CN109474017A

CN109474017A - 一种配电网实时分布式经济调度方法

Info

Publication number: CN109474017A
Application number: CN201811583637.2A
Authority: CN
Inventors: 乐健; 周谦; 王阳; 赵联港
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2018-12-24
Filing date: 2018-12-24
Publication date: 2019-03-15

Abstract

本发明涉及配电网经济调度方法，尤其涉及一种配电网实时分布式经济调度方法。本发明以最小化发电成本为电力系统经济调度目标，发电成本函数是发电功率的二次函数。将外部电网看成是一个虚拟发电机，成本函数也用二次函数表示，但令其输出功率恒为零。将各发电机组微增成本作为一致性变量，利用分布式一致性算法使各发电机微增成本收敛到一致值，从而得到经济调度的最优解。本发明将外部电网等效为虚拟发电机参与经济调度，并以微增成本作为一致性变量，仅需测量配电网与外部电网交换的有功功率，而无需任何其他全局信息，有效解决了现有分布式经济调度算法需获取系统功率差额或总负荷等全局信息的难题。

Description

一种配电网实时分布式经济调度方法

技术领域

本发明涉及配电网经济调度方法，尤其涉及一种配电网分布式经济调度方法。

技术背景

经济调度是电力系统中最基本的问题之一，它将所需的发电量分配给多个发电机组以实现与总负载平衡，同时在满足发电机出力约束条件的前提下最小化总发电成本。长期以来，电力系统经济调度问题均采用集中式方法求解，即每个发电机需与调度中心通信，调度中心收集所有信息进行计算后得到最优调度方案，随后向各发电机发出调度指令。而随着大量分布式能源的接入，电力系统结构也越来越复杂，传统集中式框架下经济调度主要有以下问题：调度中心需承受巨大的计算负担，系统可靠性和鲁棒性差，在通信网络建设和调度中心维修上成本较高，也无法满足具有分布式电源“即插即用”功能的经济调度要求。

为解决以上问题，电力系统分布式经济调度方法被提出。分布式经济调度方法通常基于一致性或分布式优化算法，在实现过程中仅需获取相邻个体的信息和自身信息，通过迭代方式计算得到问题最优解，大大提高了运行速度与可靠性。分布式优化方法在电力系统中受到了越来越多的重视，分布式经济调度方法也被认为是经济调度技术的发展方向。目前提出了Leader-Follower分布式经济调度方法，以各发电机组增量成本为一致性变量，并引入“领导者”和“跟随者”的概念，有效解决了在各种通信拓扑网络下的经济分布式优化问题。但“领导者”需知道系统的功率差额，而这是一个全局信息，如何在分布式框架下获取该信息是一个难题。有研究对此进行了改进，“领导者”无需获取功率差额信息，但需要获取系统总负荷的信息，而系统总负荷同样是一个全局信息。也有研究提出一种无需领导者的分布式一致性算法，该算法下智能体可估计出负荷功率与发电功率的不匹配，并将估计的不匹配通过反馈调整每个发电机的发电量。但该方法要求发电机功率初值之和与总负荷相等，使得初值设计需要获取全局信息。此外目前的研究均未考虑系统网损，主要是由于网损是难以分布式计算或获取的全局信息，不考虑网损的经济调度算法显然精度不高。

如何实现完全分布式经济调度依旧是电力系统经济调度的研究重点。本发明将外部电网看作虚拟发电机参与配电网经济调度，以分布式电源微增成本为一致性变量，设计了完全分布式的经济调度策略，给出了微增成本迭代计算方法和参数整定方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术方法存在的不足：系统全局变量难以获取、未计及网损、需要初始功率匹配或需要增加智能体数量及通讯网络规模等。本发明设计了一种配电网实时分布式经济调度策略，该策略将外部电网等效为虚拟发电机参与经济调度，并以微增成本作为一致性变量，仅需测量配电网与外部电网交换的有功功率，而无需任何其他全局信息，有效解决了现有分布式经济调度算法需获取系统功率差额或总负荷等全局信息的难题。

