CN113269420A - 基于通信噪声的分布式事件驱动电力经济调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于通信噪声的分布式事件驱动电力经济调度方法，针对可再生能源发电系统中的通信噪声，假设发电机成本为二次函数，以每台机组成本函数的微增率为一致性变量，选择一个“决策机组”以系统功率偏差对整个系统进行牵制控制。通过构造一致性增益函数，分布式调度算法可收敛，从而有效地抑制了通信噪声对电力系统的影响。针对电力系统中存在的柔性负荷与电力元件在“即插即用”下拓扑结构多变的问题，采用事件驱动控制方式，系统能够在达到经济调度的同时，满足智能电网对“即插即用”的要求，降低对通讯依赖，有利于降低电网的运行成本，同时用电产生的效益最大，从而实现整个电力系统运行的经济效益最大化。

Description

基于通信噪声的分布式事件驱动电力经济调度方法

技术领域

本发明涉及一种基于通信噪声的分布式事件驱动电力经济调度方法，属于电力系统经济调度领域。

背景技术

传统的电力经济调度方式是集中调度，全网负荷及机组信息由调度中心掌管，并由其发出控制指令，可以保护电网信息免受侵害。但是随着新能源的不断发展，技术不断创新，可再生能源逐渐并入电网，渗透率不断增加，导致通信负担增加。尤其是发展较好的风力发电与光伏发电，在发送、传输与接受通信信号时会受到通信噪声的干扰，导致无法正常通信，不能对系统故障做出快速正确地动作，此外电力系统中存在的柔性负荷会导致通信拓扑建设成本高，以及电力元件会在“即插即用”技术下拓扑改变，会给调度造成极大麻烦。所以在未来网络与物理网络高度结合的智能电网中，集中式经济调度方法已不再适用，需要提出一种新的方法，以解决这些问题。

发明内容

本发明的目的在于提供基于通信噪声的分布式事件驱动电力经济调度方法，通过构造一致性增益函数，分布式调度算法可收敛，从而有效地抑制了通信噪声对电力系统的影响，同时在一致性算法的基础上增加了事件驱动，假设发电机成本函数是机组输出功率的二次函数，则当成本微增率达到一致时，得到最优经济调度。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于通信噪声的分布式事件驱动电力经济调度方法，在一致性协议中引入了增益函数并利用分布式事件驱动一致性算法进行经济调度，主要包括以下步骤：

步骤1.设置发电系统的初值，包括发电系统运行时间t和采样间隔T；

步骤2.根据通信拓扑图形成邻接矩阵

得到发电系统的拉普拉斯矩阵

步骤3.在发电系统中输入各节点功率及目标函数参数，包括参数a_i、b_i、c_i、α_j、β_j，发电机功率P_Gi的初始值、负荷用电功率P_Dj的初始值、发电机最大功率P_{Gi max}、发电机最小功率P_{Gi min}，负荷的最大功率P_{Dj max}、最小功率P_{Dj min}，其中a_i、b_i、c_i、α_j、β_j为常数，i表示发电机组的序号，i＝1，2，3...M，j表示负荷的序号，j＝M+1，M+2，M+3...M+H；

步骤4.计算一致性变量λ的初值λ_i(0)和λ_j(0)，λ_i(0)＝P_Gi，λ_j(0)＝P_Dj；

步骤5.计算功率偏差ΔP；

步骤6.选取λ₁(0)、λ_M+1(0)作为机组与负荷领导者，并用引入了一致性增益函数c(k)的一致性迭代公式计算下一个状态的一致性变量值λ_i(k+1)，i＝1，2，3…M+H，k为迭代次数，k＝1，k_max＝t/(T+1)；

步骤7.通过一致性变量计算发电机的输出功率P_Gi，判断发电机功率是否在约束范围内，如果在约束范围内，则将当前的功率值作为计算值，如果在约束范围外，则将功率约束的最大值或最小值作为计算值；

