CN108599258A - 一种基于分布式控制的孤岛微网经济优化调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分布式控制的孤岛微网经济优化调度方法，其特征是针对没有中央控制器的情况，在微电网孤岛运行时，各节点根据采集到的实时数据，采用基于Gossip算法的分布式控制方法进行相邻节点之间的数据交换，经过若干次信息交换后，每个节点都能获得系统的全局信息，计算并快速调节各节点处分布式微源的输出功率，从而在满足系统功率供需平衡的同时，使微电网运行在经济最优状态。本发明方法可以适用于孤岛运行模式下的微电网经济优化调度，有效降低了系统的通信成本和复杂性，有利于提升微电网的经济性和稳定性。

Description

一种基于分布式控制的孤岛微网经济优化调度方法

技术领域

本发明涉及一种基于分布式控制的孤岛微网经济优化调度方法。

背景技术

近年来，由于全球经济的高速发展，电能的需求量也迎来了爆发式的增长。而电能的主要生产方式仍然是传统的火力发电，但是火力发电会向环境中排放大量的污染。煤炭、石油等不可再生能源的过度开采也使得人类社会面临着严峻的能源问题，世界各国对此都给予了高度的重视。在经济飞速发展的今天，电力负荷的增加促使各国展开了对微电网的研究与应用，从而实现分布式电能资源的优化配置和合理利用。

微电网有两种运行模式，其既可以与大电网并联运行，发挥削峰填谷、电网备用等功能；也可以与大电网断开运行，进入孤岛模式。这在一定程度上有助于提高对重要负荷持续供电的可靠性，改善电能质量，提高资源利用率，减少环境污染等。但是由于微电网系统中可再生能源等输出功率的不可控性和随机波动性，特别是在孤岛运行模式下，其不依靠大电网支撑时的能量管理问题更为突出，如何制定合理有效的经济调度策略和方法是保证微电网经济运行的关键。

传统的微电网经济调度是采用集中式的控制方法，通过系统中央控制器完成信息的采集、处理和下发，进而控制和调整各个分布式微源的输出功率，但是这种控制方法存在诸多弊端，例如系统在计算时需要大量的信息，因此会使系统需要处理的通信信息量剧增，通信压力大，这就造成了系统的通信成本上升和可靠性降低等，从而不能很好地适应电力系统的要求。另外，由于微电网系统结构的多变性，尤其是太阳能和风机等输出功率随机波动的微源投入会导致系统结构发生变化，因此集中式的调度算法对这种情况的适应性会大打折扣。

发明内容

本发明的目的是针对微电网集中式控制方法的不足，提出了一种基于分布式控制的孤岛微网经济优化调度方法，实现在没有中央控制器的情况下，各节点根据采集到的实时数据，采用基于Gossip算法的分布式控制方法进行相邻节点之间的信息交换，经过若干次的信息交换后，每个节点都能获得系统的全局信息，计算并快速调节各节点处分布式微源的输出功率，从而使微电网在满足系统功率供需平衡的同时，运行在经济最优状态。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明基于分布式控制的孤岛微网经济优化调度方法的特点是针对没有中央控制器的情况，在微电网孤岛运行时，各节点根据采集到的实时数据，采用基于Gossip算法的分布式控制方法进行相邻节点之间的数据交换，经过若干次信息交换后，每个节点都能获得系统的全局信息，计算并快速调节各节点处分布式微源的输出功率，从而在满足系统功率供需平衡的同时，使微电网运行在经济最优状态。

本发明基于分布式控制的孤岛微网经济优化调度方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、建立微电网系统中各分布式发电微源的发电成本函数，并将每一个分布式发电微源视为一个节点，微网系统中的第i个分布式微源的发电成本函数C_i(P_Gi)如式(1)所表征：

C_i(P_Gi)＝α_iP_Gi ²+β_iP_Gi+γ_i (1)，

其中，P_Gi为第i个分布式微源的输出有功功率，α_i、β_i和γ_i为第i个分布式微源的发电成本系数；

步骤2、对处在各个节点处的分布式微源的发电成本函数求导，求取第i个分布式微源的发电成本函数对其自身输出有功功率的偏导数，所述偏导数即是由式(2)所表征的微增率μ_i：

步骤3、建立基于Gossip分布式算法的微网相邻节点之间信息交换的通信迭代机制和控制方法，在第r次数据交换完成后，各节点根据其自身节点采集到的信息和交换获得的相邻节点的信息将自身节点信息按式(3)更新为

