí)踐，是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、安全精度高的系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案一種基于Agent技術(shù)的微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括電網(wǎng)，其特征在于它包括光伏發(fā)電模擬系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)、光伏子系統(tǒng)控制Agent、蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)及控制系統(tǒng)；其中所述光伏發(fā)電模擬系統(tǒng)的輸出端分別連接電網(wǎng)的母線端和蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸入端；所述風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)輸出端分別連接電網(wǎng)的母線端和蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸入端；所述光伏子系統(tǒng)控制Agent與光伏發(fā)電模擬系統(tǒng)和蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)成雙向連接；所述控制系統(tǒng)分別與電網(wǎng)和蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)成雙向連接。所述光伏發(fā)電模擬系統(tǒng)由光伏組件、光伏控制器、直流負(fù)載、蓄電池組、逆變器、交流負(fù)載組成；所述光伏控制器的輸入端連接光伏組件的輸出端，其輸出端連接直流負(fù)載； 所述逆變器分別與光伏控制器、蓄電池組和電網(wǎng)c，其輸出端連接交流負(fù)載。所述風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電模擬風(fēng)機(jī)、風(fēng)電控制器、直流負(fù)載、逆變器、蓄電池、交流負(fù)載；所述風(fēng)電控制器的輸入端連接風(fēng)力發(fā)電模擬風(fēng)機(jī)的輸出端，其輸出端連接直流負(fù)載；所述逆變器分別與風(fēng)電控制器、蓄電池組和電網(wǎng)成雙向連接，其輸出端連接交流負(fù)載。所述光伏子系統(tǒng)控制Agent由電源電路、采集電路、I/O電路、時(shí)鐘電路、非易失存儲(chǔ)器、USB接口、通訊接口、人機(jī)界面、通訊設(shè)備和中心控制單元DSP構(gòu)成；所述中心控制單元DSP分別與電源電路、采集電路、I/O電路、非易失存儲(chǔ)器、USB接口、通訊接口、人機(jī)界面、通訊設(shè)備雙向連接，去輸入端接收時(shí)鐘電路發(fā)出的時(shí)鐘信號(hào)。所述蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組蓄電池、太陽能光伏電池組組成。所述控制系統(tǒng)是本地負(fù)載、電纜、變壓器或開關(guān)器件。本發(fā)明的工作原理本微電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電部分由5KW雙饋異步發(fā)電機(jī)模擬風(fēng)機(jī)，由功率為230Wp的多晶硅太陽電池組件，每個(gè)電池串列按照20塊電池組件串聯(lián)進(jìn)行設(shè)計(jì)光伏發(fā)電部分。模擬切除無窮大電源系統(tǒng)后，可模擬微電網(wǎng)孤島發(fā)供電系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)室模擬系統(tǒng)為單相，電壓230V，頻率50HZ。太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，其作用是將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲(chǔ)起來，或推動(dòng)負(fù)載工作；太陽能控制器太陽能控制器的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對(duì)蓄電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(hù)的作用，其他附加功能如光控開關(guān)、時(shí)控開關(guān)都應(yīng)當(dāng)是控制器的可選項(xiàng)；蓄電池為鉛酸電池，在有光照時(shí)將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來，到需要的時(shí)候再釋放出來；逆變器的作用是提供 220VAC、110VAC的交流電源，由于太陽能的直接輸出一般都是12VDC、MVDC、48VDC，需要將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。在某些場(chǎng)合，需要使用多種電壓的負(fù)載時(shí)，也要用到DC-DC逆變器，如將MVDC的電能轉(zhuǎn)換成5VDC 的電能；太陽能跟蹤系統(tǒng)就是能夠不受地域和外部條件的限制，可以在-50°C至70°C環(huán)境溫度范圍內(nèi)正常使用，最大限度的提高太陽跟蹤精度，完美實(shí)現(xiàn)適時(shí)跟蹤，最大限度提高太陽光能利用率。