JP2022179294A - Distributed type architecture for self-adapting virtual power station and economical distribution method therefor - Google Patents

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Abstract

To provide a distributed type architecture and economical distribution method therefor, suitable for a virtual power station with a large amount of aggregated distributed type resource.SOLUTION: A self-adapting virtual power station distributed type architecture includes an agent layer, a gateway layer, a database, a message queue server, an adjustment layer and a power network. The agent layer includes a plurality of groups of DERU. The gateway layer is a middle layer and includes an edge computing function, and transmits an adjustment signal issued by the adjustment layer to the DERU. The adjustment layer includes a repetition management service for promoting repetition. To relieve a pressure load of communication with high simultaneous execution, the issuance or subscription of all messages are asynchronous in the time frame of each repetition and to read it as necessary, the message queue server writes important information in the queue into the database.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電気工学及びその自動化の技術分野に関し、特に適応化仮想発電所の分散型アーキテクチャ並びにその経済的配分方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to the technical field of electrical engineering and its automation, and more particularly to the distributed architecture of adaptive virtual power plants and their economic allocation methods.

電力網規模の拡大と分散型電源(Distributed Energy Resource, DER)の浸透率の日々増加に伴い、電力システムの安全性且つ信頼性の高い調整と経済的運用はますます重要になり、DERの合理的且つ効率的な管理と、電力システムの経済的運用への参加は、電力分野における研究の焦点と困難の1つになっている。仮想発電所(Virtual Power Plant 、VPP)は、進んでいる制御、計測、通信などの技術と管理メカニズムの助けを借りて、集約DERの理想的な構成形式である。 With the expansion of power grid scale and the daily increase in the penetration rate of Distributed Energy Resources (DER), the safe and reliable coordination and economic operation of the power system are becoming more and more important. And efficient management and participation in the economic operation of power systems has become one of the research focuses and challenges in the power sector. A Virtual Power Plant (VPP) is an ideal configuration form of an aggregated DER with the help of advanced control, instrumentation, communication, and other technologies and management mechanisms.

