CN110738409A - 分布式事件触发电力系统经济调度方法 - Google Patents

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杨卫东
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Abstract

本发明提供了一种分布式事件触发电力系统经济调度方法，主要包括以下步骤：设置电力系统的参数；计算电力系统中发电机输出功率和负荷用电功率的一致性变量值；计算发电机输出功率和负荷用电功率的误差；利用一致性迭代公式计算下一个状态的一致性变量值；判断发电机输出功率和负荷用电功率是否满足约束条件；定义事件触发函数用于更新控制率。本发明在电力系统经济调度中通过事件触发的方法，可实现电力系统的经济调度，有利于降低电网的运行成本，增大用电产生的效益，从而实现整个电力系统运行的经济效益最大化，且通过事件触发的通讯方式，降低了对通讯的依赖。

Description

分布式事件触发电力系统经济调度方法
技术领域
本发明涉及一种分布式事件触发电力系统经济调度方法，属于电力系统经济调度领域。
背景技术
电力系统经济调度的主要目的是在满足用电需求、用电质量以及安全可靠运行的前提下，通过制定各个电站和负荷之间最优分配方案，降低整个电网的能耗，进而使企业获得最大的经济效益。
传统的集中控制方案对通信有很高的要求，导致计算量巨大。目前，传统的集中式框架电网正在向分布式的智能电网转变，分布式算法可以在通讯受限或者不可靠的情况下有效运行，有效利用分散在不同调度中心内的计算和数据资源，减小计算负担，更符合现代电力系统的发展趋势。在一致性的算法上加入事件驱动，可以进一步降低通信要求，大大减少对通信设备的成本投入。因此，研究一种分布式事件触发电力系统经济调度方法有一定的意义。
有鉴于此，确有必要提出一种分布式事件触发电力系统经济调度方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分布式事件触发电力系统经济调度方法，在一致性迭代算法的基础上增加事件触发机制，通过假设负荷用电效益函数是用电功率的二次函数，以实现分布式事件触发电力系统经济调度的目的。
为实现上述目的，本发明提供了一种分布式事件触发电力系统经济调度方法，主要包括以下步骤：
步骤1、提供一电力系统，设置该电力系统的参数，初始时间为T，时间间隔为Δt，共需要迭代的次数为kmax＝Δt/T+1；
步骤2、计算电力系统中发电机输出功率和负荷用电功率的一致性变量值；
步骤3、计算发电机输出功率和负荷用电功率的功率误差；
步骤4、利用一致性迭代公式计算下一个状态的一致性变量值，并通过领导者更新公式和跟随者更新公式进行更新；
步骤5、判断发电机输出功率和负荷用电功率是否满足约束条件：若满足，则将当前的发电机输出功率和负荷用电功率作为计算值；若不满足，则将发电机输出功率和负荷用电功率的最大值或最小值作为计算值，并使发电机输出功率和负荷用电功率满足约束条件；
步骤6、定义事件触发函数用于更新控制率，以控制电力系统的各个一致性变量值趋于一致；
步骤7、若剩余迭代次数为0，则结束；否则返回步骤2。
可选的，步骤1中所述电力系统包含发电机成本函数和负荷用电效益函数。
可选的，所述发电机成本函数为：
Figure BDA0002229128860000021
其中，发电机成本系数ai、bi和ci为常数，发电机输出功率的初始值为PGi，定义PGi max和PGi min分别表示发电机的最大输出功率和最小输出功率，i表示发电机的序号；
所述负荷用电效益函数为：
其中，负荷用电效益系数dj、ej和fj为常数，负荷用电功率的初始值为PRj，定义PRj max和PRj min分别表示负荷的最大用电功率和最小用电功率，j表示负荷的序号。
可选的，步骤2中发电机输出功率和负荷用电功率的一致性变量值的计算公式分别为：
Figure BDA0002229128860000031
和
Figure BDA00022291288600000310
可选的，步骤3中发电机输出功率和负荷用电功率的功率误差的计算公式为：
ΔP＝∑PGi-∑PRj。
可选的，步骤4中的一致性迭代公式为：
Figure BDA0002229128860000032
其中，
Figure BDA0002229128860000033
是由发电机通信拓扑决定的拉普拉斯矩阵。
可选的，步骤4中的领导者更新公式为：
Figure BDA0002229128860000034
Figure BDA0002229128860000035
其中，ε为收敛系数，ΔP用于控制领导者的数值；
跟随者更新公式为：
Figure BDA0002229128860000036
Figure BDA0002229128860000037
可选的，步骤5中的发电机输出功率为：
负荷用电功率为：
可选的，步骤6中的事件触发函数为：
Figure BDA0002229128860000041
其中
Figure BDA0002229128860000042
若事件触发函数小于等于0，则控制率不变；若事件触发函数大于0，则更新控制率。
可选的，所述控制率的更新公式为：
Figure BDA0002229128860000043
其中，是由发电机通信拓扑决定的拉普拉斯矩阵。
