ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2020-5-1080-1092ipolytech-438Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGРазработка мультиагентной модели интегрированной энергоснабжающей системы в программной среде AnyLogicDeveloping a multiagent model of an integrated energy supply system in AnyLogic simulation softwareСтенниковВ. А.StennikovV. A.

Стенников Валерий Алексеевич, член-корреспондент РАН, директор

664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130

Valery A. Stennikov, Corresponding Member RAS, Director

130, Lermontov St., Irkutsk 664033

sva@isem.irk.ruБарахтенкоЕ. А.BarakhtenkoE. A.

Барахтенко Евгений Алексеевич, кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник

664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130

Evgeny A. Barakhtenko, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Senior Researcher

130, Lermontov St., Irkutsk 664033

barakhtenko@isem.irk.ruМайоровГ. С.MayorovG. S.

Майоров Глеб Сергеевич, аспирант

664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130

Gleb S. Mayorov, Postgraduate student

130, Lermontov St., Irkutsk 664033

mayorovgs@isem.irk.ruИнститут систем энергетики им. Мелентьева СО РАНРоссияMelentiev Energy Systems Institute SB RASRussian Federation20201311202024510801092Copyright © Стенников В.А., Барахтенко Е.А., Майоров Г.С., 20202020Стенников В.А., Барахтенко Е.А., Майоров Г.С.Stennikov V.A., Barakhtenko E.A., Mayorov G.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/438

Цель работы – разработка мультиагентной модели интегрированной энергоснабжающей системы в программной среде AnyLogic и проведение с помощью полученной модели исследований по функционированию и взаимодействию объектов этой системы. Для исследования интегрированных энергоснабжающих систем предлагается использовать мультиагентный подход, позволяющий досконально изучить механизмы взаимодействия и координации различных элементов и подсистем (источники энергии, транспортные подсистемы, активные потребители и др.) объекта исследования. Модель реализована в программной среде AnyLogic, поддерживающей проектирование, разработку, документирование разрабатываемой модели, выполнение компьютерных экспериментов, оптимизацию параметров относительно некоторого критерия, что позволяет наиболее наглядно представить механизмы взаимодействия и связи между агентами. Разработана мультиагентная модель интегрированной энергоснабжающей системы, созданы диаграммы состояний агентов, учитывающие особенности функционирования ее элементов, и проанализированы принципы их взаимодействия и координации. Структура разработанной модели интегрированной энергоснабжающей системы содержит четыре типа агентов и связи между ними. На основании разработанной модели проведен эксперимент, в котором найдено оптимальное решение по энергоснабжению потребителей. Результаты проведенного вычислительного эксперимента показали, что выполняются заданные условия и ограничения; корректно передаются сообщения и параметры между агентами; агенты в системе выполняют возложенные на них функции. Полученные результаты в дальнейшем позволят моделировать реальные системы энергоснабжения любой сложности с целью исследования свойств и повышения эффективности этих систем. Разработанная модель обеспечивает возможность моделирования сложных процессов в интегрированной энергоснабжающей системе, связанных с производством, транспортом, распределением и потреблением энергии.

The purpose of this work is to develop a multi-agent model of an integrated energy supply system in the AnyLogic simulation software and to conduct a research on the operation and interaction of objects in this system using the obtained model. A multi-agent approach is proposed to study integrated energy supply systems as it enables to carry out a detailed research of interaction and coordination mechanisms of various elements and subsystems (energy sources, transport subsystems, active consumers, etc.) of the object under investigation. The model is implemented in AnyLogic simulation software that supports designing, development and documenting of the created models, carrying out computer experiments, parameter optimization according to some criterion that enables visualization of the mechanisms of interaction and connection between the agents. A multi-agent model of the integrated power supply system has been developed. Agent state diagrams that take into account the operation of its elements have been created and the principles of their interaction and coordination have been analyzed. The structure of the developed model of an integrated power supply system contains four types of agents and connections between them. An experiment has been conducted on the basis of the developed model, in which the optimal solution was found for energy supply of consumers. The results of the conducted computational experiment show that the specified conditions and restrictions are met; messages and parameters are correctly transmitted between the agents and the agents perform the assigned functions in the system. The results obtained will allow to model real power supply systems of any complexity in order to study the properties and improve the efficiency of these systems. The developed model enables the possibility to model complex processes in an integrated energy supply system which relate to production, transport, distribution and consumption of energy.

