CN111682535B - 一种基于动态事件触发的电力系统分布式经济调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于动态事件触发的电力系统分布式经济调度方法,属于电力系统经济调度领域。以拉格朗日乘子法为理论依据,利用一致性算法在各发电单元本地计算其自身的增量成本,基于动态事件触发,并根据增量成本与发电单元输出功率的映射关系得到系统最优的功率分配方案。适用于解决凸函数且发电机组之间具有连通通信网络拓朴的电力系统的经济调度问题和业务逻辑资源分配。在满足电力系统供需平衡的前提下使得分布式系统总发电成本达到最优。并且实现发发电单元工控终端之间的按需信息交互,降低通信网络压力,保障电力系统的安全与稳定运行,特别是山区的风力电厂或者海洋潮汐电厂。
Description
技术领域
本发明属于电力系统经济调度领域,具体涉及一种基于动态事件触发的电力系统分布式经济调度方法。
背景技术
近年来,分布式经济调度已经受到越来越多学者的关注。如何在各种系统约束的情形下以最低的成本进行电力分配,这个问题具有重要的价值。在分布式系统中,各发电单元通过网络与其他邻居发电单元进行信息交互,以拉格朗日乘子法为理论依据,利用一致性算法在各发电单元本地计算其自身的增量成本,最终分布式系统中所有发电单元的增量成本达到一致,并根据增量成本与发电单元输出功率的映射关系得到系统最优的功率分配方案。
如前所述,为了执行分布式系统中的经济调度算法,系统中各发电单元工控终端通过网络与邻居发电单元工控终端完成连续实时信息交互。随着智能电网中分布式能源越来越多,大量工控终端的实时信息交互对通信网络有限的带宽资源带来挑战,同时也增加恶意纂改电力设备中测量与控制数据的危险。最近提出的基于事件触发通信的控制策略可以解决上述问题,事件触发通信的特色在于:各发电单元之间是否需要信息交互取决于所定义的事件是否发生,只有事件触发才进行信息交互。一般情形下触发器的设计是:发电单元的增量成本误差是否超过设定阈值。此种机制可以有效保障系统的按需通信,降低通信网络压力,保障电力系统的安全与稳定运行。对比文件1《CN 105449710A》中对二次函数经济调度问题采用连续时间建模,并采用静态触发机制。而系统运行中发电单元都是电力工控终端计算机实现具体控制,即算法执行都是离散时间模型。所述基于连续时间系统建模的算法都要通过周期采样来离散化执行算法,但是过大的采样周期会导致算法发散;太小的采样周期会增加系统的通信频次。而目前对离散时间系统下凸经济分配问题的事件触发一致性调度方法很少,对比文件2(Jinmeng Wang,Huaqing Li1,Zheng Wang:Distributedevent-triggered scheme for economic dispatch in power systems withuncoordinated step-sizes.IET Generation,Transmission&Distribution,2019,8,p.3612-3622)中设计一种依赖于时间的事件触发算法。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,提出一种基于动态事件触发的电力系统分布式经济调度方法,适用于解决凸函数且发电机组之间具有连通通信网络拓朴的电力系统的经济调度问题和业务逻辑资源分配。在满足电力系统供需平衡的前提下使得分布式系统总发电成本达到最优。并且实现发发电单元工控终端之间的按需信息交互,降低通信网络压力,保障电力系统的安全与稳定运行,特别是山区的风力电厂或者海洋潮汐电厂。
一种基于动态事件触发的电力系统分布式经济调度方法,包括以下步骤:
步骤1:设置系统参数,包括电力系统中发电机组个数n,虚拟分配功率ri,算法控制参数ε,θi,σi,βi,其中i表示发电单元,i=1,2,...,n.,分布式经济调度问题数学模型如下:
pi,min≤pi≤pi,max
