CN110048415A - 一种适用于并网型微电网的实时分布式经济调度方法 - Google Patents
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Abstract
一种适用于并网型微电网的实时分布式经济调度方法，根据并网型微电网系统的有功平衡等式约束和各机组有功输出限制的不等式约束，以微电网系统的最小总运行成本为目标，建立微电网经济调度模型；当仅考虑等式约束时，利用拉格朗日乘子法将包含等式约束的优化问题转化为拉格朗日函数的极值问题；根据极值问题的极值条件可知，各机组成本微增率相等是微电网经济调度取得极小值的必要条件，将每个机组作为一个智能体，采用智能体的一致性算法进行迭代；在PCC处设置一个领导智能体实时测量实际功率与参考功率偏差，并输出成本微增率参考值发送至各智能体作为一致性跟踪变量；根据成本微增率计算出各机组的有效功率，再根据各机组有功约束进行限幅输出，最后计算出总发电成本。该方法不仅解决了集中式控制模式无法满足分布式电源“即插即用”要求的问题，还避免了现有的分布式经济调度算法在处理微电网有功平衡约束时须获知全局信息的情况。
Description
技术领域
本发明属于微电网系统优化调度技术领域，具体涉及一种适用于并网型微电网的实时分布式经济调度方法。
背景技术
近年来，随着全球能源危机与环境问题的日益严重，分布式发电技术得到了广泛而快速的发展，为了解决分布式电源与大电网的融合问题，微电网的概念应运而生。微电网的建立将为用户带来多方面的利益，其中经济效益是设计与建设微电网并将其应用于用户中的最主要原因，微电网经济调度的目的是在满足系统运行约束条件下，尽可能地提高系统运行的经济性。
目前，集中式微电网经济调度策略要求各被控对象向集中控制器发送状态信息并接收功率指令，对通信网络和集中控制器性能要求很高，无法实现微网分布式电源即插即用的要求。为了提高微电网经济调度的鲁棒性和可扩展性，研究者提出了各种各样的分布式经济调度策略来克服集中式算法中的不足。多智能体系统作为一种分布式结构，有良好启发性和自主性，能够适用于动态和分布的复杂电力系统，尤其适用于微网的经济调度。基于多智能体一致性算法的分布式控制结构仅需各智能体获取本地单元与邻近智能体的信息，通信网络传输信息量小，优化收敛速度快，满足即插即用要求，可获得理想的控制效果。
但是，目前提出的这些微网分布式经济调度方法在考虑功率平衡约束时，所有智能体的输出功率都需要反馈给领导智能体，即提出的算法要求领导智能体掌控全局信息，所以在本质上还是属于集中式控制算法。因此，研究一种新的完全分布式经济调度具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种适用于并网型微电网的实时分布式经济调度方法，不仅解决了集中式控制模式无法满足分布式电源“即插即用”要求的问题，还避免了现有的分布式经济调度算法在处理微电网有功平衡约束时须获知全局信息的情况。
本发明提供一种适用于并网型微电网的实时分布式经济调度方法，包括如下步骤，
步骤S1、根据并网型微电网系统的有功平衡等式约束和各机组有功输出限制的不等式约束，以微电网系统的最小总运行成本为目标，建立微电网经济调度模型；
步骤S2、当仅考虑等式约束时，利用拉格朗日乘子法将包含等式约束的优化问题转化为拉格朗日函数的极值问题；
步骤S3、根据极值问题的极值条件可知，各机组成本微增率相等是微电网经济调度取得极小值的必要条件，将每个机组作为一个智能体，采用智能体的一致性算法进行迭代；
步骤S4、在PCC处设置一个领导智能体实时测量实际功率与参考功率偏差，并输出成本微增率参考值发送至各智能体作为一致性跟踪变量；
步骤S5、根据成本微增率计算出各机组的有效功率，再根据各机组有功约束进行限幅输出，最后计算出总发电成本。
