The simulation of a control system of multi-agent interaction distribution grids

Full Text

Введение Большинство современной электросетевой инфраструктуры было разработано и использовалось на протяжении десятилетий. Сети и инфраструктура управления росли и развивались в течение последних лет, что было обусловлено как совершенствованием технологий, так и расширением самих сетей. В результате существующая инфраструктура оказалась очень неоднородной по структуре и по технологии. В то же время объекты, используемые в энергосистемах, и способы управления меняются кардинально. Многие собственники распределительных сетей внедряют альтернативные или возобновляемые источники энергии, которые все шире используются во всех сетях. Производственные мощности этих источников различаются в зависимости от погоды и спроса, тем самым обеспечивая дополнительную нагрузку на сеть. Например, количество возобновляемых источников энергии в мире выросло с 4 % в 1996 г. до 20 % в 2014 г., из которых 8 % - энергии ветра и 3 % - солнечная энергия. Таким образом, внедрение в производство энергии альтернативных источников изменяет нагрузку в распределительных сетях, которые работают в настоящее время. В то же время все большее распространение получают интеллектуальные и совершенно новые типы потребителей, которые не только увеличивают общий спрос, но также делают существующие графики потребления устаревшими. Появление новых нагрузок приводит к необходимости реконструкции сетей, что, в свою очередь, требует частых и динамических изменений в топологии. В целом технические требования к сети, а также сложность энергетического рынка резко возрастут в ближайшие годы. Все эти изменения определяют новые проблемы как для работы оборудования сетей, так и для производителей, а также для программного обеспечения и диспетчерского персонала. Программное обеспечение должно поддерживать переход сетевой инфраструктуры к работе на новом оборудовании, а также учитывать изменения и динамические характеристики новых источников и потребителей. Управление будущими электрическими сетями должно быть децентрализованным, способным действовать в рамках локальных сетей и в то же время координировать обмен потоками мощности между несколькими такими кластерами. Система должна иметь возможности автономно принимать решения при изменениях в сети и находиться под наблюдением человека-оператора. Кроме того, такая система должна обеспечивать поддержание жизненного цикла электрооборудования и функций управления, которые являются общим звеном в современных системах программного обеспечения, таких как дистанционное управление, управление обновлениями и изменениями во время работы. Установка и активация новых функций и рабочих подсистем важна для обеспечения таких показателей, как стабильность и отказоустойчивость. Структура системы управления в сети с распределенной генерацией Основой системы управления должна быть программная платформа на базе мультиагентов, которая позволяет обеспечить непрерывное развитие структуры сети. Она должна быть гибкой и обеспечивать основные атрибуты управления, такие как взаимодействие распределенных автономных компонентов, самовосстановление режима работы с возможностью добавления новых функций во время выполнения [1]. Она должна быть в состоянии взаимодействовать с мульти-агентной моделью инфраструктуры для того, чтобы проводить оценку новых реализаций до внедрения элементов в реальной сети. Предварительные расчеты должны охватить сложные и многогранные взаимодействия элементов интеллектуальной сети, с которыми приходится иметь дело. Такая система позволяет сократить циклы внедрения, что обеспечит быструю интеграцию новых функций управления, чтобы идти в ногу с развитием других умных компонентов сети. Smart-моделирование сети и интеллектуальные системы управления Моделирование интеллектуальных сетей является сложной задачей. Как упоминалось ранее, наиболее важным моментом для Smart Grid является обеспечение силовых сетей информационными и коммуникационными технологиями. Это означает, что необходимо рассмотреть перетоки мощности, а также информационно-коммуникационные связи при моделировании. Для тренажеров это обычно реализуется с помощью механизмов создания специализированных учебных баз данных (БД). Чтобы синхронизировать модель с реальной БД, она должна быть в состоянии присоединиться к этой БД, что не всегда является возможным (см. рисунок). Мультиагентная система управления Область управления электрической сетью с помощью