CN104701844A - 一种输电网分布式经济调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种输电网分布式经济调度方法，该方法包括(1)初始化每台发电机的边际发电成本IC和每个柔性负荷的边际用电效益IB；(2)运用一致性算法，计算IC和IB；(3)分别计算出发电机在该IC下的输出功率和柔性负荷在该IB下的用电功率，并判断功率是否约束范围内(4)计算功率偏差(5)判断边际发电成本和边际用电效益是否相等并且判断功率偏差绝对值是否在其规定的误差范围内，如果上述两个条件都满足，则算法结束，否则转到步骤(2)。该方法通过电力元件之间的局部信息交互来传递全局经济调度信息，实现电网的最优化经济调度，可以使通信拓扑成本降低、通信负荷压力变小、鲁棒性提高。

Description

一种输电网分布式经济调度方法

技术领域

本发明涉及一种经济调度技术，具体涉及一种输电网分布式经济调度方法。

背景技术

经济调度是电力系统运行中的基本策略，诸如迭代法、牛顿法、线性规划法等经典优化技术主要用来解决成本函数为凸函数时的情况，而更为复杂的启发式算法，如微分进化、粒子群、布谷鸟搜索用来解决非凸解空间和更严格约束的情况，这些优化技术属于集中式优化的范畴。集中式优化需要调度中心与系统中的每个电力元件进行信息交互，因此调度中心要有高带宽的通信设施来收集系统中所有元件的可调度信息并且要求系统通信拓扑具有较高的连通度，这增加了通信拓扑的投资，对调度中心的运算能力也提出了很高的要求。并且，一旦调度中心出现故障，系统的经济调度乃至安全稳定性能将会受到严重威胁。显然，传统的集中式优化技术很难满足未来电网对经济调度提出的新要求。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种输电网分布式经济调度方法。本发明所采用的分布式调度策略中，每台发电机的边际发电成本和柔性负荷的边际用电效益的更新只与其邻居的IC和IB有关，从而降低计算过程中的通信负荷和通信成本，并能提高算法的鲁棒性。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一种输电网分布式经济调度方法，所述方法包括如下步骤：

(1)初始化每台发电机的边际发电成本IC和每个柔性负荷的边际用电效益IB；

(2)运用一致性算法，计算每台发电机的边际发电成本IC和每个柔性负荷的边际用电效益IB；

(3)分别计算出发电机在该IC下的输出功率和柔性负荷在该IB下的用电功率，并判断功率是否约束范围内，若是，则取计算值分别作为发电机的输出功率和柔性负荷的用电功率，若否，则将发电机的输出功率设为其最大或最小输出功率，柔性负荷的用电功率设为其最大或最小用电功率；

(4)计算功率偏差ΔP为整个系统的功率缺额，P_Dj为柔性负荷j的用电功率，P_Gi为发电机i的输出功率；

(5)判断发电机i的边际发电成本IC_i和柔性负荷j的边际用电效益IB_j是否相等并且判断ΔP的绝对值是否在其规定的误差范围内，如果上述两个条件都满足，则算法结束，否则转到步骤(2)。

本发明提供的优选技术方案中，所述步骤(1)中，定义发电机的成本函数为：C_i(P_Gi)＝α_i+β_iP_Gi+γ_iP² _Gi，i∈S_G

式中，P_Gi表示发电机i的输出功率，C_i(P_Gi)表示发电机i在输出功率为P_Gi时所需的成本，α_i、β_i、γ_i为成本系数，S_G表示发电机集合；

定义柔性负荷的效益函数为：

B_j(P_Dj)＝a_j+b_jP_Dj+c_jP² _Dj，j∈S_D

式中，P_Dj表示柔性负荷j的用电功率，B_j(P_Dj)表示柔性负荷j在用电功率为P_Dj时产生的效益，a_j、b_j、c_j为效益系数，S_D表示柔性负荷集合。

