کنترل توزیع مبتنی بر سیستم چند عامله (MAS) و اتوماسیون میکرو شبکه با مک سیمجکس
14,000 تومانشناسه فایل: 7772
چکیده
هدف از این مقاله، توسعه یک مدل برای اتوماسیون توزیع میکرو شبکه با استفاده از سیستم چند عامله (MAS) برای کنترل پیشرفته و مدیریت انرژی توزیع یافته میکرو شبکه خورشیدی است. مدل میکرو شبکه خورشیدی متصل به شبکه، که شامل دو سیستم ولتاژ نوری خورشیدی (PV)، یک در فروشگاه و دیگری در خوابگاه است، هر کدام شامل یک مصرف کننده محلی، سیستم PV خورشیدی و یک باتری است و در سیمولینک شبیه سازی شده است. با توجه به ماهیت ناپایدار متلب در هنگام کنترل محیط چند رشته ای، سیستم چند عاملی که در محیط توسعه عامل جاوا عمل می کند، با استفاده از میان افزاری با عنوان کنترل چند عاملی با استفاده از سیمولینک با گسترش محیط توسعه عامل جاوا (مک سیمجکس)، به متلب متصل می گردد. مک سیمجکس این امکان را می دهد تا سیستم شبکه ریز خورشیدی با متلب طراحی شود تا با عوامل میکرو شبکه خورشیدی کنترل شود تا بتواند مزایای رویکرد غیر متمرکز سیستم چند عاملی را کنترل کند. تمامی عوامل مولفه های میکرو شبکه خورشیدی در محیط توسعه عامل جاوا برنامه ریزی می شوند و نتایج عمل هماهنگ شده این عوامل به محیط جهت کنترل توزیع یافته و خودکار سازی سخت افزار ارسال می شوند. محیط توسعه عامل جاوا بر مزیت سیستم چند عاملی بر حسب ویژگی های ذاتی نفوذ می یابد و لذا کارایی عملیاتی میکرو شبکه خورشیدی افزایش می یابد. همچنین قدرت تبادل بین شبکه اصلی و میکرو شبکه خورشیدی با مدیریت وجه تقاضا به طور موثر بهینه شده است. شبیه سازی برای ارزیابی تاثیر عملیات مستقل عوامل طراحی شده است.
مقدمه مقاله
اتوماسیون صنعتی در حوزه قدرت و انرژی امروز پیچیده تر شده است. عملگرها و سنسورها با همکاری هم به عنوان شبکه ابزارهای متفاوت عمل می کنند که هوشمند شده و می توانند به طور خودکار این کارکرد را انجام دهند. سیستم چند عامله (MAS) به خاطر قابلیت آن در بهبود عمده کارایی عملیاتی، کاهش هزینه و افزایش میزان افزونگی عملیاتی توجه زیادی را در سال های اخیر به خود جلب نموده است. کنترل توزیع فقط به عملیات محلی عوامل بستگی دارد و همسایه های آنها ابزار امیدوار کننده برای کنترل سیستم چند عاملی است، هنگامی که با کنترل گر مرکزی پیچیده و گران مقایسه می شود. الگوی شبکه هوشمند نشان دهنده تحول به سمت شبکه های تحویل قدرت دو طرفه، پیشرفته دیجیتالی و هوشمند است (1). میکرو شبکه بلوک ساختاری شبکه هوشمند بوده و نقش عمده ای در توانمند سازی اتخاذ منابع انرژی توزیع و تجدید پذیر ایفا می کند. به هر حال ادغام آنها در میکرو شبکه مشتمل بر چالش های جدید برای کنترل است چرا که قدرت ایجاد شده دارای ماهیت متناوب بوده که بر دینامیک و پایایی میکرو شبکه تاثیر می گذارد. برای رفع این چالش ها، نظارت بر میکرو شبکه باید شامل ارتباط و کنترل باشد تا به تعادل بهینه بین تولید، ذخیره انرژی و تقاضای بار و نیز واکنش سریع به تغییرات دست یابد. مدیریت انرژی پویا عوامل توانمند ساز اصلی برای ادغام تولید نیروی تجدیدپذیر در میکرو شبکه است.