其中fi(pi)为发电单元i的成本函数;pi,ri分别为发电单元i的估算功率和虚拟分配功率;pi,min,pi,max分别为发电单元i发电能力的上下限,向量p表示所有发电单元的分配功率。
步骤2:根据发电单元之间的信息交互能力,设置通信权重aij,j=1,2,...,n,j≠i.。
步骤3:设定算法初始值pi(0)=0,yi(0)=0,λi(0)=0,χi(0)>0,其中pi(0)表示发电单元i的估算功率初始值,λi(0)表示发电单元i的拉格朗日乘子初始值,yi(0)表示发电单元i的辅助变量初始值,χi(0)表示发电单元i的触发器变量初始值,并设定初始触发时刻
步骤5:设第i个发电单元最近一次触发时刻为若在算法迭代时刻k第i个发电单元满足事件触发条件,则令且第i个发电单元将该时刻下自身的增量成本存储,并发送至相邻发电单元,其中t表示发电单元i已发生的触发次数。
步骤6:根据增量成本λi(k)和功率分配值pi之间的映射关系得到其对应的输出功率值。
作为优选,步骤4所述一致性算法为:
其中表示第i个发电单元在事件触发时刻时的增量成本,表示j个发电单元第在时刻k之前最近一次触发时刻下的增量成本,λi(k+1)表示第i个发电单元在事件触发时刻k+1时的增量成本,yi(k+1)表示发电单元i在时刻k+1的辅助变量值。
作为优选,步骤5所述触发条件为:
其中辅助变量χi(k)的迭代策略为:
χi(k+1)=(1-σi)χi(k)+βi[αqi(k)-ei(k)] (3)
式中参数满足:
作为优选,步骤6所述输出功率为:
其中▽fi -1(λi(k))第个发电单元增量成本的逆函数。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1、本发明在满足分布式电网系统电力供需平衡的同时,也保证了系统总发电成本最小,其中发电成本曲线要求为凸函数;
2、与对比文件1相比,本发明建立离散时间模型,在算法实际执行时不需要像对比文件1中的连续时间模型算法那样要进行离散化操作,且离散化也会增加算法的不稳定性。
3、与对比文件2相比,本发明的依赖于状态的动态事件触发机制要优于对比文件2中的依赖于时间的事件触发机制,且对比文件2中发电单元之间需要交换两个变量的信息,这无疑会增加通信消耗。
4、与静态事件触发机制相比,本发明的动态触发机制可以解决算法运行初始时刻的频繁通信问题,且本发明的动态触发机制的误差阈值要高于静态事件触发机制,即本发明需要更少的通信次数。
5、与传统的时间触发算法相比,本发明的事件触发算法是按需通信,在带宽受限的场景下可以发挥很大的效果。
附图说明
图1是本发明的各发电单元之间的分布式通信网络拓扑图;
图2是本发明的方法流程图;
图3是参数ai0,ai1,ai2,ai3的取值;
图4是本发明的各发电单元的输出功率变化图;
图5是本发明的各发电单元的拉格朗日乘子和输出功率总和变化图;
图6是本发明的发电单元的触发时刻分布图;
图7是静态事件触发机制的触发时刻分布图;
图8是对比文件2静态事件触发机制的触发时刻分布图。
具体实施方式
下面根据附图详细说明本发明,本发明的目的和效果将变得更加明显。
图1是一个由5个发电单元组成系统的通信拓扑,图2是算法执行流程,具体步骤如下:
步骤1:设置系统参数:系统发电单元个数为n=5,总负荷需求为300MW,第i个发电单元的成本函数为:
其中pi为发电单元的输出功率,参数ai0,ai1,ai2,ai3的取值如图3所示,设定参数为ε=0.05,σi=0.5,βi=0.1,αi=0.1,θi=0.25。
步骤2:描述系统通信特性:设置通信权重,若发电单元i与发电单元j之间存在直接通信,则令aij=1,否则置零。
步骤3:设置算法初始状态:pi(0)=0,yi(0)=0,λi(0)=0,χi(0)=20,
步骤4:触发判定:根据设计的动态触发机制,第i个发电单元的触发时刻判定如下:
其中辅助变量χi(k)实现了触发器阈值的动态变化,可以很好的避免算法初始时刻的频繁触发。若第i个发电单元满足触发条件,则进行拉格朗日乘子信息广播。