既存の経済配分方法には、主に次の欠点がある。(1)集中型ディスパッチ方法では、最下層DERユニット(DERU)がそれぞれのパラメータと制約をアップロードする必要があり、中央制御装置は問題を纏めて解決し、最適解決策を得た後、各ユニットにディスパッチ命令を送信する。DERUが大量である分散的特性を有するため、集中型方法は通信帯域幅と中央ストレージ機器のパフォーマンスが高く要求され、ディスパッチセンターの単一障害点も、システムを麻痺させるおそれがある。そして、最下層のすべての情報をアップロードする必要があり、これは資源財産所有者のプライバシー保護に不利である。(2)エージェント技術の開発に伴い、一部の学者は、一定の計算及び通信機能を備えたDERUをエージェント(agent)と見なす分散型経済的配分方法を提案した。各エージェントのステータスは、ディスパッチセンターを必要とせずに平等であり、各ユニットは隣接するユニットと必要な情報を交換した後、得られた情報を統合して、独立した意思決定を行い、各ユニットの独立した意思決定能力と個体のインテリジェンスを発揮する。例えば、現在の典型的な方法――マルチエージェントの一貫性に基づく分散型経済配分方法は、各エージェントの出力の限界費用を一貫性変数として選択し、各ユニットの増分コストの一貫性が満たされると、地域全体の最適経済性を達成する。従来技術では、leader-followerの電力システム分散型経済配分戦略が提案されているが、leaderが毎回反復で地域全体の有効電力不足ΔPを収集する必要があり、これにより、集中型問題が発生し、且つ反復ステップサイズは収束パフォーマンスに大きな影響を与える。また、反復終了条件は、条件ΔP=0が満たされて、反復が終了する場合、各エージェントの限界費用は厳密に等しくない場合がある。従来の文献はまた、leaderを必要としない完全分散型経済配分方法を提供したが、DERU反復の初期総出力は、目標量と等しい必要がある。前記の分散型ディスパッチのアルゴリズムは、いずれも各エージェントの通信接続が強い連結グラフを形成する必要がある。したがって、実際のアプリケーションでは、情報サイロによりシステムの余分なワークロードが増加して、分散型リソースのプラグアンドプレイやシステムのオンラインフォールトトレランスへの不利を回避するために、初期化中及びエージェントが操作を終了するときに、システムの接続を確認する必要がある。また、分散型スディスパッチアルゴリズムの収束速度は通信トポロジの接続性に大きく依存し、且つ収束を達成するための反復回数はDERスケールの拡張に伴って大幅に増加するため、大量である分散型リソースのコンテキストでのアプリケーションは制限される。(3)すべてのDERUに依存せずに強く接続されたグラフを構成するための方法について、従来の文献では、交互方向乗数法(ADMM)に基づく分散型計算法を提案し、エージェント間で情報を交換する必要がなく、情報サイロを効果的に回避できたが、アルゴリズムのペナルティ係数は収束に大きな影響を与え、且つその影響を確実に分析することは容易ではなく、ペナルティ係数は一般的に試行錯誤によって得られるため、その適用が制限される。また、前記のすべての方法は、出力電力の2次関数としていずれもDERUのコスト関数に依存しているため、方法の普遍性が制限された。 The existing economic allocation methods have the following main drawbacks. (1) In the centralized dispatch method, the lowest layer DER unit (DERU) needs to upload their respective parameters and constraints, the central controller solves the problem collectively, and after obtaining the optimal solution, each unit Send dispatch instructions to . Due to the decentralized nature of the large amount of DERU, the centralized method places high demands on the communication bandwidth and the performance of the central storage equipment, and even a single point of failure in the dispatch center can paralyze the system. And it is necessary to upload all the information of the lowest layer, which is disadvantageous to the resource property owner's privacy protection. (2) With the development of agent technology, some scholars have proposed a decentralized economic allocation method that treats DERUs with certain computing and communication capabilities as agents. Each agent's status is equal without the need for a dispatch center, and each unit, after exchanging necessary information with neighboring units, integrates the information obtained to make independent decisions, allowing each unit to exercise independent decision-making ability and individual intelligence. For example, the current typical method--the decentralized economic allocation method based on multi-agent coherence--chooses the marginal cost of each agent's output as the coherence variable, and the coherence of each unit's incremental cost is satisfied. and achieve optimum economic efficiency for the entire region. In the prior art, a leader-follower power system decentralized economic allocation strategy is proposed, but the leader needs to collect the active power shortage ΔP of the entire region in each iteration, which causes the concentration problem. , and the iteration step size has a great impact on the convergence performance. Also, the iteration termination condition may be that if the condition ΔP=0 is met and the iteration terminates, the marginal costs of each agent may not be exactly equal. Prior literature also provided a fully decentralized economic allocation method that does not require a leader, but the initial total output of DERU iterations needs to be equal to the target amount. All of the above distributed dispatch algorithms require the formation of a connected graph in which each agent has a strong communication connection. Therefore, in practical applications, the information silo increases the extra workload of the system, and it is recommended that agents operate during initialization and in order to avoid penalizing the plug-and-play of distributed resources and the online fault tolerance of the system. You should check your system connectivity when exiting . In addition, the convergence speed of the distributed Sdispatch algorithm is highly dependent on the connectivity of the communication topology, and the number of iterations to achieve convergence increases significantly with increasing DER scale, resulting in a large amount of distributed resources. application in the context of (3) Regarding a method for constructing a strongly connected graph that is independent of all DERUs, the conventional literature proposes a distributed computation method based on the Alternate Directional Multiplier Method (ADMM), in which information is distributed among agents. can effectively avoid information silos without the need to exchange Its application is limited because it is obtained by trial and error. Also, all the above methods rely on the DERU cost function as a quadratic function of the output power, which limits the generality of the methods.

本発明は、大量である分散型リソースを集約した仮想発電所に適した分散型の経済配分方法及びアーキテクチャを設立することを目的とする。本方法は、安定した収束条件と自己適応化調整の特性を持ち、DERUのプラグアンドプレイを実現でき、本方法は、コーディネーターの単一障害点問題を処理でき、計算と通信の効率を向上させ、プライバシーを保護すると同時に、強力なフォールトトレランスを備える。本方法は、DERUの増分コスト関数が一般的な単調増加関数である状況に適用できるため、普遍的な適用性がある。 The purpose of the present invention is to establish a decentralized economic allocation method and architecture suitable for a virtual power plant that aggregates a large amount of distributed resources. The method has the characteristics of stable convergence condition and self-adaptive adjustment, can realize DERU plug-and-play, the method can deal with the coordinator's single point of failure problem, and improves the efficiency of computation and communication. , while protecting privacy and providing strong fault tolerance. The method has universal applicability as it can be applied to situations where the incremental cost function of DERU is a general monotonically increasing function.

