CN106991520A - 一种考虑环境效益的电力系统经济运行调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种考虑环境效益的电力系统经济运行调度方法，在发电机成本函数的基础上与污染气体排放函数耦合构建出目标函数，利用目标函数求出一致性变量，再利用一致性算法进行计算，最终得到的调度结果是则是考虑了环境效益的经济调度，符合未来经济调度的需求与发展。本发明还结合了分布式一致性算法的优点，对通讯的依赖性比集中式算法要低，可以在通讯受限或者不可靠的情况下依然可以有效运行，而且通过改变一致性协议中的Laplacian矩阵，可以解决拓扑故障和发电机组的即插即用问题。

Description

一种考虑环境效益的电力系统经济运行调度方法

技术领域

本发明属于电力系统经济调度领域，尤其是涉及一种考虑环境效益的电力系统经济运行调度方法。

背景技术

电力系统经济调度优化是系统有功优化的问题，传统上采用集中控制的方式来解决经济调度问题，传统的集中控制方案在网络控制系统中存在一些问题。首先，控制中心为了达到最佳的工作情况，需要较高的通信建设，这将导致巨大的计算负担。而且集中控制与分布式控制相比受通信故障和建模误差影响更大。其次由于即插即用技术会使得拓扑结构是时变的，且电网与通信的配置又是多样的，使得智能电网的拓扑是未知的。分布式控制更适合解决这些问题，分布式算法可以在通讯受限或者不可靠的情况下依然可以有效运行，符合现代电力系统的发展趋势。

我国电力系统的运行和管理具有“分级管理、分层控制、分布处理”的特点，系统广域分布，各种资源具有很强的异构性，从而使得网络参数和实时同步的数据收集、整合和维护的难度增大。与此同时，电力市场环境运行规则加厚了各调度机构之间的信息壁垒，进一步阻碍了系统内数据和信息的共享，使得传统的集中式计算难以在线实现，分布式算法可以保留各调度中心计算独立性的同时获得全网统一的仿真结果。克服大规模互联电网数据整合和维护的困难。

分布式计算是当前计算机和信息技术，尤其是高速网络通信技术相结合的产物，利用分布在互联网络中的丰富的计算资源进行计算，目前，无论是国际还是国内，大规模互联电力系统均采用分层控制，分布处理的管理模式，将大规模电力系统按照地域划分为若干小规模的区域系统，相应的设立区域调度中心等机构对区域电力系统进行调度和管理。各区域调度中心之间处于对等地位，共同接受上级调度机构的协调管理，不同的调度中心一般通过专用广域互联网络连接，开展电力系统分布式计算，可以有效利用分散在不同调度中心内的计算和数据资源，以及高速网络资源，实现互联电网的一体化仿真。与传统的集中式计算相比，分布式计算可以加速电力系统仿真分析，实现实时或者超实时仿真。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种考虑环境效益的电力系统经济运行调度方法，将对环境的影响考虑在目标函数中，实现了经济调度与环境保护的结合，而且在通讯受限或者不可靠的情况下依然可以有效运行，而且充分利用了计算资源。保障了电力系统的安全与稳定。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种考虑环境效益的电力系统经济运行调度方法，具体实施步骤如下：

步骤1，设置电力系统参数；

步骤2，计算一致性变量的初始值λ_i，并计算出下个状态的一致性变量值λ_i(k+1),其中，i为发电机个数,且i＝1,2....N,k为当前所在的时刻；

步骤3，判断发电机输出功率是否在约束范围内，如果在约束范围内，则将发电机当前的功率值作为计算值，如果不在约束范围内，则将发电机功率的最大值或最小值作为计算值；

步骤4，计算功率偏差ΔP，ΔP＝∑_i＝1..NP_i-P_D，其中，ΔP为功率偏差，P_D为功率负荷，P_i为第i台发电机的发电功率；

步骤5，判断功率偏差ΔP是否在规定的误差范围内：如果是，则系统结束调度，如果不是，则根据ΔP的值来增加或减小λ₁的值，并转到步骤2。

作为本发明一种考虑环境效益的电力系统经济运行调度方法的进一步优选方案，步骤1中，所述电力系统参数包括发电机个数N、发电功率P_i、参数a_i、b_i、c_i、d_i、e_i、f_i，其中，a_i、b_i、c_i为第i台发电机的成本系数，d_i、e_i、f_i为第i台发电机的排放系数。