作为本发明的进一步技术方案，并网型微电网系统包括微型燃气轮机、柴油发电机、风力发电、光伏发电、储能、电动汽车及负荷，网型微电网系统通过变压器与大电网相连。
进一步的，步骤S1中，微电网经济调度模型为：
其中，PGi为机组i的有功功率，和分别为机组i有功功率的上下限，αi,βi,γi为成本函数的相应系数，Ppv和Pwt分别为光伏和风力发电输出的功率，Ppcc为PCC处的有功功率，其正方向为大电网到微电网，Pload为负荷的有功功率。
进一步的，步骤S2中，利用拉格朗日乘子法将包含等式约束的优化问题转化为拉格朗日函数的极值问题的公式为：
其中，λ是拉格朗日乘数；
拉格朗日函数L的无条件极值的必要条件为：
即：2α1PG1+β1＝...＝2αnPGn+βn＝λ。
进一步的，步骤S3中，智能体的成本微增率为：
λi＝2αiPGi+βi；
基于一致性分布式迭代算法，各智能体的成本微增率更新为：
其中，aij为多智能体系统的连接矩阵的元素，当多智能体系统通信拓扑具有通性时，经若干次迭代后，各智能体的成本微增率趋于一致。
进一步的，步骤S4中，PCC处的领导智能体的成本微增率参考值为：
其中，K是一个增益系数(取负值)，Ppcc表示PCC处的实际有功功率，正方向为大电网流向微电网，表示Ppcc的参考值。
进一步的，步骤S5中，各机组的有功功率为：
则根据各机组有功约束进行限幅输出，即：
本发明的优点在于，
1、在公共耦合点设置一个引领智能体，用于测量微电网与主网实时交换的有功功率和感知微电网总体有功平衡状况，用一种完全分布式的算法解决了并网型微网实时分布式经济调度问题。
2、该方法提高了并网型微电网经济调度策略的鲁棒性，能适应通信拓扑变化、功率容量超出约束的情况和满足分布式电源的即插即用的需求以及具有实时抑制有功波动的能力。
附图说明
图1是本发明的分布式经济调度算法流程图；
图2是本发明的并网型微网系统示例的结构示意图。
具体实施方式
并网型微网系统示例如图2所示，包括微型燃气轮机、柴油发电机、风力发电、光伏发电、储能、电动汽车以及负荷等，微电网通过变压器与大电网相连接。如图1所示，针对该并网型微网系统示例，运用本发明方法实施经济调度的具体步骤如下：
步骤S1、根据并网型微电网系统的有功平衡等式约束和各机组有功输出限制的不等式约束，以微电网系统的最小总运行成本为目标，建立微电网经济调度模型；
步骤S2、当仅考虑等式约束时，利用拉格朗日乘子法将包含等式约束的优化问题转化为拉格朗日函数的极值问题；
步骤S3、根据极值问题的极值条件可知，各机组成本微增率相等是微电网经济调度取得极小值的必要条件，将每个机组作为一个智能体，采用智能体的一致性算法进行迭代；
步骤S4、在PCC处设置一个领导智能体实时测量实际功率与参考功率偏差，并输出成本微增率参考值发送至各智能体作为一致性跟踪变量；
步骤S5、根据成本微增率计算出各机组的有效功率，再根据各机组有功约束进行限幅输出，最后计算出总发电成本。
步骤S1中，微电网经济调度模型为：
其中，PGi为机组i的有功功率，和分别为机组i有功功率的上下限，αi,βi,γi为成本函数的相应系数，Ppv和Pwt分别为光伏和风力发电输出的功率，Ppcc为PCC处的有功功率，其正方向为大电网到微电网，Pload为负荷的有功功率。
步骤S2中，利用拉格朗日乘子法将包含等式约束的优化问题转化为拉格朗日函数的极值问题的公式为：
其中，λ是拉格朗日乘数；
拉格朗日函数L的无条件极值的必要条件为：
即：2α1PG1+β1＝...＝2αnPGn+βn＝λ。
步骤S3中，智能体的成本微增率为：
λi＝2αiPGi+βi；
基于一致性分布式迭代算法，各智能体的成本微增率更新为：
其中，aij为多智能体系统的连接矩阵的元素，当多智能体系统通信拓扑具有通性时，经若干次迭代后，各智能体的成本微增率趋于一致。