мультиагентная модельинтегрированные энергоснабжающие системымультиагентный подходмоделирование систем энергетикиэлектроэнергияAnyLogicmultiagent modelintegrated energy supply systemsmultiagent approachenergy systems modelingelectrical energyAnyLogicИсследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований в рамках научного проекта № 20-38-90266.The research was carried out with the financial support of the Russian Foundation for Basic Research, the scientific project no.20-38-90266.ReferencesVoropai N.I., Stennikov V.A., Barakhtenko E.A. Methodological principles of constructing the integrated energy supply systems and their technological architecture // Journal of Physics: Conference Series. 2018. https://doi:10.1088/1742-6596/1111/1/012001Voropai NI, Stennikov VA, Barakhtenko EA. Methodological principles of constructing the integrated energy supply systems and their technological architecture. Journal of Physics: Conference Series. 2018. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1111/1/012001Воропай Н.И., Стенников В.А., Сендеров С.М., Барахтенко Е.А., Коверникова Л.И., Войтов О.Н. [и др.]. Интегрированные инфраструктурные энергетические системы регионального и межрегионального уровня // Энергетическая политика. Серия: Региональная энергетика: новые тенденции и подходы. 2015. № 3. С. 24–32.Voropai N, Stennikov V, Senderov S, Barachtenko E, Kovernikova L, Voytov O, еt al. Integrated infrastructural energy systems of regional and interregional level. Energeticheskaya politika. Seriya: Regional'naya energetika: novye tendencii I podhody = Energy Policy. Series: Regional energy: new trends and approaches. 2015;3:24– 32. (In Russ.)Воропай Н.И., Стенников В.А. Интегрированные интеллектуальные энергетические системы // Известия Академии наук. Энергетика. 2014. № 1. С.64–73.Voropai NI, Stennikov VA. Integrated smart energy systems. Izvestiya Akademii nauk. Energetika. 2014;1:64–73. (In Russ.)Verhoeven R., Willems E., Harcouët-Menou V., De Boever E., Hiddes L., Veld P.O., et al. Minewater 2.0 Project in Heerlen the Netherlands: transformation of a geothermal mine water pilot project into a full scale hybrid sustainable energy infrastructure for heating and cooling // Energy Procedia. 2014. Vol. 46. P. 58–67. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.01.158Verhoeven R, Willems E, Harcouët-Menou V, De Boever E, Hiddes L, Veld PO, et al. Minewater 2.0 project in Heerlen the Netherlands: transformation of a geothermal mine water pilot project into a full scale hybrid sustainable energy infrastructure for heating and cooling. Energy Procedia. 2014;46:58–67. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.01.158Ran Xiaohong, Zhou Renjun, Yang Yuwei, LinLvhao. The multi-objective optimization dispatch of Combined Cold Heat and Power based on the principle of equal emission // IEEE Power and Energy Society General Meeting. 2012. https://doi.org/10.1109/PESGM.2012.6345053Ran Xiaohong, Zhou Renjun, Yang Yuwei, Lin Lvhao. The multi-objective optimization dispatch of Combined Cold Heat and Power based on the principle of equal emission. In: IEEE Power and Energy Society General Meeting. 2012. https://doi.org/10.1109/PESGM.2012.6345053Anvari-Moghaddam A., Rahimi-Kian A., Mirian M.S., Guerrero J.M. A multi-agent based energy management solution for integrated buildings and microgrid system // Applied Energy. 2017. Vol. 203. P. 41–56. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.06.007Anvari-Moghaddam A, Rahimi-Kian A, Mirian MS, Guerrero JM. A multi-agent based energy management solution for integrated buildings and microgrid system. Applied Energy. 2017;203:41–56. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.06.007Bünning F., Wetter M., Fuchs M., Müller D. Bidirectional low temperature district energy systems with agent-based control: performance comparison and operation optimization // Applied Energy. 