上記目的を実現させるために、技術的解決策として本発明は、
エージェント層、ゲートウェイ層、データベース、メッセージキューサーバー、調整層、及び電力網を含み;
前記エージェント層には、複数グループの分散型電源ユニット(DERU)が含まれ、前記DERUのユニットは、仮想発電所における最下層の電源装置又は調整可能な負荷であり、検知と計算の機能を備え、自身の増分コスト関数に従って調整信号に応答し、且つ最終出力命令を実行でき、出力制限値の範囲内で出力を連続的に調整でき;前記DERUは、エネルギーインターフェースを介して仮想発電所の電力バスに接続され、且つローカルのエネルギー情報ゲートウェイとの通信接続を確立し、1台のゲートウェイは数十台のDERUに接続でき;
前記ゲートウェイ層は中間層であり、エッジコンピューティング機能を備え、毎回の反復で最下層DERUの情報を纏めてアップロードし、調整層によって発行された調整信号をDERUに伝達し;
前記調整層には反復を促進するための反復管理サービスがあり、同時実行性の高い通信の負荷を軽減するために、毎回反復の時間枠では、すべてのメッセージの発行又はサブスクリプションは非同期であり;
必要に応じて読み取れるように、前記メッセージキューサーバーは、キュー内の重要な情報をデータベースに書き込むことができる自己適応化仮想発電所分散型アーキテクチャを提供する。
In order to achieve the above object, the present invention as a technical solution,
Including agent layer, gateway layer, database, message queue server, coordination layer and power grid;
The agent layer includes multiple groups of distributed power generation units (DERUs), the units of the DERU being the lowest-level power units or adjustable loads in the virtual power plant and equipped with sensing and computing functions. , can respond to a regulation signal according to its own incremental cost function and execute a final output command, and can continuously regulate the output within an output limit value; Connected to the bus and established a communication connection with the local energy information gateway, one gateway can connect to dozens of DERUs;
The gateway layer is an intermediate layer, with edge computing function, collectively uploads the information of the lowest DERU in each iteration, and conveys the coordination signal issued by the coordination layer to the DERU;
The coordination layer has an iteration management service to facilitate iteration, and all message publications or subscriptions are asynchronous in each iteration timeframe to reduce the load of highly concurrency communication. ;
The message queue server provides a self-adapting virtual power plant distributed architecture that can write important information in the queue to a database so that it can be read as needed.

電力網が仮想発電所に出力命令、即ち出力目標量XDを発行するステップS1と;
調整層が初期化調整信号、即ち増分コスト値λをゲートウェイに発行し、ゲートウェイは調整信号をオンラインDERUに送信するステップS2と;
DERUが自身の出力サイズxl i(k)と感度1/λ’i(xi(k))を計算し、且つ出力制限値と比較し、出力制限値を超えない場合、DERUの出力サイズ及びその調整信号に対する感度をゲートウェイに報告し;出力制限値を超えた場合、DERU出力を出力制限値に制限し、その感度1/λ’i(xi(k))をゼロにリセットしてから、DERUの出力サイズと感度をゲートウェイに報告するステップS3と;
ゲートウェイが接続されたDERUの総出力値と総感度値を集約し、メッセージキューを介して調整層に発行するステップS4と;
調整層が、すべてのDERUの総出力値及びステップサイズの上限を計算し、出力の誤差ΔX(k)、即ち出力目標量XDと総出力値の差値を計算するステップS5と、
出力誤差が十分に小さい場合、反復が終了し、調整層が統一された反復終了信号を発行し、各DERUが最終反復計算結果に従って出力し、仮想発電所は経済配分を完了し;出力誤差が大きい場合、調整信号の大きさを変更し、誤差が十分に小さくなるまで、ステップS2に戻って次の反復を行うステップS6と、
を含む自己適応化仮想発電所の分散型経済配分方法も提供される。
Step S1 in which the power grid issues an output command, i.e., an output target quantity X D to the virtual power plant;
step S2 in which the coordination layer issues an initialization coordination signal, ie an incremental cost value λ, to the gateway, and the gateway sends the coordination signal to the online DERU;
DERU calculates its own output size x l i (k) and sensitivity 1/λ′ i (x i (k)) and compares with the output limit value, if the output limit value is not exceeded, DERU's output size and its sensitivity to the conditioned signal to the gateway; if the output limit is exceeded, limit the DERU output to the output limit, reset its sensitivity 1/λ' i (x i (k)) to zero, and from step S3 of reporting the output size and sensitivity of the DERU to the gateway;
a step S4 of aggregating the total output value and the total sensitivity value of the DERUs to which the gateway is connected and issuing them to the coordination layer via a message queue;
a step S5 in which the adjustment layer calculates the total output value of all DERUs and the upper limit of the step size, and calculates the output error ΔX(k), that is, the difference value between the output target amount X D and the total output value;
When the output error is small enough, the iteration ends, the adjustment layer issues a unified iteration end signal, each DERU outputs according to the final iteration calculation result, the virtual power plant completes the economic allocation; if so, step S6 of changing the magnitude of the adjustment signal and returning to step S2 for the next iteration until the error is sufficiently small;
Also provided is a decentralized economic allocation method for a self-adapting virtual power plant comprising:

