CN110707691A - 一种基于用户的分布式智能电网监控系统的控制方法 - Google Patents

一种基于用户的分布式智能电网监控系统的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种基于用户的分布式智能电网监控系统的控制方法，包括：基于历史数据，对电网中各发电模块的发电能力评估，极大减小了可再生能源不确定性对电网的冲击，增强了电网的可靠性，实现了数据驱动的分布式智能电网监控；设置与各发电模块的碳排放评估值和传输费用及与各用户模块的传输费用相关的传输参数，促进了可再生能源的消纳；每个模块i迭代计算其产电量上下界参数及其向其它任一模块j输送电力的电量，并在每次迭代后将计算结果发送至模块j，直至各参数收敛，其中用户输送电量始终小于零，用户参与控制信息计算和传递，为用户提供可靠性电能，增加了用户用电的灵活性和可选择性，另外，通过分布式监控，用户的隐私也得到了极大的保护。

Description

一种基于用户的分布式智能电网监控系统的控制方法
技术领域
本发明属于人工智能领域，更具体地，涉及一种基于用户的分布式智能电网监控系统的控制方法。
背景技术
近年来，随着新能源发电技术得到迅猛发展，其应用遍布至各家各户。尽管越来越多的地方开始布局分布式新能源发电系统，但由于其与天气、气候等不确定因素紧密相关，造成新能源发电技术存在较大地随机性，进而造成新能源并网后对电网的可靠运行造成威胁；由于其随机性大，运行不稳定，新能源发电也不为大众接受和消纳，弃电时有发生。另外，传统电网采用集中式的监控方法，不仅对其可靠性运行不利，用户的用电信息需要传送给集中监控设备，容易造成用户隐私泄露问题。
由此可见，现有技术存在新能源发电的电量难以为大众接受和消纳、集中式监控方法存在隐私泄露等技术问题。
发明内容
本发明提供一种基于用户的分布式智能电网监控系统的控制方法，用以解决现有基于用户的电网监控方法中因采用集中式监控存在新能源发电的电量难以为大众接受和消纳、隐私泄露而导致实用性不高的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于用户的分布式智能电网监控系统的控制方法，监控系统中包括若干分布式发电模块及若干用户模块，发电模块和用户模块中均包括计算单元和信息传递单元，其中计算单元用于计算的控制参数，信息传递单元用于传递控制参数；各模块之间通过输电线连接，用于传输电能及传递信息；
所述若干分布式发电模块包括传统能源发电模块和可再生能源发电模块；各用户模块中均包括储能单元，用于购电以满足其用电所需；
通过以下步骤控制所述监控系统：
(1)基于历史天气数据，对各发电模块的产电量进行初步预测，并基于每个发电模块的历史发电数据和所述初步预测的产电量，得到该发电模块的成本参数ai、bi、di；
成本
Figure BDA0002232732470000021
其中ci为发电模块i的产电量，Ei为发电模块i产生电量ci所需成本，ai、bi、di均为基于历史发电数据得到的发电模块i的电力生产相关参数；
(2)根据各发电模块的碳排放评估值和传输费用以及用户模块的传输费用，设置各模块之间的传输参数fij，其中fij表示模块i向模块j的传输参数；
(3)对模块i向模块j传输电力的预估价格pij、模块i向模块j传输电力的电量gij、模块j向模块i传输电力的电量gji、模块i的上界参数hi、模块j下届参数li、模块i对模块j的辅助价格rij选取初值；
(4)采用每个发电模块及用户模块中的计算单元，从第1次开始，利用上一次的迭代所得信息，通过如下公式计算当前k+1次迭代所得的模块i向模块j传输电力的预估价格
Figure BDA0002232732470000022
其用于各模块之间的电力传输平衡；
Figure BDA0002232732470000023
其中为第k次迭代所得的模块j向模块i传输电力的的预估价格，
Figure BDA0002232732470000025
为第k次迭代所得的模块i向模块j传输电力的电量，
Figure BDA0002232732470000026
为第k次迭代所得的模块j向模块i传输电力的电量；
(5)基于每个发电模块及用户模块中的计算模块，从第1次开始，利用上一次的迭代所得信息，通过如下公式计算模块i当前k+1次迭代所得上界参数和下界参数
Figure BDA0002232732470000032
Figure BDA0002232732470000033
其中为模块i第k次迭代计算所得的上界参数，
Figure BDA0002232732470000036
为第k次步迭代计算所得的下界参数，mi为模块i的功率上限，si为模块i的功率下限；
(6)基于每个发电模块及用户模块中的计算单元，利用上一次的迭代所得信息，各个模块i通过如下子步骤计算第k+1次迭代所得的模块i向模块j传输电力的电量
