Agent based modeling of energy networks

Attempts to model any present or future power grid face a huge challenge because a power grid is a complex system, with feedback and multi-agent behaviors, integrated by generation, distribution, storage and consumption systems, using various control and automation computing systems to manage electricity flows. Our approach to modeling is to build upon an established model of the low voltage electricity network which is tested and proven, by extending it to a generalized energy model. But, in order to address the crucial issues of energy efficiency, additional processes like energy conversion and storage, and further energy carriers, such as gas, heat, etc., besides the traditional electrical one, must be considered. Therefore a more powerful model, provided with enhanced nodes or conversion points, able to deal with multidimensional flows, is being required. This article addresses the issue of modeling a local multi-carrier energy network. This problem can be considered as an extension of modeling a low voltage distribution network located at some urban or rural geographic area. But instead of using an external power flow analysis package to do the power flow calculations, as used in electric networks, in this work we integrate a multiagent algorithm to perform the task, in a concurrent way to the other simulation tasks, and not only for the electric fluid but also for a number of additional energy carriers. As the model is mainly focused in system operation, generation and load models are not developed

Моделирование мультиагентного управления напряжением в распределительных электрических сетях железных дорог

The introduction of adjustable devices for reactive power compensation in distribution electric networks of railways reveals new opportunities to increase their efficiency through the use of group-based voltage control methods based on the agent-based approach. Multi-agent voltage management allows obtaining new results linked the possible of self-management of the agents-active elements of the electrical network, which leads to an increase in the reliability of power supply and power quality. Modeling the considered multi-agent control systems on classical models of system dynamics is difficult because of the complex interaction of agents due to their individual utility goals, the presence of logical operations, and the event-driven nature of the processes. Agent state diagrams have been developed in the AnyLogic environment to model multi-agent voltage control using reactive power sources in distribution electrical networks of railways. The voltage control is simulated in the test network featuring the changing mode parameters. The obtained simulation results indicate the validity of the approaches to voltage stabilization with multi-agent control methods and the possibility of their practical implementation on the basis of modern equipment.Внедрение регулируемых устройств компенсации реактивной мощности в распределительных электрических сетях железных дорог открывает новые возможности для повышения эффективности их работы за счет методов группового управления напряжением на основе агентного подхода. Мультиагентное управление напряжением позволяет получить новые результаты, связанные с возможностью самоорганизации агентов – активных элементов электрической сети, что приводит к повышению надежности электроснабжения и качества электроэнергии. Моделирование рассматриваемых мультиагентных систем управления на классических моделях системной динамики вызывает трудности из-за сложного взаимодействия агентов в виду их индивидуальных целей полезности, наличия логических операций и событийного характера процессов. Разработаны диаграммы состояний агентов для моделирования мультиагентного управления напряжением с помощью источников реактивной мощности в распределительных электрических сетях железных дорог в среде AnyLogic. Выполнено моделирование управления напряжением в тестовой электрической сети при изменении параметров режима. Полученные результаты моделирования свидетельствуют об обоснованности подходов к стабилизации напряжения методами мультиагентного управления и возможности их практической реализации на базе современного оборудования