以最小化发电成本为电力系统经济调度目标，发电成本函数是发电功率的二次函数。将外部电网看成是一个虚拟发电机，成本函数也用二次函数表示，但令其输出功率恒为零。将各发电机组微增成本作为一致性变量，利用分布式一致性算法使各发电机微增成本收敛到一致值，从而得到经济调度的最优解。本发明中虽然虚拟发电机组不出力，但可从电力系统公共耦合点(PCC)实时获取系统功率差额信息，使得算法能够在满足功率平衡的前提下收敛。

本发明具体采用如下技术方案：

一种配电网实时分布式经济调度方法，其特征在于，包括：

步骤1、获取经济调度方法的优化计算中所需的各分布式电源发电参数及其通信拓扑结构，设定计算步长及收敛条件；

步骤2、确定经济调度方法的优化计算中的目标函数及其约束条件；

步骤3、将步骤1中获取的各分布式电源发电参数代入目标函数后结合约束条件进行优化求解后得到各分布式电源最优出力值后输入至各自控制器，能够优化协调各控制目标。

在上述的一种配电网实时分布式经济调度方法，所述步骤2中，调度目标是最小化发电成本，目标函数以及约束条件为：

式中，P_Gi和F_i(P_Gi)分别为第i个分布式电源输出功率和成本函数，n为配电网内分布式电源总数目。分布式电源成本函数可近似用二次函数表示为：

式中，i＝0,1,2,…,n；a_i、b_i、c_i分别为分布式电源i发电成本函数二次项、一次项和常数项系数，对于虚拟发电机组G₀则有a₀＝b₀＝c₀＝0；P_D为配电总负荷；P_LOSS为配电网网损；和分别为第i个分布式电源出力的下限和上限。对于虚拟发电机组G₀则有

在上述的一种配电网实时分布式经济调度方法，所述步骤3中，求解过程具体包括以下步骤：

采用拉格朗日乘子法，则上述带等式约束的优化模型可转换为：

式中，λ为拉格朗日乘子，也即分布式电源的微增成本；

对λ及P_Gi求偏导并令其等于零，可得：

由于所有分布式电源出力成本函数均为凸函数，求解上式可知当所有机组微增成本一致时可实现最优经济调度。

以分布式电源的微增成本λ为一致性变量设计分布式经济调度策略，第i个分布式电源微增成本的迭代计算公式为：

式中，λ_i表示分布式电源i的微增成本；k为迭代次数；a_ij为具体通信网络拓扑图对应的邻接矩阵第i行第j列元素；d_i为虚拟发电机组标识，当i＝0，即为虚拟发电机组时，d_i＝1，否则d_i＝1；ε为迭代步长，取值范围为0-1。一般而言ε取值过小则收敛速度慢，过大则可能导致不收敛；Δf_P为性能评估函数f_P的微分。通过d_i的定义可知Δf_P仅由虚拟发电机组计算。f_P定义为：

则：

可以看到，虚拟发电机组微增成本迭代计算仅需实时测量P_PCC。

迭代过程中各发电机组有功功率输出为：

考虑功率约束，上式可改为：

因此，本发明具有如下优点：本发明将外部电网等效为虚拟发电机参与经济调度，并以微增成本作为一致性变量，仅需测量配电网与外部电网交换的有功功率，而无需任何其他全局信息，有效解决了现有分布式经济调度算法需获取系统功率差额或总负荷等全局信息的难题。此外，本发明能够实时计算系统网络损耗，提高了分布式经济调度的精确度。

附图说明

图1是基于虚拟发电机组的配电网结构图。

图2是本发明提出的实时分布式经济调度流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明专利作进一步说明。