2018. Vol. 209. P. 502–515. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.10.072Bünning F, Wetter M, Fuchs M, Müller D. Bidirectional low temperature district energy systems with agent-based control: performance comparison and operation optimization. Applied Energy. 2018;209:502–515. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.10.072Ren Yi, Fan Dongming, Feng Qiang, Wang Zili, Sun Bo, Yang Dezhen. Agent-based restoration approach for reliability with load balancing on smart grids // Applied Energy. 2019. Vol. 249. P. 46–57. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.04.119Ren Yi, Fan Dongming, Feng Qiang, Wang Zili, Sun Bo, Yang Dezhen. Agent-based restoration approach for reliability with load balancing on smart grids. Applied Energy. 2019;249:46–57. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.04.119Wooldridge M., Jennings N.R. Intelligent agents: theory and practice // The Knowledge Engineering Review. 1995. Vol. 10. Issue 2. P. 115–152. https://doi.org/10.1017/S0269888900008122Wooldridge M, Jennings NR. Intelligent agents: theory and practice. The Knowledge Engineering Review. 1995;10(2):115–152. https://doi.org/10.1017/S0269888900008122Mayorov G., Stennikov V., Barakhtenko E. Application of the multiagent approach to the research of integrated energy supply systems // Energy Systems Research 2019: International Conference of Young Scientists: E3S Web of Conferences. 2019. Vol. 114. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201911401006Mayorov G, Stennikov V, Barakhtenko E. Application of the multiagent approach to the research of integrated energy supply systems. In: Energy Systems Research 2019: International Conference of Young Scientists: E3S Web of Conferences. 2019;114. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201911401006Антонова В.М., Гречишкина Н.А., Кузнецов Н.А. Анализ результатов моделирования пассажиропотока станции метро в программе AnyLogic // Информационные процессы. 2018. Т. 18. № 1. С. 35–39.Antonova VM, Grechishkina NA, Kuznetsov NA. Analysis of the modelling results for passenger traffic at an underground station using AnyLogic. Information Processes. 2018;18(1):35–39.Zhang Yongan, Wang Ying, Wu Long. Research on demand-driven leagile supply chain operation model: a simulation based on anylogic in system engineering // Systems Engineering Procedia. 2012. Vol. 3. Р. 249–258. https://doi.org/10.1016/j.sepro.2011.11.027Zhang Yongan, Wang Ying, Wu Long. Research on demand-driven leagile supply chain operation model: a simulation based on anylogic in system engineering. Systems Engineering Procedia.2012;3:249– 258. https://doi.org/10.1016/j.sepro.2011.11.027Мокшин В.В., Кирпичников А. П., Маряшина Д.Н., Стадник Н.А., Золотухин А.В. Сравнение систем структурного и имитационного моделирования Stratum 2000, ActorPilgrim, AnyLogic // Вестник Казанского технологического университета. 2019. Т. 22. № 4. С. 144–148.Mokshin VV, Kirpichnikov AP, Maryashina DN, Stadnik NA, Zolotukin AV. Comparison of structural and simulation modelling systems of Stratum 2000, Simulink, and AnyLogic.Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2019;22(4):144–148.(In Russ.)Мезенцев К.Н. Моделирование цифровых схем управления в программе AnyLogic // Наука России: цели и задачи: сб. науч. тр. IX Междунар. науч. конф. (г. Екатеринбург, 10 июня 2018 г.). Екатеринбург: Изд-во МАДИ, 2018. С. 15–19. https://doi.org/10.18411/sr-10-06-2018-03Mezentsev KN. Modeling of digital control circuits in AnyLogic. Nauka Rossii: tseli I zadachi: trudy IX Mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii = Russian science: goals and objectives: Proceedings of IX International scientific conference. 