步骤5:根据公式(8)更新辅助变量的状态
χi(k+1)=(1-σi)χi(k)+βi[αqi(k)-ei(k)] (8)
步骤6:根据经典控制理论的PI控制思想,拉格朗日乘子按如下PI一致性算法实现状态更新:
步骤7:根据公式(10)得到各发电单元的临时输出功率:
其中▽fi -1(λi(k))第i个发电单元在事件触发时刻k时的增量成本的逆函数。
步骤8:判断算法是否收敛。如果相邻发电单元的拉格朗日乘子状态一致,且在一段时间内有无变化则算法收敛,算法输出最优分配方案;否则返回至步骤4进行下一轮迭代循环。
通过仿真实验来验证本发明的有效性。
图4表示5个发电单元的增量成本,即拉格朗日乘子的变化情况,可以看出最终系统所有的增量成本都趋于一致。
图5表示5个发电单元的输出功率变化情况,其总和最终趋于电网的负荷需求300MW,满足了功率平衡约束,且各发电单元的输出功率都在其自身约束范围内。
图6展示了5个发电单元的各自事件触发时刻分布图。横坐标表示算法迭代次数,纵坐标表示发电单元。可以看出系统中各发电单元间的信息交互时刻是离散分布的。虽然算法在迭代初始阶段状态变化较快,但系统中各发电单元并没有进行过多的信息交互。统计五个节点的广播次数为180次,占整个迭代次数的比值为180/1000=18%。
图7展示了静态事件触发算法的触发时刻序列。可以发现静态触发机制在算法初始迭代阶段进行较高频次的触发,并且整个算法迭代过程中一共触发了327次通信,占比327/1000=32.7%。与本发明的动态事件触发机制相比,有更多的通信消耗。
Claims (1)
1.一种基于动态事件触发的电力系统分布式经济调度方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1:设置系统参数,包括电力系统中发电机组个数n,虚拟分配功率ri,算法控制参数ε,θi,σi,βi,其中i表示发电单元,i=1,2,...,n.,分布式经济调度问题数学模型如下:
pi,min≤pi≤pi,max
其中fi(pi)为发电单元i的成本函数;pi,ri分别为发电单元i的估算功率和虚拟分配功率;pi,min,pi,max分别为发电单元i发电能力的上下限,向量p表示所有发电单元的分配功率;
步骤2:根据发电单元之间的信息交互能力,设置通信权重aij,j=1,2,...,n,j≠i.;
步骤3:设定算法初始值pi(0)=0,yi(0)=0,λi(0)=0,χi(0)>0,其中pi(0)表示发电单元i的估算功率初始值,λi(0)表示发电单元i的拉格朗日乘子初始值,yi(0)表示发电单元i的辅助变量初始值,χi(0)表示发电单元i的触发器变量初始值,并设定初始触发时刻
所述一致性算法为:
其中表示第i个发电单元在事件触发时刻时的增量成本,表示j个发电单元在第时刻之前最近一次触发时刻下的增量成本,λi(k+1)表示第i个发电单元在事件触发时刻k+1时的增量成本,yi(k+1)表示发电单元i在时刻k+1的辅助变量值;
步骤5:设第i个发电单元最近一次触发时刻为若在算法迭代时刻k第i个发电单元满足事件触发条件,则令且第i个发电单元将该时刻下自身的增量成本存储,并发送至相邻发电单元,其中t表示发电单元i已发生的触发次数;
触发条件为:
其中辅助变量χi(k)的迭代策略为:
χi(k+1)=(1-σi)χi(k)+βi[αqi(k)-ei(k)] (3)
式中参数满足:
步骤6:根据增量成本λi(k)和功率分配值pi之间的映射关系得到其对应的输出功率值:
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基于事件触发的微电网经济分配一致性算法;宋超等;《中国科学:信息科学》;20181012;第48卷(第10期);1395-1408 * |
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