一種基于Matlab和Netlogo的電力系統(tǒng)聯(lián)合仿真建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于Matlab和Netlogo的電力系統(tǒng)聯(lián)合仿真建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，新能源等新的技術(shù)的引入，電力系統(tǒng)的復(fù)雜程度越來越高，使得電力系統(tǒng)的運(yùn)行及調(diào)度產(chǎn)生諸多挑戰(zhàn)。電力系統(tǒng)的異構(gòu)特點(diǎn)使得傳統(tǒng)的集中式調(diào)度方法面臨困難，對(duì)于如此復(fù)雜的系統(tǒng)，集中式調(diào)度的工作量繁重且智能性程度不高，每個(gè)組成部分的動(dòng)作需要控制中心統(tǒng)一下達(dá)命令，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。風(fēng)力發(fā)電及光伏發(fā)電的發(fā)電量存在不確定性，如果不能實(shí)時(shí)的對(duì)系統(tǒng)做出調(diào)整可能給整個(gè)系統(tǒng)帶來不穩(wěn)定因素甚至嚴(yán)重后果。因此需要在傳統(tǒng)調(diào)度方式的基礎(chǔ)上使每個(gè)電力系統(tǒng)組成模塊具有智能性，能夠通過自身與周邊模塊的溝通來實(shí)現(xiàn)自我調(diào)整以達(dá)到一定程度的自治，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)度以及分布式調(diào)度?？梢蕴岣唠娋W(wǎng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。因此將復(fù)雜的電力系統(tǒng)看作一個(gè)多智能體系統(tǒng)來進(jìn)行研宄是如今的大趨勢(shì)。在多智能體系統(tǒng)中，每個(gè)模塊可以是發(fā)電機(jī)、輸電線，也可以是負(fù)荷，都具有智能性，可以通過與相鄰模塊的溝通完成參數(shù)以及動(dòng)作的自我調(diào)整。而傳統(tǒng)的仿真平臺(tái)系統(tǒng)不能很好地實(shí)現(xiàn)模塊的智能性，各個(gè)模塊間也不能實(shí)現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)的交換，因此不能很好地對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行直觀的仿真建模。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種針對(duì)電力系統(tǒng)的源-網(wǎng)-荷互動(dòng)技術(shù)進(jìn)行仿真，能夠自我應(yīng)對(duì)外界情況變化，做出積極反應(yīng)的基于Matlab和Netlogo的電力系統(tǒng)聯(lián)合仿真建模方法。
[0004]本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于Matlab和Netlogo的電力系統(tǒng)聯(lián)合仿真建模方法，包括如下步驟:
[0005]步驟001.根據(jù)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在Matlab中建立電力系統(tǒng)元件模型，包括電力系統(tǒng)元件之間的電氣關(guān)聯(lián)關(guān)系；
[0006]步驟002.在Netlogo中定義代表電力系統(tǒng)元件的智能體通用模塊，其中，智能體通用模塊包括通信屬性子模塊、智能屬性子模塊和物理屬性子模塊；通信屬性子模塊用于模擬電力系統(tǒng)元件之間的信息交換過程；智能屬性子模塊用于描述電力系統(tǒng)元件制定決策的過程；物理屬性子模塊用于定義電力系統(tǒng)元件的運(yùn)行狀態(tài)；
[0007]步驟003.搭建Matlab和Netlogo之間的數(shù)據(jù)交換接口模塊實(shí)現(xiàn)信息交互；
[0008]步驟004.仿真時(shí)，通過Matlab計(jì)算獲得電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)通過Matlab與Netlogo之間的數(shù)據(jù)交換接口模塊，由Matlab發(fā)送至Netlogo中；
[0009]步驟005.Netlogo接收電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)后，采用智能體通用模塊中的通信屬性子模塊針對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)模擬進(jìn)行信息處理操作，獲得處理數(shù)據(jù)結(jié)果；
[0010]步驟006.Netlogo采用智能體通用模塊中的智能屬性子模塊，根據(jù)處理數(shù)據(jù)結(jié)果，獲得控制電力系統(tǒng)元件的控制策略；