步骤8.判断事件驱动函数是否小于等于0，若小于等于0，那么控制率不变，仍然取上一次的值；若大于0，则更新控制率

且转到步骤6并使k+1；

步骤9：检查通讯拓扑是否改变，通讯拓扑改变则返回到步骤2，未改变则输出一致性变量及发电机功率并结束运行。

作为本发明的进一步改进，步骤3中，定义发电机的成本函数为：

其中a_i、b_i、c_i为第i台发电机的成本系数，P_Gi为第i台发电机的发电功率，

定义柔性负荷的收益函数为：

其中e_j、f_j为第j个负荷的收益系数，P_Dj为第j个负荷的用电功率，

则经济调度模型为：

min∑B_j(P_Dj)-∑C_i(P_Gi)。

作为本发明的进一步改进，步骤4中，计算一致性变量λ的初值的计算函数为：

λ_i(1)＝2c_iP_Gi+b_i

λ_j(1)＝2c_jP_Gj+e_j。

作为本发明的进一步改进，步骤5中，功率偏差ΔP的计算公式为：

其中ΔP为功率偏差，P_Gi为第i台发电机的发电功率，P_Dj为第j个负荷的功率。

作为本发明的进一步改进，步骤6中，机组与负荷领导者的一致性变量迭代更新公式为：

跟随者的一致性变量迭代更新公式为：

其中c(k)为一致性增益函数，ε为功率调节系数。

作为本发明的进一步改进，所述一致性增益函数c(k)为：

其中δ₁，δ₂为延迟系数，δ₁＞0，δ₂＞0。

作为本发明的进一步改进，步骤7中，按照下列公式及约束条件计算发电机功率P_Gi：

按照下列公式及约束条件计算负荷用电功率P_Dj：

作为本发明的进一步改进，步骤8中的事件驱动函数为：

其中

令

表示λ_i(t)在驱动瞬间

的值，当

时，

本发明的有益效果是：

(1)本发明针对发电系统中的通信噪声，通过构造一致性增益函数c(k)，分布式经济调度可以收敛，从而有效地抑制地通信噪声；

(2)本发明针对电力系统中的柔性负荷，提出了基于成本微增率的一致性经济调度方法；

(3)本发明考虑了电力元件在“即插即用”下拓扑结构多变的问题，采用事件驱动控制方式，系统能够在达到经济调度的同时，满足智能电网对“即插即用”的要求，避免了资源浪费，减少了通信堵塞。

附图说明

图1是本发明的算法流程图。

图2是本发明的通讯拓扑未改变前的3机组与2负荷的通信拓扑图。

图3是本发明的通讯拓扑加入负荷3后的通信拓扑图。

图4是本发明的高斯白噪声示意图。

图5是本发明的事件驱动图。

图6是本发明的一致性变量的变化图。

图7是本发明的发电机组输出功率与负荷功率的变化图。

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。

请参阅图1-7所示，本发明揭示了一种基于通信噪声的分布式事件驱动电力经济调度方法，通过在一致性协议中引入增益函数，有效地抑制通信噪声的影响，再利用事件驱动一致性算法进行经济调度，达到经济效益最大化，主要包括以下步骤：

步骤1.设置发电系统的初值，包括发电系统运行时间t，采样间隔T；

步骤2.根据通信拓扑图形成邻接矩阵

得到发电系统的拉普拉斯矩阵

步骤3.在发电系统中输入各节点功率及目标函数参数，包括参数a_i、b_i、c_i、α_j、β_j，发电机功率P_Gi的初始值、负荷用电功率P_Dj的初始值、发电机最大功率P_{Gi max}、发电机最小功率P_{Gi min}，负荷的最大功率P_{Dj max}、最小功率P_{Dj min}，其中a_i、b_i、c_i、α_j、β_j为常数，i表示发电机组的序号，i＝1，2，3...M，j表示负荷的序号，j＝M+1，M+2，M+3...M+H；

步骤4.计算一致性变量λ的初值λ_i(0)和λ_j(0)，λ_i(0)＝P_Gi，λ_j(0)＝P_Dj；

步骤5.计算功率偏差ΔP；

步骤6.选取λ₁(0)、λ_M+1(0)作为机组与负荷领导者，并用引入了一致性增益函数c(k)的一致性迭代公式计算下一个状态的一致性变量值λ_i(k+1)，i＝1，2，3…M+H，k为迭代次数，k＝1，k_max＝t/(T+1)；

步骤7.通过一致性变量计算发电机的输出功率P_Gi，判断发电机功率是否在约束范围内，如果在约束范围内，则将当前的功率值作为计算值，如果在约束范围外，则将功率约束的最大值或最小值作为计算值；