其中，和分别表示节点i和节点j在第r次数据交换时带有的信息，表示节点i在第r次数据交换完成后，第r+1次时带有的信息，w_ii和w_ij是由式(4)进行取值的权重：

其中，d_i是与节点i相邻的节点个数，λ₁(L)和λ_n-1(L)分别表示由各节点构成的通信拓扑图的拉普拉斯矩阵L的特征值按照小大到小排序后的第1个和第n-1个特征值，N_i表示所有与节点i相邻的节点组成的集合；

步骤4、根据式(3)获得针对各个分布式微源的微增率μ_i的信息交换迭代如式(5)：

其中，和分别表示节点i和节点j在第r次数据交换时的微增率，表示节点i在第r次数据交换完成后，第r+1次时的微增率；

步骤5、每一次迭代完成后，由式(6)计算获得各分布式微源的输出有功功率P_Gi：

步骤6、误差校验

设定误差ε，若检测到微电网系统的有功功率缺额|ΔP|＜ε，则停止迭代，各微源保持其当前的输出功率值不变；若检测到微电网系统的有功功率缺额|ΔP|≥ε，则返回步骤2，ΔP为系统的有功负荷需求P_LD与所有分布式微源的输出有功功率总和∑P_Gi的差。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明在进行孤岛微电网经济优化调度时大大的降低了系统的通信成本和复杂性，有效的解决了微电网在没有中央控制的情况下进行分布式经济调度的目的，提高了孤岛微电网系统的供电可靠性和经济性。

附图说明

图1为本发明中微电网分布式经济优化调度方法的流程图；

图2为本发明中微电网系统的通信拓扑图；

图3为本发明中微电网系统中节点之间的信息交换示意图。

具体实施方法

本实施例中基于分布式控制的孤岛微网经济优化调度方法是针对没有中央控制器的情况，在微电网孤岛运行时，各节点根据采集到的实时数据，采用基于Gossip算法的分布式控制方法进行相邻节点之间的数据交换，经过若干次信息交换后，每个节点都能获得系统的全局信息，计算并快速调节各节点处分布式微源的输出功率，从而在满足系统功率供需平衡的同时，使微电网运行在经济最优状态。

参见图1，本实施例中基于分布式控制的孤岛微网经济优化调度方法按如下步骤进行：

步骤1、根据实际情况输入系统的有功负荷需求P_LD，建立微电网系统中各分布式发电微源的发电成本函数，并将每一个分布式发电微源视为一个节点，所有的分布式微源节点组成图2所示的9节点微电网系统的通信拓扑图，微网系统中的第i个分布式微源的发电成本函数C_i(P_Gi)如式(1)所表征：

C_i(P_Gi)＝α_iP_Gi ²+β_iP_Gi+γ_i (1)，

其中，P_Gi表示第i个分布式微源的输出有功功率，i的取值范围是[1，9]内的整数，α_i、β_i和γ_i为第i个分布式微源的发电成本系数，α_i、β_i和γ_i是根据系统的实际情况设定的大于零的实数，比如本发明在仿真时使用的一组发电成本系数如表1所示。

表1各分布式微源的发电成本系数

步骤2、对处在各个节点处分布式微源的发电成本函数求偏导，求取第i个分布式微源的发电成本函数对其自身输出有功功率的偏导数，所述偏导数即是由式(2)所表征的微增率μ_i：

步骤3、建立基于Gossip分布式算法的微电网相邻节点之间信息交换的通信迭代机制和控制方法，这个过程中信息交换按照图3所示的方式进行，即节点i将自身的信息x_i传递给节点j的同时，接收来自其相邻节点j的信息x_j，在第r次信息交换完成后，各节点根据其自身节点采集到的信息和交换获得的相邻节点的信息将自身节点信息按式(3)更新为

其中，和分别表示节点i和节点j在第r次信息交换时带有的信息，表示节点i在第r次信息交换完成后，第r+1次时带有的信息，w_ii和w_ij是由式(4)进行取值的权重：

其中，d_i是与节点i相邻的节点个数，λ₁(L)和λ_n-1(L)分别表示由各节点构成的通信拓扑图的拉普拉斯矩阵L的特征值按照小大到小排序后的第1个和第n-1个特征值，N_i表示所有与节点i相邻的节点组成的集合；根据图2所示的微电网系统的通信拓扑图，可以得出其拉普拉斯矩阵L为：