附图1是配电网结构图，配电网含n个分布式电源和m个负荷，进行经济调度的目的是使得所有分布式电源有功输出满足配电网内总负荷需求，同时使得分布式电源总发电成本最小。本发明将与配电网连接的外部电网看作一个虚拟发电机组G₀，其发出的有功功率即为PCC处有功功率P_PCC。该虚拟发电机组与分布式电源DG₁、DG₂,…,DG_n共同承担为系统内所有负荷供电的任务。为实现配电网有功功率的就地平衡，虚拟发电机组G₀的实际作用是实时获取PCC处功率信息，并通过局部通信网络与其他分布式电源进行信息交换，通过分布式控制策略实现经济调度目标。

附图2是本发明提出的实时分布式经济调度流程图。首先给出电力系统经济调度目标为最小化发电成本：

式中，i＝0,1,2,…,n；a_i、b_i、c_i分别为分布式电源i发电成本函数二次项、一次项和常数项系数，对于虚拟发电机组G₀则有a₀＝b₀＝c₀＝0。

经济调度优化模型的等式约束为：

其中，P_D为配电总负荷；P_LOSS为配电网网损。

经济调度优化模型的不等式约束为：

式中，和分别为第i个分布式电源出力的下限和上限。对于虚拟发电机组G₀则有

式中，λ为拉格朗日乘子，也即分布式电源的微增成本；

对λ及P_Gi求偏导并令其等于零，可得：

本发明以分布式电源的微增成本λ为一致性变量设计分布式经济调度策略，第i个分布式电源微增成本的迭代计算公式为：

则：

迭代过程中各发电机组有功功率输出为：

考虑功率约束，上式可改为：

由上述分析可知，本发明所提出基于一致性协议分布式经济调度策略仅需获知PCC处有功功率信息，无需其他任何全局信息，实现了完全的分布式；同时可有效计入配电网网损，提高了经济调度的精度。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种配电网实时分布式经济调度方法，其特征在于，包括：

步骤3、将步骤1中获取的分布式电源发电参数代入目标函数后结合约束条件进行优化求解后得到分布式电源最优出力值后输入至各自控制器，能够优化协调各控制目标。

2.根据权利要求1所述的一种配电网实时分布式经济调度方法，其特征在于，所述步骤2中，调度目标是最小化发电成本，目标函数以及约束条件为：

式中，P_Gi和F_i(P_Gi)分别为第i个分布式电源输出功率和成本函数，n为配电网内分布式电源总数目；分布式电源成本函数可近似用二次函数表示为：

式中，i＝0,1,2,…,n；a_i、b_i、c_i分别为分布式电源i发电成本函数二次项、一次项和常数项系数，对于虚拟发电机组G₀则有a₀＝b₀＝c₀＝0；P_D为配电总负荷；P_LOSS为配电网网损；和分别为第i个分布式电源出力的下限和上限；对于虚拟发电机组G₀则有

3.根据权利要求1所述的一种配电网实时分布式经济调度方法，其特征在于，所述步骤3中，求解过程具体包括以下步骤：

步骤1，采用拉格朗日乘子法，则上述带等式约束的优化模型可转换为：

式中，λ为拉格朗日乘子，也即分布式电源的微增成本；

步骤2，对λ及P_Gi求偏导并令其等于零，可得：

由于所有分布式电源出力成本函数均为凸函数，求解上式可知当所有机组微增成本一致时可实现最优经济调度；

步骤3，以分布式电源的微增成本λ为一致性变量设计分布式经济调度策略，第i个分布式电源微增成本的迭代计算公式为：

式中，λ_i表示分布式电源i的微增成本；k为迭代次数；a_ij为具体通信网络拓扑图对应的邻接矩阵第i行第j列元素；d_i为虚拟发电机组标识，当i＝0，即为虚拟发电机组时，d_i＝1，否则d_i＝1；ε为迭代步长，取值范围为0-1；一般而言ε取值过小则收敛速度慢，过大则可能导致不收敛；Δf_P为性能评估函数f_P的微分；通过d_i的定义可知Δf_P仅由虚拟发电机组计算；f_P定义为：

则：

可以看到，虚拟发电机组微增成本迭代计算仅需实时测量P_PCC；

步骤4，计算迭代过程中各发电机组有功功率输出：

考虑功率约束，上式可改为：