10 June 2018, Yekaterinburg. Yekaterinburg: Moscow Automobile and Road Construction State Technical University; 2018, p. 15–19. (In Russ.) https://doi.org/10.18411/sr-10-06-2018-03Любченко А.А., Копытов Е.Ю., Богданов А.А. Статистическое моделирование качественных показателей эксплуатации и технического обслуживания средств железнодорожной электросвязи в среде AnyLogic // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. 2018. Т. 21. № 4. С. 98–108. https://doi.org/10.21293/1818-0442-2018-21-4-98-108Lyubchenko AA, Kopytov EY, Bogdanov AA. Statistical modeling of quality measures of operation and preventive maintenance of railway telecommunication equipment in AnyLogic. Doklady Tomskogo gosudarstvennogo universiteta system upravleniya I radioelektroniki = Proceedings of Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics. 2018;21(4):98–108. (In Russ.) https://doi.org/10.21293/1818-0442-2018-21-4-98-108Елуферьева Ю.С., Пальмов С.В. Моделирование работы железнодорожного вокзала средствами AnyLogic // Международный научно-исследовательский журнал. 2018. № 12. Ч. 1. С. 121–127. https://doi.org/10.23670/irj.2018.78.12.021Elufereva YuS, Palmov SV. Simulation of railway station operation using AnyLogic means. Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal = International research Journal. 2018;12(1):121–127. (In Russ.) https://doi.org/10.23670/irj.2018.78.12.021Володарец Н.В., Белоусова Т.П. Имитационное моделирование рабочих процессов в транспортном узле в условиях эксплуатации на основе AnyLogic // Современные инновационные технологии подготовки инженерных кадров для горной промышленности и транспорта. 2018. Т.1. № 4. С. 244–248.Volodarets NV, Belousova TP. Simulation of working processes in a transport node under the operating conditions on the basis of AnyLogic. Sovremennye innovacionnye tekhnologii podgotovki inzhenernyh kadrov dlya gornoj promyshlennosti I transporta. 2018; 1(4):244–248. (In Russ.)Шарнин Л.М., Кирпичников А.П., Заляев Б.М., Васильев В.Д., Шайхутдинов Ш.А., Нитшаев Р.А. Моделирование задачи производства изделий с помощью AnyLogic // Вестник Казанского технологического университета. 2019. Т. 22. № 4. С. 153–157.Sharnin LM, Kirpichnikov AP, Zaliaev BM, Vasiliev VD, Shaikhutdinov ShA, Nitshaev RA. Modeling the problem of product manufacturing in AnyLogic. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2019;22(4):153–157. (In Russ.)Абрамов В.И., Кудинов А.Н., Евдокимов Д.С. Применение социального моделирования с использованием агент-ориентированного подхода в приложении к научно-техническому развитию, реализации НИОКР и поддержанию инновационного потенциала // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2019. Т. 81. № 3. С. 339–359. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2019-3-339-357Abramov VI, Kudinov AN, Evdokimov DS. Application of social modeling using agent based approach in scientific and technical development, implementation of R&D and maintenance of innovative potential. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta inzhenernyh tehnologij = Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2019;81(3):339–359. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2019-3-339-357Маковеев В.Н. Применение агенториентированных моделей в анализе и прогнозировании социально-экономического развития территорий // Экономические и социальные перемены: факты, тенденции, прогноз. 2016. № 5. С. 272–289. https://doi.org/10.15838/esc/2016.5.47.1Makoveev VN. Using agent-based models in the analysis and forecast of socio-economic development of territories. Economic and Social Changes: Facts, Trends, Forecast. 2016;5:272–289. https://doi.org/10.15838/esc/2016.5.47.15

The authors declare that there are no conflicts of interest present.