Figure BDA0002232732470000037
i)通过如下公式计算第k次模块i对模块j的辅助价格：
Figure BDA0002232732470000038
Figure BDA0002232732470000039
其中γ为正常数；
ii)若模块i为发电模块，其基于辅助价格，通过如下步骤计算当前k+1次迭代所得的模块i向模块j传输电力的电量
若的值为正，则
Figure BDA00022327324700000312
若
Figure BDA00022327324700000314
不为正，则
Figure BDA00022327324700000315
若模块i为用户模块，其基于辅助价格，通过如下公式计算当前k+1次迭代所得的模块i向模块j传输电力的电量
Figure BDA00022327324700000316
若
Figure BDA00022327324700000317
Figure BDA0002232732470000041
若
(7)各模块通过其信息传递单元，将迭代所得信息传递给其他模块以进行下一次迭代计算；
(8)重复步骤(5)-(8)，直到每个模块相邻两次迭代计算所得的预估价格、模块之间传输的电量、模块的上下界参数的差值均不超过设定阈值，此时模块i基于当前迭代计算所得信息，向模块j输送电量
Figure BDA0002232732470000043
且价格为产电量上限为
Figure BDA0002232732470000045
和产电量下限为
Figure BDA0002232732470000046
本发明的有益效果是：本发明提出一种基于用户的分布式智能电网监控系统的控制方法，其基于历史数据，对各发电模块和用户模块的发电能力进行评估，极大的减小了可再生能源不确定性对电网的冲击，增强了电网的可靠性；基于历史数据对各模块的产电量进行初步预测，实现了数据驱动的分布式智能电网监控；通过设置与各发电模块及用户模块的碳排放评估值、传输费用相关的传输参数fij，促进了可再生能源的消纳；通过用户模块的参与，增强了用户对于供电方的可选择性质，在为用户提供可靠性电能的同时，增加了用户用电的灵活性和可选择性。通过分布式监控，用户的隐私也得到了极大的保护。
上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，fij的取值具体方式为：通过对模块i和模块j的碳排放评估值以及模块i向模块j的传输费用进行加权计算，得到fij值。
本发明的进一步有益效果是：两个模块之间的传输参数，通过采用每个模块的碳排放评估值和传输费用进行加权计算，能够更好地反映这两个模块之间的传输电量的环境友好性，提高控制的可靠性、实用性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于用户的分布式智能电网监控系统的控制方法中监控系统的结构示意框图；
图2为本发明实施例提供的一种基于用户的分布式智能电网监控系统的控制方法的流程框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例一
一种基于用户的分布式智能电网监控系统的控制方法，如同1所示，监控系统100中包括若干分布式发电模块及若干用户模块，发电模块和用户模块中均包括计算单元和信息传递单元，其中计算单元用于计算的控制参数，信息传递单元用于传递控制参数；各模块之间通过输电线连接，可传输电能，同时各模块之间通讯连接，可传递信息；
若干分布式发电模块包括传统能源发电模块和可再生能源发电模块；各用户模块中均包括储能单元，用于购电以满足其用电所需；
如图2所示，通过以下步骤控制监控系统：
步骤110、基于历史天气数据，对各发电模块的产电量进行初步预测，并基于每个发电模块的历史发电数据和所述初步预测的产电量，得到该发电模块的成本参数ai、bi、di；
成本
Figure BDA0002232732470000051
其中ci为发电模块i的产电量，Ei为发电模块i产生电量ci所需成本，ai、bi、di均为基于历史发电数据得到的发电模块i的电力生产相关参数。
需要说明的是，根据每个模块所在环境的历史天气数据，对该模块进行产电量预测，以通过拟合，得到各成本参数，用于输送电量的计算，保证计算所得的输送电量考虑了该模块的产电能力，兼容性较强。用户表示用电者，发用于消纳电，因此为基于用户的控制方法。
步骤120、根据各发电模块的碳排放评估值和传输费用以及用户模块的传输费用，设置各模块之间的传输参数fij，其中fij表示模块i向模块j的传输参数。
需要说明的是，根据碳排放评估值、传输费用确定传输参数，采用该传输参数用于传输电量的迭代计算，能够很好的考虑环境友好问题。其中，模块i向模块j的传输参数包括发电模块向发电模块的传输参数、发电模块向用户模块的传输参数、用户模块向用户模块的传输参数、用户模块向发电模块的传输参数。