本发明提供的第二优选技术方案中，所述步骤(2)中，边际发电成本IC定义为： ${\mathrm{IC}}_i=\frac{{\∂C}_i\left(P_{\mathrm{Gi}}\right)}{{\∂P}_{\mathrm{Gi}}}={\mathrm{\λ}}_i,$ 边际用电效益IB定义为： ${\mathrm{IB}}_j=\frac{{\∂B}_j\left(P_{\mathrm{Dj}}\right)}{{\∂P}_{\mathrm{Dj}}}={\mathrm{\λ}}_j.$

本发明提供的第三优选技术方案中，所述步骤(2)中，所述一致性算法中选择IC和IB作为一致性变量。

本发明提供的第四优选技术方案中，所述步骤(3)中，发电机输出功率计算为： $P_{\mathrm{Gi}}=\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{Gi},\max },\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_i-{\mathrm{\&beta;}}_i}{{2\mathrm{\&gamma;}}_i}>P_{\mathrm{Gi},\max }\\ \frac{{\mathrm{\&lambda;}}_i-{\mathrm{\&beta;}}_i}{{2\mathrm{\&gamma;}}_i},P_{\mathrm{Gi},\min }\&le;\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_i-{\mathrm{\&beta;}}_i}{{2\mathrm{\&gamma;}}_i}\&le;P_{\mathrm{Gi},\max }\\ P_{\mathrm{Gi},\max },\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_i-{\mathrm{\&beta;}}_i}{{2\mathrm{\&gamma;}}_i}<P_{\mathrm{Gi},\min }\end{array}\right.,$ 柔性负荷用电功率计算为：

$P_{\mathrm{Dj}}=\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{Dj},\max },\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_j-b_j}{{2c}_j}>P_{\mathrm{Dj},\max }\\ \frac{{\mathrm{\&lambda;}}_j-b_j}{{2c}_j},P_{\mathrm{Dj},\min }\&le;\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_j-b_j}{{2c}_j}\&le;P_{\mathrm{Dj},\max }\\ P_{\mathrm{Dj},\min },\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_i-b_j}{{2c}_j}<P_{\mathrm{Dj},\min }\end{array}\right..$

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供一种当海量柔性负荷资源参与发用电一体化调度时，分布式经济调度策略仅通过电力元件之间的局部信息交互来传递全局经济调度信息，实现电网的最优化经济调度，能够使通信拓扑成本降低、通信负荷压力变小、鲁棒性提高。

附图说明

图1是输电网分布式经济调度方法流程图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

定义G＝(V,E,A)，V＝{v₁,v₂,…,v_NB}为顶点集合，是有限的非空集合，也称为顶点集。E是V中元素构成的无序二元组的集合，称为边集。A＝[a_ij]∈R^NB×NB为邻接矩阵，N_B表示系统中电力元件的个数。元素a_ij表示顶点i，j之间的边的权重。如果顶点i能收到顶点j的信息，则称顶点j为顶点i的邻居。N_i表示顶点i的邻居的集合(包括顶点i)，基数d_i＝|N_i|。假设边满足双向并且等权重，定义邻接矩阵A为：

$a_{\mathrm{ij}}=\left\{\begin{array}{c}1/d_i,j\&Element;N_i\\ 0,j\&NotElement;N_i\end{array}\right.---\left(1\right)$

如图1所示，一种输电网分布式经济调度方法，具体步骤如下：

步骤一：初始化每台发电机的边际发电成本(IC)和每个柔性负荷的边际用电效益(IB)；

假设发电机的成本函数与柔性负荷的效益函数均为二次函数。定义发电机的成本函数为：

C_i(P_Gi)＝α_i+β_iP_Gi+γ_iP² _Gi，i∈S_G   (2)

式中，P_Gi表示发电机i的输出功率，C_i(P_Gi)表示发电机i在输出功率为P_Gi时所需的成本，α_i、β_i、γ_i为成本系数，S_G表示发电机集合。

定义柔性负荷的效益函数为：

B_j(P_Dj)＝a_j+b_jP_Dj+c_jP² _Dj，j∈S_D   (3)