Мультиагентне управління оптимальним розмиканням розподільних електричних мереж

В статті наведено аналіз проблем оперативного ведення режимів розподільних електричних мереж напругою 6-110 (150) кВ. Показано економічну доцільність та технічну можливість забезпечення надійності та безперервності електропостачання у разі розмикання контурів електричних мереж напругою 110 (150) кВ. Обґрунтовано особливу актуальність проблеми розмикання замкнених контурів в сучасних неоднорідних електричних мережах, які знаходяться у ведені операторів електричних мереж різного ієрархічного рівня. Показано можливості та перспективи формування децентралізованої мультиагентної системи управління конфігурацією розподільних електричних мереж в режимі реального часу. Представлено основні положення розробленого математичного апарату підтримки рішень локальної системи управління оптимальним розмиканням розподільних електричних мереж, які дозволяють адаптувати конфігурацію мережі відповідно до поточних умов режиму електричної системи. На прикладі моделювання режимів електричних мереж напругою 110-750 кВ Південної енергосистеми ОЕС України показано, що застосування пропонованого підходу дозволить знизити втрати енергії в електричній мережі протягом року на 3-5%.Solving the problem of management intellectualization is complicated by the large dimensionality and branching distribution network, low monitoring of its regime and limited set of adaptive management measures. Introduction the SmartGrid concept in modern distribution power networks makes it unnecessary to solve the problem of adaptation the topology of the working scheme to the electricity transmission mode current conditions in real time. The paper substantiates the special urgency of the problem of closing closed circuits in modern heterogeneous electrical networks, which are maintained by operators of electric networks of different hierarchical levels. Known methods of optimization disconnection of electrical networks provide a centralized approach to the relevant control systems that practically impossible to implement optimal commutation switching in real time. Therefore, it is expedient to use a decentralized approach, based on the principles of multi-agent management of the distribution grid. Obviously, operative optimization of the places of unplugging of distributive electric networks will cause the improvement of the quality of electric energy by voltage deviation. This situation has fallen to the basis of the developed mathematical apparatus supporting decisions by the multi-agent system of operational reconfiguration of distribution electrical networks. The proposed approach to the formation of a multi-agent control system for the configuration of distribution electrical networks is illustrated in the scheme of heterogeneous electrical networks 110-750 kV of the Southern power grid of UPS Ukraine. It is stated that the opening of circuits 110 (150) kV will result in decrease of active power losses by 9.5%, and energy losses during the year is approximately 8%. The operational adaptation of the working circuit of distribution networks further reduces energy losses by 3-5% during the year.В статье приведен анализ проблем оперативного ведения режимов распределительных электрических сетей напряжением 6-110 (150) кВ. Показана экономическая целесообразность и техническая возможность обеспечения надёжности и непрерывности энергоснабжения в случае размыкания контуров электрических сетей напряжением 110 (150) кВ. Обоснована актуальность проблемы размыкания контуров в современных неоднородных электрических сетях, находящихся в ведении операторов электрических сетей различного иерархического уровня. Показаны возможности та перспективы формирования децентрализованной мультиагентной системы управления конфигурацией распределительных электрических сетей в режиме реального времени. Представлены основные положения разработанного математического аппарата поддержки решений локальной системы управления оптимальным размыканием распределительных электрических сетей, позволяющих адаптировать конфигурацию сети в соответствии с текущими условиями режима электрической системы. На примере моделирования режимов электрических сетей напряжением 110-750 кВ Южной энергосистемы ОЭС Украины показано, что применение данного подхода позволит снизить потери энергии в электрической сети в течении года на 3-5 %

Multi-agent systems for power engineering applications - part 1 : Concepts, approaches and technical challenges

This is the first part of a 2-part paper that has arisen from the work of the IEEE Power Engineering Society's Multi-Agent Systems (MAS) Working Group. Part 1 of the paper examines the potential value of MAS technology to the power industry. In terms of contribution, it describes fundamental concepts and approaches within the field of multi-agent systems that are appropriate to power engineering applications. As well as presenting a comprehensive review of the meaningful power engineering applications for which MAS are being investigated, it also defines the technical issues which must be addressed in order to accelerate and facilitate the uptake of the technology within the power and energy sector. Part 2 of the paper explores the decisions inherent in engineering multi-agent systems for applications in the power and energy sector and offers guidance and recommendations on how MAS can be designed and implemented

Multi-Agent System Control and Coordination of an Electrical Network

Multi-Agent Systems (MAS) have the potential to solve Active Network Management (ANM) problems arising from an increase in Distributed Energy Resources (DER). The aim of this research is to integrate a MAS into an electrical network emulation for the purpose of implementing ANM. Initially an overview of agents and MAS and how their characteristics can be used to control and coordinate an electrical network is presented. An electrical network comprising a real-time emulated transmission network connected to a live DER network controlled and coordinated by a MAS is then constructed. The MAS is then used to solve a simple ANM problem: the control and coordination of an electrical network in order to maintain frequency within operational limits. The research concludes that a MAS is successful in solving this ANM problem and also that in the future the developed MAS can be applied to other ANM problems. © 2012 IEEE

The role of intelligent systems in delivering the smart grid

The development of "smart" or "intelligent" energy networks has been proposed by both EPRI's IntelliGrid initiative and the European SmartGrids Technology Platform as a key step in meeting our future energy needs. A central challenge in delivering the energy networks of the future is the judicious selection and development of an appropriate set of technologies and techniques which will form "a toolbox of proven technical solutions". This paper considers functionality required to deliver key parts of the Smart Grid vision of future energy networks. The role of intelligent systems in providing these networks with the requisite decision-making functionality is discussed. In addition to that functionality, the paper considers the role of intelligent systems, in particular multi-agent systems, in providing flexible and extensible architectures for deploying intelligence within the Smart Grid. Beyond exploiting intelligent systems as architectural elements of the Smart Grid, with the purpose of meeting a set of engineering requirements, the role of intelligent systems as a tool for understanding what those requirements are in the first instance, is also briefly discussed