رویکرد مدلسازی عامل محور برای مدل سازی میکرو شبکه و برهم کنشی بین تصمیم گیرنده های مجزا هوشمند و تحلیل آنها از طریق شبیه سازی به کار می رود (2). بهینه سازی میکرو شبکه با منابع انرژی تجدید پذیر متناوب با استفاده از سیستم چند عاملی (MAS) به طور مفصل در (3) مطرح شده است. سیستم چند عاملی (MAS) که عملیات اصلی میکرو شبکه را کنترل می کند در (4) بحث می شود. جزئیات طراحی و پیاده سازی سیستم چند عاملی (MAS) در مدیریت انرژی میکرو شبکه به طور مفصل در (5) بحث می شود. شبیه ساز همزمان دیجیتالی برای عملیات همزمان سیستم چند عاملی (MAS) در میکرو شبکه در (6) بحث می شود. مدیریت انرژی توزیع یافته چند منظوره برای میکرو شبکه هوشمند در (7) بحث می شود. روندهای مختلف در کنترل میکرو شبکه در (8) بررسی می شود. بحث مرور کامل میکرو شبکه های در نگارش های سیستم چند عاملی (MAS) در (9) مطرح می شود. مدیریت انرژی بهینه آنلاین توزیع یافته برای شبکه هوشمند در (10) بحث می شود. مرور مفاهیم عامل به کار برده شده در سیستم های انرژی هوشمند در (11) مطرح می شود. استراتژی کنترل میکرو شبکه در (12) مطرح می شود. تمامی شبیه سازی ها در این مراجع در محیط توسعه عامل جاوا پیاده سازی می شوند. رویکرد تازه مک سیمجکس برای اتصال متلب به سیستم چند عاملی (MAS) معرفی می شود تا امکان طراحی سیستم با سیمولینک و کنترل آن با عواملی مقدور گردد که در برنامه خارجی محیط توسعه عامل جاوا عمل می کنند، این محیط توسعه برای مدل سازی سیستم چند عاملی (MAS) به طور مفصل در (13) بحث می شود. ادغام محیط توسعه جاوا با سیمولینک با استفاده از مک سیمجکس جهت مدیریت انرژی در منابع انرژی توزیع یافته میکرو شبکه در (14) بحث می شود. اما در این مقالات، سیستم چند عاملی (MAS) به طور جامع پیاده سازی نمی شود و تمامی گزینه هایی را در نظر می گیرد که در میکرو شبکه جهت کنترل توزیع و خودکار سازی در محیط توزیع پویا در دسترس است. همچنین به خاطر رفتار همکاری آمیز و مذاکره کننده آن، سیستم چند عاملی (MAS) در محیط توسعه عامل جاوا قادر به انجام عملیات کنترل محدود همزمان نیست. لذا باید به طور جامع تر با در نظر گرفتن تمامی گزینه های منطقی در میکرو شبکه و با بررسی ارتباط سیستم چند عاملی (MAS) با محیط توسعه عامل جاوا با سیمولینک متلب با استفاده از مک سیمجکس تحلیل را انجام نمود که متلب را در محیط توسعه عامل منبع آزاد پشتیبانی شده قرار داده و به سیستم های سخت افزار همزمان امکان مدل سازی و تعامل با نرم افزار به عنوان سیستم چند عاملی (MAS) را برقرار می سازد که سیستم چند عاملی (MAS) را به پیاده سازی عملی نزدیک تر است. سیستم چند عاملی شرایط گستره باند شبکه را به رویکرد غیر متمرکز کاهش می دهد و اگر تعداد زیادی از میکرو شبکه ها شامل شده باشند، گستره باند شبکه با شبکه های تعریف شده با نرم افزار کاهش می یابند. شبکه های تعریف شده با نرم افزار، جدای از گسترش قابلیت های شبکه، برای خودکار سازی پیکربندی مسیریاب ها و کلیدها به شیوه مقیاس بندی به کار می روند تا از توسعه سریع تعداد زیادی از نرم افزارها، خدمات و فراساختار و مدیریت تغییرات پویا در شبکه ها پشتیبانی کند.
باقیمانده مقاله به این شرح است. بحث مفصل رویکرد سیستم چند عاملی (MAS) و سکوی چند عاملی در بخش دو ارائه می شود. پیاده سازی مک سیمجکس در بخش سه شرح داده شده است. شبیه سازی اتوماسیون در مدیریت انرژی پویا در بخش چهار مطرح می گردد. مطالعه موردی، شبیه سازی و تایید در بخش پنج ارائه می شود. نتیجه گیری در بخش شش ارائه می گردد.
ABSTRACT Multi agent systems based distributed control and automation of micro-grid using MACSimJX
The objective of this paper is to develop a model for distributed automation of micro-grid using Multi Agent System(MAS) for the advanced control and distributed energy management of a solar micro-grid. A grid connected solar micro-grid model, which contains two solar Photo Voltaic (PV) systems, one in department and other in hostel, each contains a local consumer, a solar PV system and a battery, is modelled in Simulink. Due to unstable nature of MATLAB, when dealing with multi threading environment, MAS operating in Java Agent Development Environment(JADE) is linked with the MATLAB using a middleware, Multi Agent Control using Simulink with Jade extension (MACSimJX). MACSimJX allows the solar micro-grid system designed with MATLAB to be controlled by solar micro-grid agents for realizing the advantages of decentralized approach of MAS. All the agents of solar micro-grid components are programmed in JADE and the results of the coordinated action of these agents are sent to the environment for distributed control and automation of the hardware. JADE leverages the advantage of MAS by its inherent features and hence the operational efficiency of solar micro-grid is further increased. Also the power exchange between main grid and solar micro-grid is optimized by effective demand side management. Simulation is designed to evaluate impact of autonomous operations of agents.