實(shí)驗(yàn)室微網(wǎng)系統(tǒng)有聯(lián)網(wǎng)和孤島2種穩(wěn)態(tài)運(yùn)行模式，以及由聯(lián)網(wǎng)到孤島模式切換、 孤島到聯(lián)網(wǎng)模式切換2種暫態(tài)模式。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，因光伏模擬系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)模擬系統(tǒng)的功率輸出不可調(diào)度，雙向逆變器通過對(duì)蓄電池的充放電控制來實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)功率平衡，進(jìn)而維持電壓和頻率穩(wěn)定。其中在光伏子系統(tǒng)中由于光照隨時(shí)間變化并且光伏板有非線性的電壓電流特性，因此光伏系統(tǒng)需要跟蹤最大功率點(diǎn)，通過控制光伏板和電壓節(jié)點(diǎn)間的直流直流變換器保證光伏系統(tǒng)有效運(yùn)行。蓄電池的充電功率既可以從光伏板產(chǎn)生的功率獲得又可以從燃料電池產(chǎn)生的功率獲得。設(shè)計(jì)光伏發(fā)電子系統(tǒng)時(shí)，需要考慮蓄電池的安全極限。蓄電池的電壓應(yīng)該保持在一個(gè)安全范圍內(nèi)，不能超出安全極限。因關(guān)心的是當(dāng)蓄電池滿電并且輕載的情況，所以，光伏系統(tǒng)的控制agent有兩種運(yùn)行模式是追蹤最大功率點(diǎn)模式；蓄電池節(jié)點(diǎn)電壓限制模式。在圖1所示的電路中，唯一的控制輸入是功率變換器的占空因數(shù)。通過改變占空因數(shù)，可以控制光伏板的輸出電流和蓄電池的電壓。圖2所示控制策略中，循環(huán)代表了系統(tǒng)的管理模式。箭頭表示從一個(gè)管理模式轉(zhuǎn)向另一個(gè)管理模式。每個(gè)模式有一個(gè)獨(dú)特的電流管理方式。起初,它工作在Maximum Power Point Tracking Mode (MPPT最大功率跟蹤)模式下，一旦蓄電池電壓達(dá)到電壓極限，將會(huì)轉(zhuǎn)為工作在Bus Voltage Limit Mode (BVL 總線電壓限制模式)。在這兩種模式下，如果蓄電池充電電流超過安全運(yùn)行極限，那么負(fù)荷將會(huì)被斷開(例如四倍的額定充電電流)。最大功率點(diǎn)跟蹤的目標(biāo)是不斷的調(diào)整功率變換器，使光伏板在任何天氣和負(fù)荷的狀況下都發(fā)出最大功率。當(dāng)Volts/watts (PV電壓-功率)系統(tǒng)運(yùn)行在Bus Voltage Limit Mode (BVL總線電壓限制模式)下時(shí)，將用一個(gè)典型的 PID控制來管理節(jié)點(diǎn)電壓。光伏系統(tǒng)的控制Agent有兩種運(yùn)行模式是追蹤最大功率點(diǎn)模式；蓄電池節(jié)點(diǎn)電壓限制模式。在追蹤最大功率點(diǎn)模式下，通過改變占空因數(shù)，可以控制光伏板的輸出電流和
4蓄電池的電壓。在節(jié)點(diǎn)電壓限制模式下，每個(gè)模式有一個(gè)獨(dú)特的電流管理方式。起初，它工作在MPPT模式下，一旦蓄電池電壓達(dá)到電壓極限，將會(huì)轉(zhuǎn)為工作在節(jié)點(diǎn)電壓限制模式。在這兩種模式下，如果蓄電池充電電流超過安全運(yùn)行極限，那么負(fù)荷將會(huì)被斷開(例如四倍的額定充電電流)。最大功率點(diǎn)跟蹤的目標(biāo)是不斷的調(diào)整功率變換器，使光伏板在任何天氣和負(fù)荷的狀況下都發(fā)出最大功率。當(dāng)PV系統(tǒng)運(yùn)行在蓄電池節(jié)點(diǎn)電壓限制模式下時(shí)，將用一個(gè)典型的PID控制來管理節(jié)點(diǎn)電壓。在光伏發(fā)電模擬中，光伏電池板同直流-交流逆變器連接，直流-交流逆變器同直流-交流逆變器相連接，作為一個(gè)分布式電源連接到交流母線上；在風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)中， 風(fēng)機(jī)同交流-直流逆變器連接，交流-直流逆變器同直流-交流逆變器相連接，作為另外一個(gè)分布式電源連接到交流母線上；蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，蓄電池通過雙向逆變器并入交流母線；光伏子系統(tǒng)控制Agent左端同光伏發(fā)電模擬系統(tǒng)相連接，右端同蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)相連接；控制系統(tǒng)通過RS-485總線與光伏發(fā)電模擬系統(tǒng)(分布式電源)、風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)(分布式電源)以及蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行通信，設(shè)置光伏并網(wǎng)逆變器和風(fēng)機(jī)并網(wǎng)逆變器的工作模式及孤島運(yùn)行時(shí)的電壓和頻率等穩(wěn)態(tài)參數(shù)。光伏發(fā)電模擬系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)、蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)并接到當(dāng)?shù)亟涣髂妇€之上，經(jīng)過變壓器同上級(jí)配電網(wǎng)相連接。