本发明的有益效果是：本发明在电力系统经济调度中通过事件触发的方法，可实现电力系统的经济调度，有利于降低电网的运行成本，增大用电产生的效益，从而实现整个电力系统运行的经济效益最大化，且通过事件触发的通讯方式，降低了对通讯的依赖。
附图说明
图1是本发明分布式事件触发电力系统经济调度方法的流程图。
图2是本发明的发电机与负荷之间的通信拓扑图。
图3是本发明的各个一致性变量的触发间隔图。
图4是本发明的各个一致性变量的变化图。
图5是本发明的发电机输出功率和负荷用电功率的变化图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明揭示了一种分布式事件触发电力系统经济调度方法，主要包括以下步骤：
步骤1、提供一电力系统，设置该电力系统的参数，初始时间为T，时间间隔为Δt，共需要迭代的次数为kmax＝Δt/T+1；
步骤2、计算电力系统中发电机输出功率和负荷用电功率的一致性变量值；
步骤3、计算发电机输出功率和负荷用电功率的功率误差；
步骤4、利用一致性迭代公式计算下一个状态的一致性变量值，并通过领导者更新公式和跟随者更新公式进行更新；
步骤5、判断发电机输出功率和负荷用电功率是否满足约束条件：若满足，则将当前的发电机输出功率和负荷用电功率作为计算值；若不满足，则将发电机输出功率和负荷用电功率的最大值或最小值作为计算值，并使发电机输出功率和负荷用电功率满足约束条件；
步骤6、定义事件触发函数用于更新控制率，以控制电力系统的各个一致性变量值趋于一致；
步骤7、若剩余迭代次数为0，则结束；否则返回步骤2。
以下将对步骤1-步骤7做具体说明。
步骤1中所述电力系统包含发电机成本函数和负荷用电效益函数，发电机成本函数为：
Figure BDA0002229128860000051
其中，发电机成本系数ai、bi和ci为常数，发电机输出功率的初始值为PGi，定义PGi max和PGi min分别表示发电机的最大输出功率和最小输出功率，i表示发电机的序号。
负荷用电效益函数为：
Figure BDA0002229128860000052
其中，负荷用电效益系数dj、ej和fj为常数，负荷用电功率的初始值为PRj，定义PRj max和PRj min分别表示负荷的最大用电功率和最小用电功率，j表示负荷的序号。
步骤2中，发电机输出功率和负荷用电功率的一致性变量值的计算公式分别为：
Figure BDA0002229128860000061
和
Figure BDA0002229128860000069
步骤3中，发电机输出功率和负荷用电功率的功率误差的计算公式为：
ΔP＝∑PGi-∑PRj。
步骤4中，一致性迭代公式为：
其中，
Figure BDA0002229128860000063
是由发电机通信拓扑决定的拉普拉斯矩阵。
领导者更新公式为：
Figure BDA0002229128860000065
其中，ε为收敛系数，ΔP用于控制领导者的数值；
跟随者更新公式为：
Figure BDA0002229128860000066
Figure BDA0002229128860000067
领导者/跟随者线程模型是一种经典的线程模型。在该模型中，存在一个领导者线程，用于处理主要的计算逻辑(比如读取数据)，待主要的计算逻辑处理完成后，领导者线程将降级，并且负责选择新的领导者线程。当降级的领导者线程把剩余的计算逻辑完成后，将自动回归线程池，变为跟随者。等待下一次被领导者选中。
步骤5中，发电机输出功率函数为：
Figure BDA0002229128860000068
负荷用电功率函数为：
步骤6中，事件触发函数为：
其中
Figure BDA0002229128860000073
若事件触发函数小于等于0，则控制率不变；若事件触发函数大于0，则更新控制率。
控制率的更新公式为：
其中，Ui是电力系统中状态方程的描述，控制率是外部输入用于控制电力系统的值，使得一致性变量值Xi的各个分量的值趋于一致。
如图2所示，本发明将以一个具有3台发电机和3个负荷的电力系统为例进行详细说明，3个发电机之间的通信拓扑如图2所示。
电力系统的参数设置如下表：
发电机 a<sub>i</sub> b<sub>i</sub> c<sub>i</sub> P<sub>Gi</sub>
1 550 1.0650 0.0500 200
2 300 5.2950 0.1001 100
3 75 1.3700 0.1099 50
负荷 d<sub>j</sub> e<sub>j</sub> f<sub>j</sub> P<sub>Rj</sub>
1 13.859 25.7550 -0.1402 50
2 13.859 18.4200 -0.0625 100
3 39.2669 61.6300 -0.1510 200
优化问题为：MAX∑Bj(PRj)-∑Ci(PGi)。
首先，计算一致性变量的初始值Xi(选取X1、X4作为领导者)，
Figure BDA0002229128860000081
Figure BDA0002229128860000082
其中Ci为发电机成本函数，Bj为负荷用电效益函数。
Figure BDA0002229128860000084
其次，计算功率误差ΔP，ΔP＝PG1+PG2+PG3-PR1-PR2-PR3，其中ΔP为功率误差，PGi为第i台发电机的输出功率，PRj为第j个负荷的用电功率。