作为本发明一种考虑环境效益的电力系统经济运行调度方法的进一步优选方案，步骤2中，所述一致性变量的初始值λ_i的具体计算如下：

其中，F_i为目标函数，F_i＝C_i(P_i)+δE_i(P_i)，δ为耦合系数，δ的范围为(0,1)，P_i为第i台发电机的发电功率，C_i表示第i台发电机的成本函数，E_i表示第i台发电机的环境影响函数。

作为本发明一种考虑环境效益的电力系统经济运行调度方法的进一步优选方案，步骤2中，一致性变量值λ_i(k+1)具体计算如下：

其中，N为总共发电机的台数，L_ij为对应的矩阵中的元素

λ_j(k)表示第j个一致性变量值。

作为本发明一种考虑环境效益的电力系统经济运行调度方法的进一步优选方案，步骤3中，发电机功率的约束范围为大于-1小于1。

作为本发明一种考虑环境效益的电力系统经济运行调度方法的进一步优选方案步骤5中，功率偏差ΔP规定的误差范围为大于-1小于1。

作为本发明一种考虑环境效益的电力系统经济运行调度方法的进一步优选方案，步骤3中按照下式计算发电机输出功率：

其中，P_imax为发电机的最大输出功率，P_imin为发电机的最小输出功率。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

(1)本发明将对环境的影响考虑在电力系统经济调度中，传统的经济调度只考虑经济效益，而不考虑环境效益，将经济效益与环境效益综合考虑更符合未来经济调度的需求与发展，也为解决日益严重的环境问题提供了一个参考方案；

(2)本发明结合了分布式一致性算法的优点，智能体只与相邻的智能体进行通信，减少了基础通信设施的建设，可以在通讯受限或者不可靠的情况下依然可以有效运行；

(3)本发明通过改变一致性协议中的Laplacian矩阵，可以解决拓扑故障和发电机组的即插即用。

附图说明

图1是本发明的发电机组之间的通信拓扑；

图2是本发明的一致性变量变化图；

图3是本发明的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明以一个5发电组系统为例，发电机组之间的通信拓扑如图1所示。

本发明一种考虑环境效益的电力系统经济运行调度方法，如图3所示，具体包含如下步骤：

步骤1，设置系统参数：发电机组个数N＝5，总功率需求为P_D＝850MW，发电机的成本函数为：污染排放函数为：其中P_i为第i台发电机的发电功率，a_i、b_i、c_i为第i台发电机的成本系数，d_i、e_i、f_i为第i台发电机的排放系数；参数如表1所示：

表1

发电机	ai	bi	ci	di	ei	fi	Pi
								1	550	7.81	0.001461	13.859	0.3276	0.0041	150
2	300	7.72	0.00183	13.859	0.3276	0.0041	250
								3	75	7.8	0.00475	39.2669	-0.5455	0.0068	150
4	540	7.75	0.001461	39.2669	-0.5455	0.0068	250
								5	76	7.76	0.00475	41.8955	-0.5111	0.0046	50

步骤2，计算一致性变量的初始值λ_i(选取λ₁作为领导者)，其中F_i为目标函数，目标函数的定义为：F_i＝C_i(P_i)+δE_i(P_i)，δ为耦合系数，范围为(0,1)。

步骤3，判断发电机功率是否在约束范围内，发电机功率的约束范围为大于-1小于1；如果在约束范围内，则将当前的功率值作为计算值，如果在约束范围外，则将输出功率的最大值或者最小值作为计算值,本例子中假设发电机组都在约束范围内。

其中，P_imax为发电机的最大输出功率，P_imin为发电机的最小输出功率。

步骤4，计算功率偏差ΔP，ΔP＝∑_i＝1..NP_i-P_D，其中，ΔP为功率偏差，P_D为功率负荷，P_i为第i台发电机的发电功率；

步骤5，判断功率偏差ΔP是否在规定的误差范围内，如果ΔP在规定的误差范围内，则算法结束，如果ΔP不在规定的误差范围内，则根据ΔP的值来增加或减小领导者λ₁的值，并转到步骤2。