[0011]步驟007.Netlogo采用物理屬性子模塊，根據(jù)控制電力系統(tǒng)元件的控制策略，獲得電力系統(tǒng)元件的控制量，并通過Matlab與Netlogo之間的數(shù)據(jù)交換接口模塊，將電力系統(tǒng)元件的控制量由Netlogo發(fā)送至Matlab中，作用在對(duì)應(yīng)電力系統(tǒng)元件上，并判斷此時(shí)電力系統(tǒng)是否穩(wěn)定，是則結(jié)束；否則返回步驟004。
[0012]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述通信屬性子模塊還用于定義電力系統(tǒng)元件之間的通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0013]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述智能屬性子模塊包括知識(shí)庫子模塊、決策庫子模塊和推理機(jī)，其中，知識(shí)庫子模塊是電力系統(tǒng)運(yùn)行要求規(guī)則的集合，決策庫子模塊是電力系統(tǒng)控制決策規(guī)定過程的集合，推理機(jī)用于電力系統(tǒng)根據(jù)知識(shí)庫子模塊和決策庫子模塊中的規(guī)則控制電力系統(tǒng)元件的控制策略。
[0014]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述物理屬性子模塊用于定義電力系統(tǒng)元件的運(yùn)行狀態(tài)，包括電力系統(tǒng)元件的控制量、控制參數(shù)和控制狀態(tài)變化規(guī)律。
[0015]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述步驟005中，Netlogo接收電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)后，采用智能體通用模塊中的通信屬性子模塊針對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行延遲、誤碼和中斷處理操作，獲得處理數(shù)據(jù)結(jié)果。
[0016]本發(fā)明所述一種基于Matlab和Netlogo的電力系統(tǒng)聯(lián)合仿真建模方法采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于Matlab和Netlogo的電力系統(tǒng)聯(lián)合仿真建模方法，針對(duì)電力系統(tǒng)的源-網(wǎng)-荷互動(dòng)技術(shù)進(jìn)行仿真，具有仿真過程直觀可見，整個(gè)過程中可以在Netlogo中很清楚地看到每個(gè)智能體通用模塊的狀態(tài)變化情況；并且所設(shè)計(jì)的方法中的模塊具有智能性，能自我應(yīng)對(duì)外界情況的變化，做出積極的反應(yīng)。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明設(shè)計(jì)基于Matlab和Netlogo的電力系統(tǒng)聯(lián)合仿真建模方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖2為本發(fā)明設(shè)計(jì)中智能屬性子模塊的結(jié)構(gòu)框圖；
[0019]圖3為本發(fā)明設(shè)計(jì)中物理屬性子模塊的結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖4為本發(fā)明設(shè)計(jì)實(shí)施例三機(jī)九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的仿真圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合說明書附圖針對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)基于Matlab和Netlogo的電力系統(tǒng)聯(lián)合仿真建模方法中，所基于的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是一種基于Matlab和Netlogo的電力系統(tǒng)仿真系統(tǒng)，Netlogo作為該軟件系統(tǒng)的前臺(tái)，也是交互界面，在Netlogo中定義電力系統(tǒng)中的各種元件模塊，稱之為智能體通用模塊，智能體通用模塊包含三個(gè)屬子模塊:通信屬性子模塊、智能屬性子模塊、物理屬性子模塊；其中，每個(gè)智能體通用模塊都有兩組接口，分別為物理接口和通信接口。物理接口是智能體通用模塊與物理實(shí)體即Matlab連接的接口，負(fù)責(zé)獲取和發(fā)送本模塊電力元件的信息數(shù)據(jù)；通信接口是智能體通用模塊與相鄰智能體通用模塊的數(shù)據(jù)交換接口。Netlogo中是由智能體通用模塊按通信拓?fù)浣M成的網(wǎng)絡(luò)，仿真的結(jié)果可以很直觀的反映在Netlogo中；Matlab作為該軟件的后臺(tái)，用于搭建完整的電力系統(tǒng)元件模型，包括電力系統(tǒng)運(yùn)行模型及控制策略算法等，負(fù)責(zé)電力系統(tǒng)的仿真運(yùn)算，即模擬電力系統(tǒng)實(shí)體的運(yùn)行，并將結(jié)果交給Netlogo。