步骤8.判断事件驱动函数是否小于等于0，若小于等于0，那么控制率不变，仍然取上一次的值；若大于0，则更新控制率

且转到步骤6并使k+1；

步骤9：检查通讯拓扑是否改变，通讯拓扑改变则返回到步骤2，未改变则输出一致性变量及发电机功率并结束运行。

在本实施例中，在步骤1中设置的发电系统的初值，包括发电系统运行时间t＝100s，采样间隔T＝0.1s。

在本实施例中，请参阅图2所示，步骤2中根据通信拓扑图形成邻接矩阵

以3发电机，2负荷为例，则拉普拉斯矩阵

为

在50s加入负荷3，则通信拓扑图如图3所示，此时拉普拉斯矩阵

为

如图5所示，是本发明的事件驱动图，当第50s加入负荷3时，出现黑点，表示各发电机之间需要进行通信。

在本实施例中，在步骤3中，输入各节点功率及目标函数参数，包括参数a_i、b_i、c_i、α_j、β_j，发电机功率P_Gi的初始值、负荷用电功率P_Dj的初始值、发电机最大功率P_{Gi max}、发电机最小功率P_{Gi min}，负荷的最大功率P_{Dj max}、最小功率P_{Dj min}，其中a_i、b_i、c_i、α_j、β_j为常数，i表示发电机组的序号，设i＝1，2，3，j表示负荷的序号，j＝4，5，6，发电机组个数N＝3，定义发电机的成本函数为：

其中P_Gi为第i台发电机的发电功率，a_i、b_i、c_i为第i台发电机的成本系数；柔性负荷收益函数为：

其中e_j、f_j为第j个负荷的用电效益系数，P_Dj为第j个负荷的用电功率。

对于3发电机、3电荷而言，具体的参数如下表所示：

发电机	b<sub>i</sub>	c<sub>i</sub>	P<sub>Gi</sub>
				1	8.0650	0.03124	100
2	6.2950	0.12475	80
				3	8.3700	0.15425	150

负荷	e<sub>j</sub>	f<sub>j</sub>	P<sub>Dj</sub>
				4	26.6250	-0.1123	150
5	19.2356	-0.0658	60
				6	48.1200	-0.1532	120

经济调度模型为：

min∑B_j(P_Dj)-∑C_i(P_Gi)。

在本实施例中，在步骤4中计算一致性变量λ的初值λ_i(1)和λ_j(1)，若λ_i(1)＝P_Gi，λ_j(1)＝P_Dj，则一致性变量λ的初值的计算函数为：

λ_i(1)＝2c_iP_Gi+b_i

λ_j(1)＝2c_jP_Gj+e_j

即λ₁(1)＝P_G1、λ₂(1)＝P_G2、λ₃(1)＝P_G3、λ₄(1)＝P_D1、λ₅(1)＝P_D2、λ₆(1)＝P_D3。

在本实施例中，步骤5中功率偏差ΔP的计算函数为：

所以ΔP＝P_D1+P_D2+P_D3-P_G1-P_G2-P_G3。

在本实施例中，在步骤6中选取λ₁(1)、λ₄(1)作为机组与负荷领导者，并用引入了一致性增益函数c(k)的一致性迭代公式计算下一个状态的一致性变量值λ_i(k+1)，i＝1，2，3…6，k为迭代次数，k＝1，k_max＝t/(T+1)。

机组与负荷领导者的一致性变量迭代更新公式为：

跟随者的一致性变量迭代更新公式为：

其中c(k)为一致性增益函数：

δ₁，δ₂为延迟系数，δ₁＝0.01，δ₂＝0.01，ε＝0.005。

如图6所示是本发明的一致性变量的变化图，当各个一致性变量收敛时，则收敛的值为一致性变量的最优解。

在本实施例中，在步骤7中，按照下列公式及约束条件计算发电机功率P_Gi：

按照下列公式及约束条件计算负荷用电功率P_Dj：

根据公式及约束条件判断发电机功率P_Gi是否在约束范围内，如果在约束范围内，则将当前的发电机功率P_Gi作为计算值，如果在约束范围外，则将功率约束的最大值或最小值作为计算值。图7所示是发电机组输出功率P_Gi与负荷功率P_Dj随时间的变化图，可直观看出在第50s加入新的负荷3后发电机组输出功率P_Gi与负荷功率P_Dj的变化。

在本实施例中，在步骤8中，事件驱动函数为：

其中

令

表示λ_i(t)在驱动瞬间

的值.当

时，

判断事件驱动函数是否小于等于0，若小于等于0，那么控制率不变，仍然取上一次的值，输出一致性变量及发电机功率并结束运行；若大于0，则更新控制率

且转到步骤6并使k+1。

本发明针对发电系统中的通信噪声，假设了如图4所示的高斯白噪声情况，此时均值为0，标准差为0.2，并设发电机成本为二次函数C_i(P_Gi)，以每台机组成本函数的微增率为一致性变量λ，选择一个“决策机组”以系统功率偏差ΔP对整个系统进行牵制控制。通过构造一致性增益函数c(k)，分布式调度算法可收敛，从而有效地抑制了通信噪声对电力系统的影响。针对电力系统中存在的柔性负荷与电力元件在“即插即用”下拓扑结构多变的问题，采用事件驱动控制方式，设立事件驱动函数F，并检查拓扑是否改变，使系统能够在达到经济调度的同时，满足智能电网对“即插即用”的要求，降低对通讯依赖，有利于降低电网的运行成本，同时用电产生的效益最大，从而实现整个电力系统运行的经济效益最大化。