领导者更新协议：

跟随者更新协议：

其中λ为一致性变量，L为发电机组之间的通信拓扑的Laplacian矩阵。

图2是本发明的一致性变量变化图。5个发电机的一致性变量经过一致性算法迭代后慢慢趋于一致的过程。图中每一个图标代表一个一致性变量，总共有5个。横坐标为迭代的次数，纵坐标为成本。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种考虑环境效益的电力系统经济运行调度方法，其特征在于：具体实施步骤如下：

步骤1，设置电力系统参数；

步骤2，计算一致性变量的初始值λ_i，并计算出下个状态的一致性变量值λ_i(k+1),其中，i为发电机个数，且i＝1,2....N,k为当前所在的时刻；

步骤3，判断发电机输出功率是否在约束范围内，如果在约束范围内，则将发电机当前的功率值作为计算值，如果不在约束范围内，则将发电机功率的最大值或最小值作为计算值；

步骤4，计算功率偏差ΔP，ΔP＝∑_i＝1..NP_i-P_D，其中，ΔP为功率偏差，P_D为功率负荷，P_i为第i台发电机的发电功率；

步骤5，判断功率偏差ΔP是否在规定的误差范围内：如果是，则系统结束调度，如果不是，则根据ΔP的值来增加或减小λ₁的值，并转到步骤2。

2.根据权利要求1所述的一种考虑环境效益的电力系统经济运行调度方法，其特征在于，步骤1中，所述电力系统参数包括发电机个数N、发电功率P_i、参数a_i、b_i、c_i、d_i、e_i、f_i，其中，a_i、b_i、c_i为第i台发电机的成本系数，d_i、e_i、f_i为第i台发电机的排放系数。

3.根据权利要求1所述的一种考虑环境效益的电力系统经济运行调度方法，其特征在于，步骤2中，所述一致性变量的初始值λ_i的具体计算如下：

${\mathrm{\λ}}_i=\frac{\∂F_i}{\∂P_i}$

其中，F_i为目标函数，F_i＝C_i(P_i)+δE_i(P_i)，δ为耦合系数，δ的范围为(0,1)，P_i为第i台发电机的发电功率，C_i表示第i台发电机的成本函数，E_i表示第i台发电机的环境影响函数。

4.根据权利要求1所述的一种考虑环境效益的电力系统经济运行调度方法，其特征在于，步骤2中，一致性变量值λ_i(k+1)具体计算如下：

${\mathrm{\λ}}_i(k+1)=\underset{j=1}{\overset{N}{\Σ}}{d}_{ij}{\mathrm{\λ}}_j\left(k\right)$

其中，N为总共发电机的台数，L_ij为对应的矩阵中的元素，

λ_j(k)表示第j个一致性变量值。

5.根据权利要求1所述的一种考虑环境效益的电力系统经济运行调度方法，其特征在于，步骤3中，发电机功率的约束范围为大于-1小于1。

6.根据权利要求1所述的一种考虑环境效益的电力系统经济运行调度方法，其特征在于，步骤5中，功率偏差ΔP规定的误差范围为大于-1小于1。

7.根据权利要求2所述的一种考虑环境效益的电力系统经济运行调度方法，其特征在于，步骤3中按照下式计算发电机输出功率：

$P_i=\left\{\begin{array}{cc}{P}_{i\max },& \frac{{\mathrm{\&lambda;}}_i-b_i-{\mathrm{\&delta;e}}_i}{2c_i+2{\mathrm{\&delta;f}}_i}>P_{i\max }\\ \frac{{\mathrm{\&lambda;}}_i-b_i-{\mathrm{\&delta;e}}_i}{2c_i+2{\mathrm{\&delta;f}}_i},& P_{i\min }<\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_i-b_i-{\mathrm{\&delta;e}}_i}{2c_i+2{\mathrm{\&delta;f}}_i}<P_{i\max }\\ p_{i\min },& \frac{{\mathrm{\&lambda;}}_i-b_i-{\mathrm{\&delta;e}}_i}{2c_i+2{\mathrm{\&delta;f}}_i}<P_{i\min }\end{array}\right.$

其中，P_imax为发电机的最大输出功率，P_imin为发电机的最小输出功率。