мультиагентного подхода стала популярной среди исследователей с 2003 г., когда была описана система поддержки принятия решений на основе мультиагентов, которые анализируют состояние электрической сети и генерируют рекомендации для человека-оператора. В дальнейшем появились два подхода к управлению магистральными и распределительными сетями. Первый пытается минимизировать каскадные сбои с применением интеллектуальных стратегий отключения нагрузки. Второй пытается выполнить восстановление режима работы в местных распределительных сетях после аварий. Оба подхода описывают систему, которая управляет сетями низкого напряжения с высокой степенью готовности внедрения распределенной генерации. Объединение мультиагентной системы (MAS) и Smart-моделей Типичные комбинации MAS и Smart-моделей строятся на основе моделирования условий, в которых агенты выполняют имитацию различных моделей [2]. Этот подход оптимален в условиях реализации при применении полезных параметров MAS (например, масштабируемость, автономия и т. д.) в ресурсоемких и сложных моделях. В данной работе представлен подход, который основан на несколько иной концепции. MAS не является основанием для моделирования режимов работы, но в автономной MAS проверяется механизм взаимодействия с окружающей средой. Это позволяет агентам использовать различные модели коммуникации, такие как простые сообщения, пакет услуг или протоколов. Задачей системы является создание гибкой и надежной системы управления для Smart-сети. В частности, она включает в себя: - наблюдение и накопление информации о текущем состоянии сети; - обнаружение сбоев и перенапряжений, в том числе прогнозов о поведении Smart-сети на основе общих потребительских профилей; - управление и контроль инфраструктуры Smart-сети, предпочтительно после консультаций с человеком-оператором, но автономно, если это необходимо; - обеспечение стабильности и отказоустойчивости, особенно в связи с задачами, основной целью которых является обработка взаимодействия между электро- и телекоммуникационными сетями в случае сбоя. Предлагается использовать 5 типов агентов следующих видов: агент подстанции (АП - SA), агент шин (АШ - BA), агент фидера (АФ - FA), агент нагрузки (АН - LA) и агент генерирующего элемента (АГ - GA). В основном предлагаемая МАС использует децентрализованную структуру и агенты могут взаимодействовать только с соседними агентами. Связь между несмежными агентами выполняется посредством отправления сообщений через других промежуточных агентов. Посредством обмена информацией с соседними агентами каждый агент может динамично получать информацию о его ограниченном районе и балансировать спрос и поставку электроэнергии при помощи местной информации. Этот подход позволяет системе работать на местном уровне. Например, в случае сценария деления сети на кластеры или потери связи с системным оператором местные агенты подстанции могут контролировать свои подсети самостоятельно и попытаться обеспечить запрос своих местных потребителей любыми имеющимися средствами. Учитывая текущую тенденцию по установке местных источников в виде солнечных и ветроэнергетических станций, такие сценарии возможны в будущем и должны быть обеспечены контролем со стороны инфраструктуры управления [3]. В более широком объеме подстанции (АП), которые отвечают за местные подсети, могут вести переговоры о текущих и ожидаемых нагрузках и либо предоставить избыточные мощности в другие подсети, либо удовлетворить их дефицит своими энерговозможностями. В будущей работе необходимо определить набор подходящих оценочных функций различных приложений для оптимизации режимов работы электрической сети в условиях взаимодействия мультиагентов. Выводы 1. Управление будущими электрическими сетями должно быть децентрализованным, способным действовать в рамках локальных сетей. 2. Система должна иметь возможности автономно принимать решения при изменениях в сети и в то же время находиться под наблюдением человека-оператора. 3. Наиболее важным моментом для Smart Grid является обеспечение силовых сетей информационными и коммуникационными технологиями.

About the authors

Yury P Kubarkov

Samara State Technical University

(Dr. Sci. (Techn.)), Professor 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

Igor S Kulaev

Samara State Technical University

Student 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

Iliya D Kubarkov

Samara State Technical University

244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

References

Supplementary files