Introduction
Industrial automation in the power and energy domain has become more complex today. Actuators and sensors work together as a network of different devices, which become intelligent and can autonomously perform the task. MAS has received compelling attention in the recent times because of its capability to significantly improve the operational efficiency, reduce cost and increase degree of operational redundancy. Distributed control depending on only local operation of agents and their neighbors is a promising tool for handling MAS when compared to centralized controller, which is complex and expensive. The smart grid paradigm represents a transition towards an intelligent, digitally enhanced, two way power delivery grids [1]. Micro-grid is a the building block of smart grid and are poised to play a major role in enabling the widespread adoption of renewable, distributed energy resources. However, their integration into the microgrid entails new challenges for control as the power generated is intermittent in nature, which impact the dynamics and stability of the micro-grid. To meet these challenges, micro-grid monitoring should incorporate communication and control to achieve an optimal balance between generation, energy storage and load demand and also react quickly to changes. Dynamic energy management is a key enabler for the integration of renewable power generation onto the micro-grid.
An agent-based modeling approach is used to model the micro-grid and the interactions between individual intelligent decision-makers are analyzed through simulation in [2]. Optimization of micro-grid with intermittent renewable energy resources using MAS is given in detail in [3]. MAS controlling the main operations of micro-grid is discussed in [4]. The design and implementation details of MAS in micro-grid energy management is discussed in detail in [5]. Real-time digital simulator is used for real-time operation MAS on micro-grid is discussed in [6]. Multi-agent-based distributed energy management for intelligent micro-grid is discussed in [7]. The various trends in micro-grid control are discussed in [8]. The complete review of micro-grids in MAS perspectives is discussed in [9]. Distributed online optimal energy management for smart grid is discussed in [10]. A detailed review on agent concepts applied to intelligent energy systems is given in [11]. Real-time micro-grid control strategies are discussed in [12]. All the simulations in these references are implemented in JADE. A novel approach, MACSimJX, is introduced to link MATLAB with MAS to allow system designed with Simulink to be controlled by agents that operate in external program in JADE, a powerful development environment for modeling MAS is discussed in detail in [13]. The integration of JADE with Simulink using MACSimJX is discussed for energy management in Distributed Energy Resources (DER) of microgrid in [14]. But in these papers, MAS was not implemented comprehensively, considering all the options available in a micro-grid for distributed control and automation in a dynamic distributed environment. Also because of its collaborating and negotiating behavior, MAS in JADE is not capable of performing real-time constrained control operation. So there is a need to analyze more comprehensively, considering all the logical options available in the micro-grid and also to investigate the linking of MAS in JADE with MATLAB Simulink using MACSimJX, which opens MATLAB to one of the most strongly supported open source agent development environments, allowing real-time hardware systems to be modeled alongside and interacting with software modeled as multi-agent systems, bringing MAS closer to practical implementation. MAS reduces the requirements of network bandwidth due to decentralized approach and if large number of micro-grids are involved, the network bandwidth is further reduced by Software Defined Networks (SDN). Apartfrom extending network capabilities, SDN is used to automate the configuration of the routers and switches in a scalable manner to support rapid deployment of a large number of new applications, services, and infrastructure and manage the dynamic changes in the networks.
The rest of the paper is organized as follows. A detailed discussion on multi agent system approach and multi agent platform is given in section II. Implementation of MACSimJX is given in section III. Simulation of automation in dynamic energy management is given in Section IV. Case study, simulation and validation is given in section V. Conclusion is given in section VI.
- مقاله درمورد کنترل توزیع مبتنی بر سیستم چند عامله (MAS) و اتوماسیون میکرو شبکه با مک سیمجکس
- طراحی مدلی برای خودکارسازی توزیع یافته شبکه ریز با استفاده از سیستم های چند عاملی برای کنترل پیشرفته و مدیریت انرژی توزیع یافته شبکه ریز خورشیدی
- چند سیستم عامل مبتنی بر توزیع کنترل و اتوماسیون میکرو شبکه با استفاده از MACSimJX
- پروژه دانشجویی کنترل توزیع مبتنی بر سیستم چند عامله (MAS) و اتوماسیون میکرو شبکه با مک سیمجکس
- سیستم چند عاملی مبتنی براتوماسیون میکرو شبکه
- پایان نامه در مورد کنترل توزیع مبتنی بر سیستم چند عامله (MAS) و اتوماسیون میکرو شبکه با مک سیمجکس
- تحقیق درباره کنترل توزیع مبتنی بر سیستم چند عامله (MAS) و اتوماسیون میکرو شبکه با مک سیمجکس
- مقاله دانشجویی کنترل توزیع مبتنی بر سیستم چند عامله (MAS) و اتوماسیون میکرو شبکه با مک سیمجکس
- کنترل توزیع مبتنی بر سیستم چند عامله (MAS) و اتوماسیون میکرو شبکه با مک سیمجکس در قالب پايان‌نامه
- پروپوزال در مورد کنترل توزیع مبتنی بر سیستم چند عامله (MAS) و اتوماسیون میکرو شبکه با مک سیمجکس
- گزارش سمینار در مورد کنترل توزیع مبتنی بر سیستم چند عامله (MAS) و اتوماسیون میکرو شبکه با مک سیمجکس
- گزارش کارورزی درباره کنترل توزیع مبتنی بر سیستم چند عامله (MAS) و اتوماسیون میکرو شبکه با مک سیمجکس