式中，P_Dj表示柔性负荷j的用电功率，B_j(P_Dj)表示柔性负荷j在用电功率为P_Dj时产生的效益，a_j、b_j、c_j为效益系数，S_D表示柔性负荷集合。

发电机i的边际发电成本IC_i为：

${\mathrm{IC}}_i=\frac{{\&PartialD;C}_i\left(P_{\mathrm{Gi}}\right)}{{\&PartialD;P}_{\mathrm{Gi}}}={\mathrm{\&lambda;}}_i---\left(4\right)$

柔性负荷j的边际用电效益IB_j为：

${\mathrm{IB}}_j=\frac{{\&PartialD;B}_j\left(P_{\mathrm{Dj}}\right)}{{\&PartialD;P}_{\mathrm{Dj}}}={\mathrm{\&lambda;}}_j....\left(5\right).$

步骤二：运用一致性算法，计算每台发电机的IC和每个柔性负荷的IB；

选择IC和IB为一致性变量，根据一致性算法，处于主导地位的主导发电机和主导柔性负荷IC和IB的更新公式为：

${\mathrm{\&lambda;}}_i(k+1)=\underset{j\&Element;N_i}{\mathrm{\&Sigma;}}{a}_{\mathrm{ij}}{\mathrm{\&lambda;}}_i\left(k\right)+\mathrm{\&epsiv;\&Delta;P}...\left(6\right)$

式中，ΔP表示整个系统的功率缺额：ε为收敛系数。

处于从属地位的从属发电机和从属柔性负荷IC和IB的更新公式为：

${\mathrm{\&lambda;}}_i(k+1)=\underset{j\&Element;N_i}{\mathrm{\&Sigma;}}{a}_{\mathrm{ij}}{\mathrm{\&lambda;}}_j\left(k\right)---\left(7\right)$

步骤三：分别计算出发电机在该IC下的输出功率和柔性负荷在该IB下的用电功率，并判断功率是否在约束范围内，如果在功率约束范围内，则取该计算值作为发电机的输出功率或柔性负荷的用电功率，如果不在功率约束范围内，则将发电机的输出功率设为其最大或最小输出功率，柔性负荷的用电功率设为其最大或最小用电功率。

发电机输出功率和柔性负荷用电功率分别定义如下：

$P_{\mathrm{Gi}}=\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{Gi},\max },\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_i-{\mathrm{\&beta;}}_i}{{2\mathrm{\&gamma;}}_i}>P_{\mathrm{Gi},\max }\\ \frac{{\mathrm{\&lambda;}}_i-{\mathrm{\&beta;}}_i}{{2\mathrm{\&gamma;}}_i},P_{\mathrm{Gi},\min }\&le;\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_i-{\mathrm{\&beta;}}_i}{{2\mathrm{\&gamma;}}_i}\&le;P_{\mathrm{Gi},\max }\\ P_{\mathrm{Gi},\max },\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_i-{\mathrm{\&beta;}}_i}{{2\mathrm{\&gamma;}}_i}<P_{\mathrm{Gi},\min }\end{array}\right.---\left(8\right)$

式中，P_Gi,min表示发电机i输出的最小功率，P_Gi,max表示发电机i输出的最大功率。

$P_{\mathrm{Dj}}=\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{Dj},\max },\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_j-b_j}{{2c}_j}>P_{\mathrm{Dj},\max }\\ \frac{{\mathrm{\&lambda;}}_j-b_j}{{2c}_j},P_{\mathrm{Dj},\min }\&le;\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_j-b_j}{{2c}_j}\&le;P_{\mathrm{Dj},\max }\\ P_{\mathrm{Dj},\min },\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_i-b_j}{{2c}_j}<P_{\mathrm{Dj},\min }\end{array}\right.---\left(9\right)$