ステップS1では、調整層の仮想コーディネーターが障害した場合、計算機器が新しい仮想コーディネーターとして再指定され、新しい仮想コーディネーターは、すべてのゲートウェイによって統計された出力サイズxlとステップサイズhlをサブスクライブし、lがゲートウェイ番号であってもよい。 In step S1, if the virtual coordinator of the coordination layer fails, the computing device is re-designated as the new virtual coordinator, and the new virtual coordinator subscribes to the output size x l and step size h l statistics by all gateways. , l may be the gateway number.

ステップS4では、調整層の仮想コーディネーターが障害した場合、計算機器が新しい仮想コーディネーターとして再指定され、新しい仮想コーディネーターは、すべてのゲートウェイ統計の出力サイズxl及びステップサイズhlをサブスクライブし、新しい仮想コーディネーターは、データベース又はメッセージキューから、出力目標量XDと現在の反復の調整信号λ(k)及び各ゲートウェイによって発行されたすべての接続されたDERUの総出力値及び総感度値をダウンロードしてもよい。 In step S4, if the coordination layer virtual coordinator fails, the computing device is redesignated as the new virtual coordinator, and the new virtual coordinator subscribes to the output size x l and step size h l of all gateway statistics, and the new The virtual coordinator downloads from the database or message queue the output target quantity X D and the adjustment signal λ(k) of the current iteration and the total output and total sensitivity values of all connected DERUs issued by each gateway. may

ステップS6では、調整信号サイズを変更するルールは、総出力値が出力目標量XDより低い場合、次の反復での調整信号を増やし、総出力値が出力目標量XDより高い場合は、総出力値と出力目標量Xの差値が十分に小さくなるまで、次の反復での調整信号を減らしたら、反復が終了してもよい。 In step S6, the rule for changing the adjustment signal size is: if the total output value is lower than the output target amount X D , increase the adjustment signal in the next iteration; if the total output value is higher than the output target amount X D , The iteration may be terminated after reducing the adjustment signal in the next iteration until the difference between the total output value and the output target quantity XD is sufficiently small.