[0023]本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種基于Matlab和Netlogo的電力系統(tǒng)聯(lián)合仿真建模方法在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中，具體包括如下步驟:
[0024]步驟001.根據(jù)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在Matlab中建立電力系統(tǒng)元件模型，包括電力系統(tǒng)元件之間的電氣關(guān)聯(lián)關(guān)系。
[0025]步驟002.在Netlogo中定義代表電力系統(tǒng)元件的智能體通用模塊，其中，智能體通用模塊包括通信屬性子模塊、智能屬性子模塊和物理屬性子模塊。
[0026]其中，通信屬性子模塊用于模擬電力系統(tǒng)元件之間的信息交換過程，以及用于定義電力系統(tǒng)元件之間的通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通信屬性子模塊是電力系統(tǒng)元件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、信息交流的通信接口，其模擬通信過程中的延時(shí)、誤碼和中斷等情形，并且電力系統(tǒng)元件之間交流的形式為問答式，傳送的數(shù)據(jù)帶有時(shí)標(biāo)。
[0027]如圖2所示，智能屬性子模塊是使智能體通用模塊具有智能性的關(guān)鍵，智能屬性子模塊用于描述電力系統(tǒng)元件制定決策的過程，其中，智能屬性子模塊包括知識(shí)庫子模塊、決策庫子模塊和推理機(jī)。
[0028]其中，知識(shí)庫子模塊是電力系統(tǒng)運(yùn)行要求規(guī)則的集合，是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)庫，存儲(chǔ)本智能體通用模塊的相關(guān)信息和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，例如功率平衡問題，知識(shí)來源于對(duì)采集的數(shù)據(jù)(新能源輸出功率波動(dòng)范圍、波動(dòng)頻率、與時(shí)間和季節(jié)等的關(guān)系，以及柔性負(fù)荷的用電規(guī)律)應(yīng)用定量模型分析后與歷史數(shù)據(jù)的類比，所得出的相關(guān)(直接或間接)經(jīng)驗(yàn)。
[0029]決策庫子模塊是電力系統(tǒng)控制決策規(guī)定過程的集合，用if..., then來描述。
[0030]推理機(jī)用于電力系統(tǒng)根據(jù)知識(shí)庫子模塊和決策庫子模塊中的規(guī)則控制電力系統(tǒng)元件的控制策略。
[0031]電力系統(tǒng)元件會(huì)基于對(duì)決策過程自組織行為機(jī)制的認(rèn)識(shí)優(yōu)化調(diào)整決策集，各種不同的電力系統(tǒng)元件的決策庫必然是不同的。
[0032]如圖3所示，物理屬性子模塊用于定義電力系統(tǒng)元件的運(yùn)行狀態(tài)，具體用于定義電力系統(tǒng)元件的運(yùn)行狀態(tài)，包括電力系統(tǒng)元件的控制量、控制參數(shù)和控制狀態(tài)變化規(guī)律；物理屬性子模塊采用繼承式的類定義，例如電力系統(tǒng)物理元件可分為電源、電網(wǎng)、負(fù)荷等，電源中又有常規(guī)發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏發(fā)電等，同一父類的幾種子類之間的屬性定義采用冗余措施，即枚舉其特征屬性，在區(qū)分時(shí)使用開關(guān)量選取需要的特征屬性；物理屬性子模塊還定義該物理實(shí)體的輸入輸出量，例如常規(guī)發(fā)電機(jī)的輸入為頻率，輸出為功率；負(fù)荷的輸入為頻率、電價(jià)，輸出為功率；同時(shí)，物理屬性子模塊通過物理接口獲取自身的狀態(tài)信息，即Matlab的仿真計(jì)算結(jié)果，或是將智能元件執(zhí)行決策后的狀態(tài)信息傳給Matlab進(jìn)行計(jì)算。
[0033]步驟003.搭建Matlab和Netlogo之間的數(shù)據(jù)交換接口模塊實(shí)現(xiàn)信息交互。
[0034]步驟004.仿真時(shí)，通過Matlab計(jì)算獲得電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)通過Ma