本發(fā)明的優(yōu)越性在于①本文所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)室微網(wǎng)系統(tǒng)雖然規(guī)模小，但是較好地模擬了光伏電源和風(fēng)機(jī)的輸出特性，可以穩(wěn)定地工作于聯(lián)網(wǎng)模式和孤島模式，并能實(shí)現(xiàn)二者之間的平滑切換。通過對(duì)蓄電池的充放電控制實(shí)現(xiàn)了暫態(tài)時(shí)快速的負(fù)荷跟蹤，能夠限制電壓和頻率在允許的范圍內(nèi)，具有良好的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)性能。②光伏子系統(tǒng)控制Agent管理的電源正確工作，整個(gè)微網(wǎng)可靠運(yùn)行。本文提出的基于Agent的控制框架可以有效應(yīng)用在含分布式電源的微網(wǎng)內(nèi)。③采用DSP組成控制系統(tǒng)，硬件電路簡(jiǎn)單、輸出觸發(fā)脈沖安全可靠、實(shí)時(shí)控制精度高，可較大提高裝置的穩(wěn)定性和可靠性


圖1為本發(fā)明所涉一種基于Agent技術(shù)的微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本發(fā)明所涉一種基于Agent技術(shù)的微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)PV控制系統(tǒng)策略圖。圖3為本發(fā)明所涉一種基于Agent技術(shù)的微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中光伏發(fā)電模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖4為本發(fā)明所涉一種基于Agent技術(shù)的微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖5為本發(fā)明所涉一種基于Agent技術(shù)的微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中光伏子系統(tǒng)控制Agent 的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一種基于Agent技術(shù)的微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(見圖1)，包括電網(wǎng)，其特征在于它包括光伏發(fā)電模擬系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)、光伏子系統(tǒng)控制Agent、蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)及控制系統(tǒng)；其中所述光伏發(fā)電模擬系統(tǒng)的輸出端分別連接電網(wǎng)的母線端和蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸入端；所述風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)輸出端分別連接電網(wǎng)的母線端和蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸入端；所述光伏子系統(tǒng)控制Agent與光伏發(fā)電模擬系統(tǒng)和蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)成雙向連接；所述控制系統(tǒng)分別與電網(wǎng)和蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)成雙向連接。所述光伏發(fā)電模擬系統(tǒng)(見圖幻由光伏組件、光伏控制器、直流負(fù)載、蓄電池組、 逆變器、交流負(fù)載組成；所述光伏控制器的輸入端連接光伏組件的輸出端，其輸出端連接直流負(fù)載；所述逆變器分別與光伏控制器、蓄電池組和電網(wǎng)c，其輸出端連接交流負(fù)載。所述風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)(見圖4)由風(fēng)力發(fā)電模擬風(fēng)機(jī)、風(fēng)電控制器、直流負(fù)載、逆變器、蓄電池、交流負(fù)載；所述風(fēng)電控制器的輸入端連接風(fēng)力發(fā)電模擬風(fēng)機(jī)的輸出端，其輸出端連接直流負(fù)載；所述逆變器分別與風(fēng)電控制器、蓄電池組和電網(wǎng)成雙向連接，其輸出端連接交流負(fù)載。所述光伏子系統(tǒng)控制Agent (見圖幻由電源電路、采集電路、I/O電路、時(shí)鐘電路、 非易失存儲(chǔ)器、USB接口、通訊接口、人機(jī)界面、通訊設(shè)備和中心控制單元DSP構(gòu)成；所述中心控制單元DSP分別與電源電路、采集電路、I/O電路、非易失存儲(chǔ)器、USB接口、通訊接口、 人機(jī)界面、通訊設(shè)備雙向連接，去輸入端接收時(shí)鐘電路發(fā)出的時(shí)鐘信號(hào)。所述蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)(見圖1)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組蓄電池、太陽能光伏電池組組成。所述控制系統(tǒng)(見圖1)是本地負(fù)載、電纜、變壓器或開關(guān)器件。
權(quán)利要求
