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专利号: 2021107539022
申请人: 北京工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-11-04
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于深度强化学习的微电网储能协调控制方法,其特征在于,包括以下实现步骤:步骤(1):初始化,设定微电网各组件的状态集s和动作集a,公共部分A3C神经网络结构的参数(θ,ω),当前线程A3C神经网络结构对应参数(θ',ω'),一次训练所选取的样本数d,全局共享的迭代次数T,当前线程总的迭代时间步数Nt,初始时间t,设定开始时刻tstart,设定最大迭代次数Tmax;

这里θ,ω分别表示公共部分A3C神经网络结构Actor和Critic的参数,θ',ω'分别表示当前线程A3C神经网络结构Actor和Critic的参数;

步骤(2):重置公共部分A3C神经网络结构Actor和Critic的梯度更新量,其分别为dθ和dω,并设定初始值dθ为0,dω为0;

步骤(3):从公共部分A3C神经网络更新当前线程A3C神经网络结构Actor和Critic的参数:θ'=θ,ω'=ω;

步骤(4):微电网系统观测当前系统状态st;

这里系统状态完成对微电网系统工作参数的配置,包括直接可控制负荷的荷电状态值,不可直接控制负荷的基本负荷值,风力发电的当前发电量,当前环境的温度值,从电网购买电量的价格,向电网销售电量的价格,最高购电价;

步骤(5):基于策略π(at|st,θ)选择动作at,并将动作at执行到微电网系统,以动作at对微电网系统各组件进行控制;

这里,策略π(at|st,θ)为在st和θ条件下选择at的概率,动作at由{直接可控制负荷控制的动作,不可直接控制负荷控制的动作,微电网电量短缺时确定储能组件/电网优先级的动作,微电网电量过剩时确定储能组件/电网优先级的动作}组成,其中电量短缺是指分布式发电量小于电力负荷用电量;电量过剩是指分布式发电量大于电力负荷用电量;

步骤(6):计算微电网系统执行动作at所获得当前时间步t时刻奖励值rt;

步骤(7):微电网系统观测下一时刻其所处状态st+1;

步骤(8):微电网系统在经验池D中存储所得到的向量集(st,at,rt,st+1);

步骤(9):若经验池已满,从经验池D中取一批数据样本数d,对Actor网络进行训练,计算损失函数,并保存Actor网络输出的概率矩阵acts_prob;

acts_prob为Actor网络输出的动作概率分布矩阵,其通过在一个自主设计的神经网络模型中进行全连接、卷积和池化运算得到,该神经网络模型包括输入层107个神经元组成的全连接层,一层卷积核为3x3的卷积层,一层全局平均池化层,以及两层神经元个数分别为

200和100的全连接层,输出层为80个神经元的全连接层,该神经网络模型的输入层设计依据环境状态信息的集合,输出层设计依据策略信息的集合,隐藏层的设计依据卷积、池化和全连接层相配合的原则;

Actor网络的损失函数公式如下:

θ1'表示更新后的θ'参数;υ是策略π的熵项,其取值范围为[0,1],经过在[0,1]中不断取值进行最优参数选择;c为常系数,其取值为1e‑5; 表示对θ'求导的梯度;H表示对策略π的求熵运算;πθ'(st,at)表示在st和θ'条件下选择at的概率;π(st,θ')表示在st条件下选择θ'的概率;A(st,t)表示Critic网络的优势函数,其通过n步采样取得,函数表达式如下:n‑1 n

A(st,t)=rt+κrt+1+...+κ rt+n‑1+κV(st+1,ω')‑V(st,ω')式中rt表示当前时刻奖励值;κ表示常系数,其取值为0.001;V(st,ω')表示Critic网络在st和ω'条件下的价值取值,其通过设计的Critic神经网络模型进行全连接、卷积和池化运算得到,该神经网络模型包括输入层107个神经元组成的全连接层,一层卷积核为3x3的卷积层,一层全局平均池化层,以及两层神经元个数分别为200和100的全连接层,输出层为

1个神经元组成的全连接层,该神经网络模型的输入层设计依据环境状态信息的集合,输出层设计为1个确切值,隐藏层的设计依据卷积、池化和全连接层相配合的原则;V(st+1,ω')表示Critic网络在st+1和ω'条件下的价值取值;

步骤(10):更新动作获取概率矩阵

其中τ是调整置信因子的常系数,此处τ为0.003;第二项 是置信因子;ε是不断减小的参数;此处,ε设定最大值为4,设定最小值为2,其每次减少的衰变值为0.005;Nj为表示经过t个时间步后第j个动作被选择的次数;随着训练的进行,ε不断减小,置信因子的影响会逐渐变小;在t时刻,如果一个动作已经被选了越多次,该动作Actor网络输出所返回的概率值就越大,越会继续采用;

步骤(11):微电网系统根据动作概率最大原则选取下一时刻动作at+1,即at+1=argmaxp;

这里的p是指上一步骤中得到的动作获取概率矩阵;

步骤(12):更新迭代时间t=t+1,迭代次数T=T+1;

步骤(13):判断当前时刻状态st是否为终止状态,如果是终止状态则进入下一步骤,否则返回步骤(6);

步骤(14):计算最后一个时刻t对应状态st的Critic网络输出Q(st,t),如下式所示:式中V(st,ω')表示Critic网络的价值取值;

步骤(15):更新迭代时间t=t‑1;

步骤(16):计算当前时刻t所对应状态st的Critic网络输出Q(st,t),如下:Q(st,t)=rt+γQ(st,t+1);

γ是一个常数,其取值为0.5;

步骤(17):更新当前线程A3C神经网络Actor的梯度:

式中V(st,ω')表示Critic网络的价值取值;dθ1表示dθ更新后的参数;

步骤(18):更新当前线程A3C神经网络Critic的梯度:

式中 表示求偏导运算;dω1表示dω更新后的参数;

步骤(19):观测当前时间t是否是开始时刻tstart,若是则进行下一步骤,否则回到步骤(15);

步骤(20):利用各线程A3C神经网络模型的参数更新公共部分A3C神经网络模型的参数:θ1=θ‑αdθ1,ω1=ω‑αdω1;

这里α是一个常数,其取值为0.3;θ1是θ更新后的参数;ω1是ω更新后的参数;

步骤(21):如果T>Tmax,则算法结束,输出公共部分的A3C神经网络参数θ,ω,否则进入步骤(3);并输出此时动作对应的{直接可控制负荷控制的动作,不可直接控制负荷控制的动作,微电网电量短缺时确定储能组件/电网优先级的动作,微电网电量过剩时确定储能组件/电网优先级的动作}。