步骤130、对模块i向模块j传输电力的预估价格pij、模块i向模块j传输电力的电量gij、模块j向模块i传输电力的电量gji、模块i的上界参数hi、模块j下届参数li、模块i对模块j的辅助价格rij选取初值。
需要说明的是，预估价格有pij也有pji，表示了模块i向模块j卖电的预估价格。另外，上界参数和下界参数是模块i能够产电的产电量上下限相关的参数。辅助价格没有特定物理含义，是一个量纲为价格的参数。其中，选取初值可以根据实际需要任意选择。
步骤140、采用每个发电模块及用户模块中的计算单元，从第1次开始，利用上一次的迭代所得信息，通过如下公式计算当前k+1次迭代所得的模块i向模块j传输电力的预估价格各模块计算其预估价格用于各模块之间的电力传输平衡；其中
Figure BDA0002232732470000063
为第k次迭代所得的模块j向模块i传输电力的的预估价格，
Figure BDA0002232732470000071
为第k次迭代所得的模块i向模块j传输电力的电量，
Figure BDA0002232732470000072
为第k次迭代所得的模块j向模块i传输电力的电量；
基于每个发电模块及用户模块中的计算模块，从第1次开始，利用上一次的迭代所得信息，通过如下公式计算模块i当前k+1次迭代所得上界参数
Figure BDA0002232732470000073
和下界参数
Figure BDA0002232732470000074
Figure BDA0002232732470000075
Figure BDA0002232732470000076
其中
Figure BDA0002232732470000077
为模块i第k次迭代计算所得的上界参数，
Figure BDA0002232732470000078
为第k次步迭代计算所得的下界参数，mi为模块i的功率上限(是已知值，可通过前述预测得到和/或拟合得到的产电量与成本之间的关系式得到)，si为模块i的功率下限(是已知值，获取方式同mi)；
基于每个发电模块及用户模块中的计算单元，利用上一次的迭代所得信息，各个模块i通过如下子步骤计算第k+1次迭代所得的模块i向模块j传输电力的电量
Figure BDA0002232732470000079
i)通过如下公式计算第k次模块i对模块j的辅助价格：
Figure BDA00022327324700000710
Figure BDA00022327324700000711
其中γ为正常数；
ii)若模块i为发电模块，其基于辅助价格，通过如下步骤计算当前k+1次迭代所得的模块i向模块j传输电力的电量
Figure BDA00022327324700000712
若
Figure BDA00022327324700000713
的值为正，则
Figure BDA00022327324700000714
若
Figure BDA0002232732470000081
不为正，则
Figure BDA0002232732470000082
若模块i为用户模块，其基于辅助价格，通过如下公式计算当前k+1次迭代所得的模块i向模块j传输电力的电量
Figure BDA0002232732470000083
若
Figure BDA0002232732470000084
Figure BDA0002232732470000085
若
Figure BDA0002232732470000086
需要说明的是，通过上述各公式的计算，可以使得在它们计算结果收敛时，实现分布式电网的有效控制，实用性强。
各模块通过其信息传递单元，将迭代所得信息传递给其他模块以进行下一次迭代计算；
步骤150、重复步骤140，直到每个模块相邻两次迭代计算所得的预估价格、模块之间传输的电量、模块的上下界参数的差值均不超过设定阈值，此时模块i基于当前迭代计算所得信息，向模块j输送电量
Figure BDA0002232732470000087
且价格为
Figure BDA0002232732470000088
产电量上限为
Figure BDA0002232732470000089
和产电量下限为
Figure BDA00022327324700000810
需要说明的是，各设定阈值的范围可为10-5～10-2。
本方法基于历史数据，对各发电模块和用户模块的发电能力进行评估，极大的减小了可再生能源不确定性对电网的冲击，增强了电网的可靠性；基于历史数据对各模块的产电量进行初步预测，实现了数据驱动的分布式智能电网监控；通过设置与各发电模块及用户模块的碳排放评估值、传输费用相关的传输参数fij，促进了可再生能源的消纳；通过用户模块的参与，增强了用户对于供电方的可选择性质，在为用户提供可靠性电能的同时，增加了用户用电的灵活性和可选择性。通过分布式监控，用户的隐私也得到了极大的保护。