1.一種基于Agent技術(shù)的微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括電網(wǎng)，其特征在于它包括光伏發(fā)電模擬系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)、光伏子系統(tǒng)控制Agent、蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)及控制系統(tǒng)；其中所述光伏發(fā)電模擬系統(tǒng)的輸出端分別連接電網(wǎng)的母線端和蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸入端；所述風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)輸出端分別連接電網(wǎng)的母線端和蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸入端；所述光伏子系統(tǒng)控制Agent與光伏發(fā)電模擬系統(tǒng)和蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)成雙向連接；所述控制系統(tǒng)分別與電網(wǎng)和蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)成雙向連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種基于Agent技術(shù)的微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述光伏發(fā)電模擬系統(tǒng)由光伏組件、光伏控制器、直流負(fù)載、蓄電池組、逆變器、交流負(fù)載組成；所述光伏控制器的輸入端連接光伏組件的輸出端，其輸出端連接直流負(fù)載；所述逆變器分別與光伏控制器、蓄電池組和電網(wǎng)c，其輸出端連接交流負(fù)載。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種基于Agent技術(shù)的微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電模擬風(fēng)機(jī)、風(fēng)電控制器、直流負(fù)載、逆變器、蓄電池、交流負(fù)載；所述風(fēng)電控制器的輸入端連接風(fēng)力發(fā)電模擬風(fēng)機(jī)的輸出端，其輸出端連接直流負(fù)載；所述逆變器分別與風(fēng)電控制器、蓄電池組和電網(wǎng)成雙向連接，其輸出端連接交流負(fù)載。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種基于Agent技術(shù)的微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述光伏子系統(tǒng)控制Agent由電源電路、采集電路、I/O電路、時(shí)鐘電路、非易失存儲(chǔ)器、USB接口、通訊接口、人機(jī)界面、通訊設(shè)備和中心控制單元DSP構(gòu)成；所述中心控制單元DSP分別與電源電路、采集電路、I/O電路、非易失存儲(chǔ)器、USB接口、通訊接口、人機(jī)界面、通訊設(shè)備雙向連接，去輸入端接收時(shí)鐘電路發(fā)出的時(shí)鐘信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種基于Agent技術(shù)的微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組蓄電池、太陽能光伏電池組組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種基于Agent技術(shù)的微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述控制系統(tǒng)是本地負(fù)載、電纜、變壓器或開關(guān)器件。
全文摘要
一種基于Agent技術(shù)的微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括電網(wǎng)，其特征在于它包括光伏發(fā)電模擬系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電模擬系統(tǒng)、光伏子系統(tǒng)控制Agent、蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)及控制系統(tǒng)；其優(yōu)越性在于①具有良好的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)性能。②光伏子系統(tǒng)控制Agent管理的電源正確工作，整個(gè)微網(wǎng)可靠運(yùn)行。本文提出的基于Agent的控制框架可以有效應(yīng)用在含分布式電源的微網(wǎng)內(nèi)。③采用DSP組成控制系統(tǒng)，硬件電路簡(jiǎn)單、輸出觸發(fā)脈沖安全可靠、實(shí)時(shí)控制精度高，可較大提高裝置的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號(hào)H02J3/00GK102361323SQ20111026594
公開日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者周雪松, 石立國, 谷月, 馬幼捷, 馬步云 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)