ステップS6では、調整信号の更新ルールが次の通りであり、

Figure 2022179294000002
その中で、kが反復回数であり;hが正のスカラー、反復ステップサイズであり;XDがVPPの出力目標量であり、サイズが、
Figure 2022179294000003
であり、xiがi番目のDERUの出力であり、軽減できる負荷については、xがその負荷軽減量であり;xの出力制約式がxmin i≦xi≦xmax i i=1、2、…、Nであり、その中でxmin iとxmax iはそれぞれが、i番目のDERU出力の上限と下限であり;
Figure 2022179294000004
をi番目DERUの増分コストとし、出力制約式を考慮しない場合、等増分率法則(Equal incremental rate criterion )により、λ1=λ2=…λN=λ’ 且つ、
Figure 2022179294000005
を満たす場合、仮想発電所の出力コストが最も低く、経済配分を達成し;出力制約式を考慮する場合、ソルビングプロセスで出力制限を越えるDERU出力を対応する制限値に固定し、制限値に達しないDERUの増分コストが一致する場合、仮想発電所は経済配分を達成し;
毎回反復における目標量に対する仮想発電所の総出力の誤差を以下に定義し、
Figure 2022179294000006
DERU出力の更新ルールが、
Figure 2022179294000007
即ち、調整信号がDERUの出力範囲を超えると、出力は制限値に固定され、この時点で制限値に達したDERUは、調整信号の変化に応答し続けず;その中で、λ-1 i(・)がλi(・)の逆函数であってもよい。 In step S6, the rule for updating the adjustment signal is as follows:
Figure 2022179294000002
where k is the number of iterations; h is a positive scalar, the iteration step size; X D is the output target amount of VPP, and the size is
Figure 2022179294000003
, where xi is the output of the i - th DERU, and for the load that can be mitigated , xi is the amount of the load that can be mitigated; 1, 2, . . . , N, where x min i and x max i are respectively the upper and lower bounds of the i-th DERU output;
Figure 2022179294000004
be the incremental cost of the i-th DERU, and the output constraint is not considered, then by the Equal incremental rate criterion, λ 12 = . . . λ N =λ' and
Figure 2022179294000005
If the output constraint equation is considered, the DERU output exceeding the output limit is fixed to the corresponding limit value in the solving process, and the limit value is reached. If the incremental costs of non-DERUs are matched, the virtual power plant achieves economic allocation;
Define the error of the total output of the virtual power plant to the target quantity at each iteration as
Figure 2022179294000006
The update rule for the DERU output is
Figure 2022179294000007
That is, when the regulated signal exceeds the DERU's output range, the output is clamped to the limit value, and the DERU that has reached the limit value at this point will not continue to respond to changes in the regulated signal ; (·) may be the inverse function of λ i (·).

反復ステップサイズhには、以下の3つの収束条件があり、
(1)すべてのDERUのコスト関数が2次関数である場合:
DERUのコスト関数が従来の2次関数である場合:

Figure 2022179294000008
ここで、xiとfiのそれぞれがi番目のDERUの出力及び発電コストであり、削減できる負荷については、xiとfiはそれぞれがその負荷削減の量と調整コストであり、電力システムでのDERU発電又は調整コストは、限界費用の増加の法則を満たしているので、コスト関数fiが単調増加関数でありai、bi、ciはそれぞれが二次項、一次項係数及び定数項であり、いずれも正数であり、hが毎回の反復で変化せずに、DERUの出力制限が考慮されない場合、前記自己適応化仮想発電所の分散型経済配分方法が効果的に収束するための必要且つ十分な条件が以下の通りであり、
Figure 2022179294000009
この場合、調整ステップサイズhが任意の値を取ることができず、正数を取る必要があり、且つすべてのDERUのコスト関数の二次項係数にのみ関連する上限があり、一次項係数及び定数項とは関係ないので、ステップサイズの上限を以下に定義でき、
Figure 2022179294000010
したがって、前記の収束条件が以下の通りであり、
h=rhmax 0<r<1
この式は、即ちすべてのDERUのコスト関数が二次関数である場合の反復収束条件であり;
(2)DERUのコスト関数が一般的な増加関数である場合:
DERUのコスト関数の導関数、即ち増分コスト関数λi(xi)が増加関数であり、この時点でのステップ上限が以下の通りであり、
Figure 2022179294000011
式中、λ’i(xi)はxiに対するλi(xi)の一次導関数であり、即ちfiがxiに対する二次導関数であり;
(3)DERUが出力限界に達し、又は通信障害が発生した場合:
DERUが出力限界に達すると、DERUは調整信号の変化に応答できなくなり、したがってhmaxを計算するとき、それを無視するべきであり、したがって反復プロセスでは、ステップサイズの集中型更新ルールが、DERUの出力限界を考慮し、DERUの増分コスト関数が一般的な増加関数である場合、k番目の反復では、ステップサイズhの集中型更新ルールのアルゴリズムが以下の通りであり、
a1:ξ←0
a2:for i=1:N
a3:x(k)←max(min(λ‐1i(λ(k),xmax i),xmin i)
a4:if xmin i<x(k)<xmax i then ξ←ξ+1/λ' i(x(k))
a5:hmax(k)←2/ξ
a6:h(k)=rhmax(k)
特殊な場合の処理:調整信号が対応する出力値が一部のDERUの上限より大きく、残りのDERUの下限より小さい場合、反復でデッドゾーンが発生し、このとき、ステップサイズの更新は、分母が0の状況が発生し、即ちアルゴリズムa5行のξ=0、この状況が発生した場合、アルゴリズムa4行の制限値の判定は片側のみを取ってもよく、即ち、誤差ΔX(k)がプラスである場合、上限のみを判断し、誤差ΔX(k)がマイナスである場合、下限のみを判断する;即ち、分母ξは出力が誤差方向に調整できるDERUによって総合的に決定できる。 There are three convergence conditions for the iteration step size h:
(1) If all DERU cost functions are quadratic:
If the DERU cost function is a conventional quadratic function:
Figure 2022179294000008
where x i and f i are the output and generation costs of the i-th DERU, respectively, and for the load that can be reduced, x i and f i are the amount of load reduction and the adjustment cost, respectively, and the power system Since the DERU generation or adjustment cost at , satisfies the law of increasing marginal cost, the cost function f i is a monotonically increasing function and a i , b i , c i are the quadratic term, the linear term coefficient and the constant terms, both of which are positive numbers, h does not change at every iteration, and the DERU output limit is not considered, the decentralized economic allocation method of the self-adapting virtual power plant converges effectively. The necessary and sufficient conditions for
Figure 2022179294000009
In this case, the adjustment step size h cannot take any value, it must take a positive number, and there is an upper bound associated only with the quadratic coefficient of the cost function of all DERUs, the linear term coefficient and the constant term, we can define an upper bound on the step size as
Figure 2022179294000010
Thus, the convergence conditions for the above are:
h=rh max 0<r<1
This expression is the iterative convergence condition when the cost function of all DERUs is quadratic;
(2) If the DERU cost function is a general increasing function:
The derivative of the DERU cost function, the incremental cost function λ i (x i ), is the increasing function, and the upper step limit at this point is:
Figure 2022179294000011
where λ' i (x i ) is the first derivative of λ i (x i ) with respect to x i , i.e. f i is the second derivative with respect to x i ;
(3) When the DERU reaches its output limit or a communication failure occurs:
When the DERU reaches its output limit, it can no longer respond to changes in the regulation signal, so it should be ignored when calculating h max , so in the iterative process, the centralized update rule of the step size is applied to the DERU Considering the output bound of , and the incremental cost function of DERU is a general increasing function, at the kth iteration, the algorithm for the centralized update rule with step size h is:
a1: ξ←0
a2: for i=1:N
a3: x i (k)←max(min(λ-1i(λ(k), xmax i), xmin i)
a4: if xmin i< xi (k)<xmax i then ξ←ξ+1/λ'i( xi (k))
a5: h max (k)←2/ξ
a6:h(k)= rhmax (k)
Special Case Handling: If the output value to which the adjustment signal corresponds is greater than the upper bound of some DERUs and less than the lower bound of the remaining DERUs, an iteration will experience a dead zone, when updating the step size is 0, i.e., ξ = 0 in line Algorithm a5, if this situation occurs, the determination of the limit value in line Algorithm a4 may take only one side, i.e. the error ΔX(k) is positive If , then only the upper bound is judged, and if the error ΔX(k) is negative, only the lower bound;