优选的，fij的取值具体方式为：通过对模块i和模块j的碳排放评估值以及模块i向模块j的传输费用进行加权计算，得到fij值。
两个模块之间的传输参数，通过采用每个模块的碳排放评估值和传输费用进行加权计算，能够更好地反映这两个模块之间的传输电量的环境友好性，提高控制的可靠性、实用性。
为了更好的说明本发明，现举示例：
一种基于用户的分布式智能电网控制方法，包括：
S1、控制分布式智能电网中的每个模块i分别迭代计算其产电量上界参数hi、产电量下界参数li以及其向其它任一模块j输送电力的电量gij，并在每次迭代计算后将计算结果发送至每个模块j：
当前迭代次数k+1的产电量上界参数
Figure BDA0002232732470000091
且当计算所得的
Figure BDA0002232732470000092
值不大于0时，
Figure BDA0002232732470000093
取值为0；下界参数
Figure BDA0002232732470000094
且当计算所得的
Figure BDA0002232732470000096
值不大于0时，
Figure BDA0002232732470000097
取值为0；
模块i为发电模块时，当前迭代次数k+1的电量
Figure BDA0002232732470000098
Figure BDA0002232732470000099
且当值不大于0时，
Figure BDA00022327324700000911
取值为0；模块i为用户模块时，若
Figure BDA00022327324700000912
Figure BDA00022327324700000913
若
Figure BDA00022327324700000914
式中，
Figure BDA00022327324700000915
为第k次模块i对模块j的辅助价格，且
Figure BDA00022327324700000916
γ为正数常数，
Figure BDA00022327324700000917
为第k次模块j向模块i传输电力的预估价格，且
Figure BDA00022327324700000918
fij为模块i向模块j的传输参数，mi为模块i的产电量上限，si为模块i的产电量下限，ai、bi均为模块i的成本参数；
S2、若第k+1次迭代与第k次迭代计算所得的pij、gij、hi和li的差值均小于预设值，则停止S1的迭代计算，模块i向模块j输送电量且价格为产电量上限为
Figure BDA0002232732470000103
和产电量下限为
Figure BDA0002232732470000104
否则，继续执行S1。
需要说明的是，产电量上界参数是产电量上限相关的参数，产电量下界参数是产电量下限相关的参数。辅助价格为量纲是价格的一个参数，没有特定的物理含义。其次，各模块i通过多次迭代计算，当其与各模块j间的预估价格、传输电量、上界参数和下界参数收敛，此时，实现最优环境友好和最优价格，并能够有效地促进各模块的电量消纳，提高各模块之间的电量买卖的自由性、灵活性，增加了用户用电的灵活性和可选择性，其中，在迭代计算前期，预先对各发电模块和用户模块的发电能力进行评估，极大的减小了可再生能源不确定性对电网的冲击，增强了电网的可靠性。另外，各模块的控制信息都是由自身进行计算，不需要传输大量自身数据至总控中心，保证了各模块信息的隐私性。
上述分布式智能电网中的发电模块有传统能源发电模块和/或可再生能源发电模块；上述分布式智能电网中的每个用户模块包括可再生能源发电单元。
另外，fij的取值是根据模块i和模块j的碳排放评估值以及模块i向模块j的传输费用而设置。fij的取值具体方式为：通过对模块i和模块j的碳排放评估值以及模块i向模块j的传输费用进行加权计算，得到fij值。
上述成本参数ai、bi的取值方法为：
基于历史天气数据，采用神经网络，对模块i的产电量进行预测；
基于所有所述产电量和模块i的历史发电数据，拟合得到模块i的产电量与所需成本之间的关系式：
Figure BDA0002232732470000105
其中，ai，bi，di均为模块i的成本参数，ci表示产电量，Ei表示所需成本。
在第一次迭代前，对pij、gij、hi和li均根据实际需要预先设置初值。
本方法中的用户模块中不包含任何发电单元，不能用于发电，可将每个用户模块视为一个参与电力交易的单元，但是限定其输电为负值，那么就成为单向购电单元。其中，用户模块没有碳排放评估值，另外，传输参数表征了用户的传输效力，通过设置传输参数，可根据发电模块及用户的碳排放及传输能力进行电力配置，在实现资源配置优化的同时，增强系统对环境的友好性。当面对不同的价格提供时，控制系统可控制用户模块基于传输费用及碳排放情况选择最合适的电力供应方，从而增强了可再生能源的利用率