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 (8)

1.一种基于通信噪声的分布式事件驱动电力经济调度方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

步骤1.设置发电系统的初值，包括发电系统运行时间t和采样间隔T；

步骤2.根据通信拓扑图形成邻接矩阵

得到发电系统的拉普拉斯矩阵

步骤3.在发电系统中输入各节点功率及目标函数参数，包括参数a_i、b_i、c_i、α_j、β_j，发电机功率P_Gi的初始值、负荷用电功率P_Dj的初始值、发电机最大功率P_{Gi max}、发电机最小功率P_{Gi min}，负荷的最大功率P_{Dj max}、最小功率P_{Dj min}，其中a_i、b_i、c_i、α_j、β_j为常数，i表示发电机组的序号，i＝1，2，3...M，j表示负荷的序号，j＝M+1，M+2，M+3...M+H；

步骤4.计算一致性变量λ的初值λ_i(0)和λ_j(0)，λ_i(0)＝P_Gi，λ_j(0)＝P_Dj；

步骤5.计算功率偏差ΔP；

步骤6.选取λ₁(0)、λ_M+1(0)作为机组与负荷领导者，并用引入了一致性增益函数c(k)的一致性迭代公式计算下一个状态的一致性变量值λ_i(k+1)，i＝1，2，3…M+H，k为迭代次数，k＝1，k_max＝t/(T+1)；

步骤7.通过一致性变量计算发电机的输出功率P_Gi，判断发电机功率是否在约束范围内，如果在约束范围内，则将当前的功率值作为计算值，如果在约束范围外，则将功率约束的最大值或最小值作为计算值；

步骤8.判断事件驱动函数是否小于等于0，若小于等于0，那么控制率不变，仍然取上一次的值；若大于0，则更新控制率

且转到步骤6并使k+1；

步骤9：检查通讯拓扑是否改变，通讯拓扑改变则返回到步骤2，未改变则输出一致性变量及发电机功率并结束运行。

2.根据权利要求1所述的基于通信噪声的分布式事件驱动电力经济调度方法，其特征在于：

步骤3中，定义发电机的成本函数为：

其中a_i、b_i、c_i为第i台发电机的成本系数，P_Gi为第i台发电机的发电功率，

定义柔性负荷的收益函数为：

其中e_j、f_j为第j个负荷的收益系数，P_Dj为第j个负荷的用电功率，

则经济调度模型为：

min ∑B_j(P_Dj)-∑C_i(P_Gi)。

3.根据权利要求1所述的基于通信噪声的分布式事件驱动电力经济调度方法，其特征在于：

步骤4中，计算一致性变量λ的初值的计算函数为：

λ_i(1)＝2c_iP_Gi+b_i

λ_j(1)＝2c_jP_Gj+e_j。

4.根据权利要求1所述的基于通信噪声的分布式事件驱动电力经济调度方法，其特征在于：

步骤5中，功率偏差ΔP的计算公式为：

其中ΔP为功率偏差，P_Gi为第i台发电机的发电功率，P_Dj为第j个负荷的功率。

5.根据权利要求1所述的基于通信噪声的分布式事件驱动电力经济调度方法，其特征在于：

步骤6中，机组与负荷领导者的一致性变量迭代更新公式为：

跟随者的一致性变量迭代更新公式为：

其中c(k)为一致性增益函数，ε为功率调节系数。

6.根据权利要求5所述的基于通信噪声的分布式事件驱动电力经济调度方法，其特征在于：

所述一致性增益函数c(k)为:

其中δ₁，δ₂为延迟系数，δ₁＞0，δ₂＞0。

7.根据权利要求1所述的基于通信噪声的分布式事件驱动电力经济调度方法，其特征在于：

步骤7中，按照下列公式及约束条件计算发电机功率P_Gi：

按照下列公式及约束条件计算负荷用电功率P_Dj：

8.根据权利要求1所述的基于通信噪声的分布式事件驱动电力经济调度方法，其特征在于：

步骤8中，事件驱动函数为：

其中

令

表示λ_i(t)在驱动瞬间

的值，当

时，

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