多智能体最优合作调控及其在电力系统中应用

Coordination control of Multi-agent systems (MASs) has been a hot research topic in recent years, while the optimal cooperative regulation of MASs, which is based on distributed control under the guidance of the objective information, is of great significance in the actual engineering applications. This project is focused on the distributed optimal regulation of MASs and its applications in power systems. Specifically, we consider the distributed optimal pinning control of MASs in terms of two aspects, on the one hand, the design of the optimal pinning communication protocol (i.e., the optimal pinning communication topology) based on the characteristics of the single agent and the minimal pinned nodes under the pre-determined communication structure; on the other hand, the distributed optimal control of MASs with the operation constraints of the MASs, such as state, input and output constraints subjected to the minimal operation cost. According to the distributed robust optimization or distributed model predictive control (MPC), the optimal control input can be computed distributed. Furthermore, the application of theoretical research results to the frequency regulation of power systems under different time scales are carried out, which can achieve the optimal economic dispatch for power resources and demand-side resources with long time-scale and distributed automatic generation control (AGC) with short time-scale and distributed management of multiple heating, ventilating and air-conditioning (HVAC) devices in demand-side.

多智能体系统的协调控制一直是近十年的热门研究课题，而最优合作调控是基于目标信息的分布式诱导控制，在实际工程中具有广泛的研究意义。本课题以多智能体系统的分布式最优调控为主要研究内容，分为两部分：首先，考虑基于全局目标信息的分布式最优牵制控制，依据智能个体特征给出最优牵制拓扑设计方案，给定通信拓扑给出牵制节点侯选集与最小数目牵制节点；另一方面，考虑系统存在运行约束的情况下，如何实现多智能体系统全局最优的分布式控制问题。基于分布式鲁棒优化、分布式滚动时域诱导控制实现网络化多智能体系统的分布式求解。进一步，将理论研究成果应用到电力系统的多时间尺度功率平衡控制问题中，分别实现长时间尺度的电源侧、需求侧分布式经济调度和短时间尺度的分布式发电控制、需求侧多暖通设备的分布式能量管理。

本项目围绕多智能体系统的最优控制及其在电力系统诸场景中的优化控制应用开展了系统深入的研究，并在耦合网络优化，多智能体的分布式控制，复杂网络同步运转协同稳定性分析、网络化多智能体一致性分析、神经网络的动力学与稳定性分析等方面扩展了应用研究，取得了一系列国际领先的研究成果，在国内外同行中产生了重要影响。已在国际重要学术刊物，如IEEE Trans power syst.、Science China等期刊上发表学术《SCI》收录论文 100 余篇（其中 IEEE Trans. 22篇），超额完成了各项预期指标。初步统计在《SCI》刊物被他引千余次。特别是近年来引用有明显增加的趋势，从引文中可以看到本项目成果对这一新领域的贡献受到同行的充分肯定。项目执行期间，项目负责人2017年获首届全国创新争先奖；2018年当选为欧洲科学与艺术院院士；2018年入选科睿唯安全球高被引科学家奖（覆盖数学、工程学和计算机科学三个学科领域）、荣获《中国科学》《科学通报》两刊2018年度优秀作者、江苏省首届十佳研究生导师和江苏省十佳研究生导师团队（提名）。受聘担任中国智能交通协会第二届专家委员会委员、教育部高等学校数学类专业教学指导委员会委员、江苏省研究生理学I类指导委员会副主任委员。2019获国际Obada奖；2019年当选国际系统与控制科学院院士，2019年1篇论文入选中国科协第四届优秀科技论文遴选计划。目前担任9 个国际SCI 刊物的副编辑。新增省部级平台2个：无障碍联合重点实验室、江苏省信息数学应用中心。