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于用户的分布式智能电网监控系统的控制方法，其特征在于，监控系统中包括若干分布式发电模块及若干用户模块，发电模块和用户模块中均包括计算单元和信息传递单元，其中计算单元用于计算控制参数，信息传递单元用于传递控制参数；各模块之间通过输电线连接，用于传输电能及传递信息；
所述若干分布式发电模块包括传统能源发电模块和可再生能源发电模块；各用户模块中均包括储能单元，用于购电以满足其用电所需；
通过以下步骤控制所述监控系统：
(1)基于历史天气数据，对各发电模块的产电量进行初步预测，并基于每个发电模块的历史发电数据和所述初步预测的产电量，得到该发电模块i的成本参数ai、bi、di；
成本
Figure FDA0002232732460000011
其中ci为发电模块i的产电量，Ei为发电模块i产生电量ci所需成本，ai、bi、di均为基于历史发电数据得到的发电模块i的电力生产相关参数；
(2)根据各发电模块的碳排放评估值和传输费用以及用户模块的传输费用，设置各模块之间的传输参数fij，其中fij表示模块i向模块j的传输参数；
(3)对所述模块中的任意模块i，对模块i向模块j传输电力的预估价格pij、模块i向模块j传输电力的电量gij、模块j向模块i传输电力的电量gji、模块i的上界参数hi、模块j下届参数li、模块i对模块j的辅助价格rij选取初值；
(4)采用每个发电模块及用户模块中的计算单元，从第1次开始，利用上一次的迭代所得信息，通过如下公式计算当前k+1次迭代所得的模块i向模块j传输电力的预估价格其用于各模块之间的电力传输平衡；其中
Figure FDA0002232732460000023
为第k次迭代所得的模块j向模块i传输电力的预估价格，
Figure FDA0002232732460000024
为第k次迭代所得的模块i向模块j传输电力的电量，
Figure FDA0002232732460000025
为第k次迭代所得的模块j向模块i传输电力的电量；
(5)基于每个发电模块及用户模块中的计算模块，从第1次开始，利用上一次的迭代所得信息，通过如下公式计算模块i当前k+1次迭代所得上界参数
Figure FDA0002232732460000026
和下界参数
Figure FDA0002232732460000027
Figure FDA0002232732460000028
Figure FDA0002232732460000029
其中为模块i第k次迭代计算所得的上界参数，为第k次步迭代计算所得的下界参数，mi为模块i的功率上限，si为模块i的功率下限；
(6)基于每个发电模块及用户模块中的计算单元，利用上一次的迭代所得信息，各个模块i通过如下子步骤计算第k+1次迭代所得的模块i向模块j传输电力的电量
Figure FDA00022327324600000212
i)通过如下公式计算第k次模块i对模块j的辅助价格：
Figure FDA00022327324600000213
Figure FDA00022327324600000214
其中γ为正常数；
ii)若模块i为发电模块，其基于辅助价格，通过如下步骤计算当前k+1次迭代所得的模块i向模块j传输电力的电量
Figure FDA00022327324600000215
若的值为正，则
Figure FDA00022327324600000217
Figure FDA00022327324600000218
若
Figure FDA00022327324600000219
不为正，则
若模块i为用户模块，其基于辅助价格，通过如下公式计算当前k+1次迭代所得的模块i向模块j传输电力的电量
Figure FDA0002232732460000031
若
Figure FDA0002232732460000032
Figure FDA0002232732460000033
若
(7)各模块通过其信息传递单元，将迭代所得信息传递给其他模块以进行下一次迭代计算；
(8)重复步骤(5)-(8)，直到每个模块相邻两次迭代计算所得的预估价格、模块之间传输的电量、模块的上下界参数的差值均不超过设定阈值，此时模块i基于当前迭代计算所得信息，向模块j输送电量
Figure FDA0002232732460000035
且价格为
Figure FDA0002232732460000036
产电量上限为
Figure FDA0002232732460000037
和产电量下限为
Figure FDA0002232732460000038
2.根据权利要求1所述的一种基于用户的分布式智能电网监控系统的控制方法，其特征在于，fij的取值具体方式为：通过对模块i和模块j的碳排放评估值以及模块i向模块j的传输费用进行加权计算，得到fij值。
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