由此计算获得：λ₁(L)≈2.0301×10^-16，λ₈(L)≈4.5228，计算获得的特征值保留小数点后四位。

步骤4、根据式(3)获得针对各个分布式微源的微增率μ_i的信息交换迭代如式(5)：

其中，和分别表示节点i和节点j在第r次信息交换时的微增率，表示节点i在第r次信息交换完成后，第r+1次时的微增率。

步骤5、在每一次迭代完成后，由式(6)计算获得每个节点处的分布式微源的输出有功功率P_Gi：

在完成输出有功功率P_Gi的计算后，将发电功率指令下发给相应的分布式微源，在这个迭代过程中，各个分布式微源的微增率都将趋于同一个值，当所有的微增率相等时，即满足等微增率原则，各个分布式微源的输出功率也将趋于稳定而不再变化，这时的微电网系统即运行在经济最优状态。

步骤6、误差校验

设定误差ε，若检测到微电网系统的有功功率缺额|ΔP|＜ε，则停止迭代，各微源保持其当前的输出功率值不变；若检测到微电网系统的有功功率缺额|ΔP|≥ε，则返回步骤2，ΔP为系统的有功负荷需求P_LD与所有分布式微源的输出有功功率总和∑P_Gi的差。

本发明中基于分布式控制的孤岛微网经济优化调度方法，在系统没有中央控制器的情况下，各节点微源通过相邻节点之间的信息交换迭代方式，在若干次的数据交换后，都能获得系统的全局信息，在每次的信息交换迭代过程中，各节点处的微源计算出自身的输出有功功率并完成其快速调节，使孤岛微网系统在满足有功功率供需平衡的同时，运行在经济最优状态。这种分布式的经济调度方法可以有效降低系统的通信成本和复杂性，提高系统的经济性和稳定性。

Claims (2)

1.一种基于分布式控制的孤岛微网经济优化调度方法，其特征是针对没有中央控制器的情况，在微电网孤岛运行时，各节点根据采集到的实时数据，采用基于Gossip算法的分布式控制方法进行相邻节点之间的数据交换，经过若干次信息交换后，每个节点都能获得系统的全局信息，计算并快速调节各节点处分布式微源的输出功率，从而在满足系统功率供需平衡的同时，使微电网运行在经济最优状态。

2.根据权利要求1所述的基于分布式控制的孤岛微网经济优化调度方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、建立微电网系统中各分布式发电微源的发电成本函数，并将每一个分布式发电微源视为一个节点，微网系统中的第i个分布式微源的发电成本函数C_i(P_Gi)如式(1)所表征：

C_i(P_Gi)＝α_iP_Gi ²+β_iP_Gi+γ_i (1)，

其中，P_Gi为第i个分布式微源的输出有功功率，α_i、β_i和γ_i为第i个分布式微源的发电成本系数；

步骤2、对处在各个节点处的分布式微源的发电成本函数求导，求取第i个分布式微源的发电成本函数对其自身输出有功功率的偏导数，所述偏导数即是由式(2)所表征的微增率μ_i：

步骤3、建立基于Gossip分布式算法的微网相邻节点之间信息交换的通信迭代机制和控制方法，在第r次数据交换完成后，各节点根据其自身节点采集到的信息和交换获得的相邻节点的信息将自身节点信息按式(3)更新为

其中，和分别表示节点i和节点j在第r次数据交换时带有的信息，表示节点i在第r次数据交换完成后，第r+1次时带有的信息，w_ii和w_ij是由式(4)进行取值的权重：

其中，d_i是与节点i相邻的节点个数，λ₁(L)和λ_n-1(L)分别表示由各节点构成的通信拓扑图的拉普拉斯矩阵L的特征值按照小大到小排序后的第1个和第n-1个特征值，N_i表示所有与节点i相邻的节点组成的集合；

步骤4、根据式(3)获得针对各个分布式微源的微增率μ_i的信息交换迭代如式(5)：

其中，和分别表示节点i和节点j在第r次数据交换时的微增率，表示节点i在第r次数据交换完成后，第r+1次时的微增率；

步骤5、每一次迭代完成后，由式(6)计算获得各分布式微源的输出有功功率P_Gi：

步骤6、误差校验

设定误差ε，若检测到微电网系统的有功功率缺额|ΔP|＜ε，则停止迭代，各微源保持其当前的输出功率值不变；若检测到微电网系统的有功功率缺额|ΔP|≥ε，则返回步骤2，ΔP为系统的有功负荷需求P_LD与所有分布式微源的输出有功功率总和∑P_Gi的差。