步骤S4中，对于并网型微电网，微电网PCC点处的有功功率响应大电网的功率调度指令，以平抑PCC点处的功率波动，减少主电网的有功功率平衡负担。若所设计的调度策略保证微电网总有功功率与其参考功率相等，那么并网型微电网的功率平衡约束式也将得到满足。
为达到上述目的，在PCC处设置一个领导智能体(编号0)实时测量此处实际功率与参考功率偏差，并输出成本微增率参考值发送给各智能体作为一致性跟踪变量。PCC处的领导智能体的成本微增率参考值为：
其中，K是一个增益系数(取负值)，Ppcc表示PCC处的实际有功功率，正方向为大电网流向微电网，表示Ppcc的参考值。
步骤S5中，各机组的有功功率为：
则根据各机组有功约束进行限幅输出，即：
本方法能够以完全分布式的模式实现微电网各机组的最优功率分配，不仅可以满足微电网电源“即插即用”功能需求，还可以实时地平衡光伏、风机以及负荷的有功波动。此外，相对于传统的集中式经济调度，分布式经济调度还可以节约通信资源。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种适用于并网型微电网的实时分布式经济调度方法，其特征在于，包括如下步骤，
步骤S1、根据并网型微电网系统的有功平衡等式约束和各机组有功输出限制的不等式约束，以微电网系统的最小总运行成本为目标，建立微电网经济调度模型；
步骤S2、当仅考虑等式约束时，利用拉格朗日乘子法将包含等式约束的优化问题转化为拉格朗日函数的极值问题；
步骤S3、根据极值问题的极值条件可知，各机组成本微增率相等是微电网经济调度取得极小值的必要条件，将每个机组作为一个智能体，采用智能体的一致性算法进行迭代；
步骤S4、在PCC处设置一个领导智能体实时测量实际功率与参考功率偏差，并输出成本微增率参考值发送至各智能体作为一致性跟踪变量；
步骤S5、根据成本微增率计算出各机组的有效功率，再根据各机组有功约束进行限幅输出，最后计算出总发电成本。
2.根据权利要求1所述的一种适用于并网型微电网的实时分布式经济调度方法，其特征在于，所述并网型微电网系统包括微型燃气轮机、柴油发电机、风力发电、光伏发电、储能、电动汽车及负荷，所述网型微电网系统通过变压器与大电网相连。
3.根据权利要求1所述的一种适用于并网型微电网的实时分布式经济调度方法，其特征在于，所述步骤S1中，微电网经济调度模型为：
其中，PGi为机组i的有功功率，和分别为机组i有功功率的上下限，αi,βi,γi为成本函数的相应系数，Ppv和Pwt分别为光伏和风力发电输出的功率，Ppcc为PCC处的有功功率，其正方向为大电网到微电网，Pload为负荷的有功功率。
4.根据权利要求1所述的一种适用于并网型微电网的实时分布式经济调度方法，其特征在于，所述步骤S2中，利用拉格朗日乘子法将包含等式约束的优化问题转化为拉格朗日函数的极值问题的公式为：
其中，λ是拉格朗日乘数；
拉格朗日函数L的无条件极值的必要条件为：
即：2α1PG1+β1＝...＝2αnPGn+βn＝λ。
5.根据权利要求1所述的一种适用于并网型微电网的实时分布式经济调度方法，其特征在于，所述步骤S3中，智能体的成本微增率为：
λi＝2αiPGi+βi；
基于一致性分布式迭代算法，各智能体的成本微增率更新为：
其中，aij为多智能体系统的连接矩阵的元素，当多智能体系统通信拓扑具有通性时，经若干次迭代后，各智能体的成本微增率趋于一致。
6.根据权利要求1所述的一种适用于并网型微电网的实时分布式经济调度方法，其特征在于，所述步骤S4中，PCC处的领导智能体的成本微增率参考值为：
其中，K是一个增益系数(取负值)，Ppcc表示PCC处的实际有功功率，正方向为大电网流向微电网，表示Ppcc的参考值。
7.根据权利要求1所述的一种适用于并网型微电网的实时分布式经济调度方法，其特征在于，所述步骤S5中，各机组的有功功率为：
则根据各机组有功约束进行限幅输出，即：
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