【Applied Energy最新原创论文】基于MAAC深度强化学习的含多微网的配电网有功-无功协同优化方法

学术   2024-09-22 18:30   美国  

原文信息

A coordinated active and reactive power optimization approach for multi-microgrids connected to distribution networks with multi-actor-attention-critic deep reinforcement learning

原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261924012534

Highlights

(1) 构建了一种面向多微网群运行优化的强化学习优化模型,构建了离散动作变量和连续动作变量两种多智能体,通过多智能体协同使得连续和离散的有功/无功设备能够参与多微网群优化。

(2) 提出引入注意力机制的多智能体强化学习算法(Multi-Actor-Attention-Critic,MAAC)以解决高维输入下智能体因维数爆炸导致的收敛性问题。

(3) 将迁移学习嵌入到多智能体深度强化训练过程以改善多智能体模型在电网运行工况变化场景下的训练性能。

Research gap

针对高维、非线性、变工况条件下含多微网的配电网分布式优化模型的精确、高效求解难题,提出一种基于MAAC深度强化学习的含多微网的配电网有功无功协同优化方法,显著改善了大规模非凸模型分布式优化求解的可行性和计算效率。

摘要

      微电网作为消纳分布式能源的一种有前途的方式备受关注,并被不断接入到配电网中,然而多微网-配电网需考虑多主体通信的私密性和潮流的非线性,使传统基于模型的优化运行方法求解困难。为此,本文提出基于数据驱动的多微网-配电网有功-无功协调优化方法,采用多智能体深度强化学习方法以保护各主体隐私实现分布式优化,并通过引入注意力机制有效解决了智能体维数爆炸导致的模型收敛缓慢的问题。在此基础上,构建了离散动作变量和连续动作变量两种多智能体,通过二者交互使得连续和离散的有功/无功设备能够参与协调优化,抑制电压越限的同时,提高了系统运行效率。此外,为改善模型在电网运行工况变化场景下的训练性能,迁移学习被嵌入到多智能体深度强化训练过程,极大提高了智能体的训练速度,以支撑在线应用。对改进IEEE 33节点系统开展算例分析,结果验证了本文所提模型和方法的有效性。

Abstract

As a promising approach to managing distributed energy, the use of microgrids has attracted significant attention among those managing continuous connections to distribution networks. However, the barriers of the data sharing among different microgrids, the uncertainty of the distributed renewable sources and loads, and the nonlinear optimization of power flow make traditional model-based optimization methods difficult to be applied. In this paper, a data-driven coordinated active and reactive power optimization method is proposed for distribution networks with multi-microgrids. A multi-agent deep reinforcement learning (MADRL) method is used to protect the data privacy of each microgrids. Moreover, attention mechanism, which pays attention to crucial information, is presented to overcome the problem of slow convergence caused by the dimensionality explosion of the optimized variables. Two types of agents, controlling discrete action and continuous action devices, respectively, are formulated in coordinated optimization, which reduces voltage violations and improves the system operation efficiency. In addition, in order to improve the performance of the online agent model under variable operation conditions, the transfer learning is embedded in the training process of the MADRL. The proposed method is verified on a modified IEEE 33-bus distribution network with nine microgrids.

Keywords

Distribution networks with multiple microgrids

Coordinated active and reactive power optimization

Attention mechanisms

Multi-agent deep reinforcement learning

Transfer learning

Graphics

图1 基于多智能体深度强化学习的有功-无功协调优化架构

图4 MAAC框架

图8 多智能体算法收敛曲线

图15 电功率平衡情况

图19 微网与配网交互功率

作者简介

作者简介:

董雷,华北电力大学教授,博士生导师,主要从事电网优化调度与运行控制、综合能源系统优化、人工智能在电力系统中的应用等领域的研究。作为负责人承担国家自然科学基金面上项目 1项,国家重点研发计划子课题2项,担任中国电机工程学会人工智能专委会委员。曾荣获北京市科技进步一等奖,中国电力科学技术进步一等奖、北京市教学成果二等奖。

林灏,华北电力大学硕士研究生,主要从事配电网优化运行与控制方面的研究工作。

关于Applied Energy

本期小编:任郡枝;审核人:董雷

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