式中，P_Dj,min表示柔性负荷j的最小用电功率，P_Dj,max表示柔性负荷j的最大用电功率。

步骤四：计算功率偏差

步骤五：判断IC_i和IB_j是否相等并且判断ΔP的绝对值是否在其规定的误差范围内，如果上述两个条件都满足，则算法结束；反之，则转步骤二。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种输电网分布式经济调度方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)对每台发电机的边际发电成本IC和每个柔性负荷的边际用电效益IB初始化；

(2)运用一致性算法，计算每台发电机的边际发电成本IC和每个柔性负荷的边际用电效益IB；

(3)分别计算发电机在该IC下的输出功率和柔性负荷在该IB下的用电功率，并判断功率是否约束范围内，若是，则取计算值分别作为发电机的输出功率和柔性负荷的用电功率，否则，将发电机的输出功率设为其最大或最小输出功率，柔性负荷的用电功率设为其最大或最小用电功率；

(4)计算功率偏差ΔP为整个系统的功率缺额，P_Dj为柔性负荷j的用电功率，P_Gi为发电机i的输出功率；

(5)判断发电机i的边际发电成本IC_i和柔性负荷j的边际用电效益IB_j是否相等并且判断ΔP的绝对值是否在其规定的误差范围内，如果上述两个条件都满足，则算法结束，否则转到步骤(2)。

2.根据权利要求1所述输电网分布式经济调度方法，其特征在于，所述步骤(1)中，定义发电机的成本函数为：C_i(P_Gi)＝α_i+β_iP_Gi+γ_iP² _Gi，i∈S_G

式中，P_Gi表示发电机i的输出功率，C_i(P_Gi)表示发电机i在输出功率为P_Gi时所需的成本，α_i、β_i、γ_i为成本系数，S_G表示发电机集合；

定义柔性负荷的效益函数为：

B_j(P_Dj)＝a_j+b_jP_Dj+c_jP² _Dj，j∈S_D

式中，P_Dj表示柔性负荷j的用电功率，B_j(P_Dj)表示柔性负荷j在用电功率为P_Dj时产生的效益，a_j、b_j、c_j为效益系数，S_D表示柔性负荷集合。

3.根据权利要求1所述输电网分布式经济调度方法，其特征在于，所述步骤(2)中，边际发电成本IC定义为：边际用电效益IB定义为： ${\mathrm{IB}}_j=\frac{\&PartialD;B_j\left(P_{\mathrm{Dj}}\right)}{\&PartialD;P_{\mathrm{Dj}}}={\mathrm{\&lambda;}}_j.$

4.根据权利要求1所述输电网分布式经济调度方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述一致性算法中，选择IC和IB作为一致性变量。

5.根据权利要求1所述输电网分布式经济调度方法，其特征在于，所述步骤(3)中，按下式计算发电机输出功率： $P_{\mathrm{Gi}}=\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{Gi},\max },\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_i-{\mathrm{\&beta;}}_i}{2{\mathrm{\&gamma;}}_i}>P_{\mathrm{Gi},\max }\\ \frac{{\mathrm{\&lambda;}}_i-{\mathrm{\&beta;}}_i}{2{\mathrm{\&gamma;}}_i},P_{\mathrm{Gi},\min }\&le;\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_i-{\mathrm{\&beta;}}_i}{2{\mathrm{\&gamma;}}_i}\&le;P_{\mathrm{Gi},\max }\\ P_{\mathrm{Gi},\min },\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_i-{\mathrm{\&beta;}}_i}{2{\mathrm{\&gamma;}}_i}<P_{\mathrm{Gi},\min }\end{array}\right.,$ 按下式计算柔

性负荷用电功率： $P_{\mathrm{Dj}}=\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{Dj},\max },\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_j-b_j}{2c_j}>P_{\mathrm{Dj},\max }\\ \frac{{\mathrm{\&lambda;}}_j-b_j}{2c_j},P_{\mathrm{Dj},\min }\&le;\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_j-b_j}{2c_j}\&le;P_{\mathrm{Dj},\max }\\ P_{\mathrm{Dj},\min },\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_j-b_j}{2c_j}<P_{\mathrm{Dj},\min }\end{array}\right..$