然后，选取X1、X4作为领导者，并用一致性迭代公式计算下一个状态的一致性变量值Xi(k+1)，i＝1，…6。根据ΔP的值来增加或减小领导者X1、X4的值。
领导者更新公式为：
Figure BDA0002229128860000086
跟随者更新公式为：
Figure BDA0002229128860000087
其中，收敛系数ε＝0.005，Xi为一致性变量值，时间T＝10s，时间间隔Δt＝0.005s，总共需要迭代的次数为：kmax＝Δft/T+1。
最后，通过一致性变量值Xi(k+1)计算发电机的输出功率PGi和负荷用电功率PRj。
如图3所示，线条为黑色时表示各发电机和负荷之间需要进行通信，白色线条则表示各发电机和负荷之间不需要通信。
如图4-图5所示，当各个一致性变量值趋于一致时，则趋于一致的值为一致性变量的最优解，同时各个发电机的输出功率和负荷用电功率趋于各自的值，此时用电效益减去发电成本所得的收益最大。
综上所述，本发明在电力系统经济调度中通过事件触发的方法，可实现电力系统的经济调度，有利于降低电网的运行成本，增大用电产生的效益，从而实现整个电力系统运行的经济效益最大化，且通过事件触发的通讯方式，降低了对通讯的依赖。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种分布式事件触发电力系统经济调度方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
步骤1、提供一电力系统，设置该电力系统的参数，初始时间为T，时间间隔为△t，共需要迭代的次数为kmax＝△t/T+1；
步骤2、计算电力系统中发电机输出功率和负荷用电功率的一致性变量值；
步骤3、计算发电机输出功率和负荷用电功率的功率误差；
步骤4、利用一致性迭代公式计算下一个状态的一致性变量值，并通过领导者更新公式和跟随者更新公式进行更新；
步骤5、判断发电机输出功率和负荷用电功率是否满足约束条件：若满足，则将当前的发电机输出功率和负荷用电功率作为计算值；若不满足，则将发电机输出功率和负荷用电功率的最大值或最小值作为计算值，并使发电机输出功率和负荷用电功率满足约束条件；
步骤6、定义事件触发函数用于更新控制率，以控制电力系统的各个一致性变量值趋于一致；
步骤7、若剩余迭代次数为0，则结束；否则返回步骤2。
2.根据权利要求1所述的分布式事件触发电力系统经济调度方法，其特征在于：步骤1中所述电力系统包含发电机成本函数和负荷用电效益函数。
3.根据权利要求2所述的分布式事件触发电力系统经济调度方法，其特征在于，所述发电机成本函数为：
Figure FDA0002229128850000011
其中，发电机成本系数ai、bi和ci为常数，发电机输出功率的初始值为PGi，定义PGi max和PGi min分别表示发电机的最大输出功率和最小输出功率，i表示发电机的序号；
所述负荷用电效益函数为：
Figure FDA0002229128850000021
其中，负荷用电效益系数dj、ej和fj为常数，负荷用电功率的初始值为PRj，定义PRj max和PRj min分别表示负荷的最大用电功率和最小用电功率，j表示负荷的序号。
4.根据权利要求3所述的分布式事件触发电力系统经济调度方法，其特征在于：步骤2中发电机输出功率和负荷用电功率的一致性变量值的计算公式分别为：
Figure FDA0002229128850000022
和
Figure FDA0002229128850000023
5.根据权利要求3所述的分布式事件触发电力系统经济调度方法，其特征在于，步骤3中发电机输出功率和负荷用电功率的功率误差的计算公式为：
ΔP＝∑PGi-∑PRj。
6.根据权利要求1所述的分布式事件触发电力系统经济调度方法，其特征在于：步骤4中的一致性迭代公式为：
Figure FDA0002229128850000024
其中，
Figure FDA0002229128850000025
是由发电机通信拓扑决定的拉普拉斯矩阵。
7.根据权利要求5所述的分布式事件触发电力系统经济调度方法，其特征在于：步骤4中的领导者更新公式为：
Figure FDA0002229128850000026
Figure FDA0002229128850000027
其中，ε为收敛系数，ΔP用于控制领导者的数值；
跟随者更新公式为：
Figure FDA0002229128850000028
Figure FDA0002229128850000029
8.根据权利要求3所述的分布式事件触发电力系统经济调度方法，其特征在于：步骤5中的发电机输出功率为：
负荷用电功率为：
9.根据权利要求7所述的分布式事件触发电力系统经济调度方法，其特征在于：步骤6中的事件触发函数为：
Figure FDA0002229128850000033
其中
Figure FDA0002229128850000034
若事件触发函数小于等于0，则控制率不变；若事件触发函数大于0，则更新控制率。
10.根据权利要求9所述的分布式事件触发电力系统经济调度方法，其特征在于：所述控制率的更新公式为：
Figure FDA0002229128850000035
其中，
Figure FDA0002229128850000036
是由发电机通信拓扑决定的拉普拉斯矩阵。
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