本発明は、従来の技術に比較して以下の有益な効果を有する。本発明の一実施形態に係る分散型経済配分方法は、自己適応性を持ち、仮想発電所内の分散型リソースの大量性と、変動性との特性に適応できる。ステップサイズのアルゴリズムのデカップリングと階層的分散型アーキテクチャは、分散型リソースの分散特性に適応でき、分散型リソースのプラグアンドプレイを実現できる。 The present invention has the following beneficial effects compared with the prior art. A decentralized economic allocation method according to an embodiment of the present invention is self-adaptive and can adapt to the high volume and variability characteristics of distributed resources within a virtual power plant. Step-size algorithm decoupling and hierarchical distributed architecture can adapt to the distributed characteristics of distributed resources and realize the plug-and-play of distributed resources.

1)ステップサイズ上限の理論値の存在により、方法は高い収束を確実に持ち、同時に、方法の自己適応性は、大量で、分散型リソースの経済配分問題を効果的に解決できる。
2)軽量化の設計により、システムの計算と通信の圧力が分散され、仮想発電所の運用効率と調整速度を大幅に向上する。
3)単一障害点が発生した場合のコーディネーターのホスティング処理方法を提案し、分散型リソースをサポートするプラグアンドプレイ機能と組み合わせて、方法全体が高いフォールトトレランスを備える。
4)パラメータ更新機能と階層アーキテクチャにより、分散型リソースのパラメータ情報が保護され、プライバシーが保護される。
1) The existence of a theoretical upper bound on the step size ensures that the method has a high convergence, and at the same time the method's self-adaptiveness can effectively solve the economic allocation problem of massive and distributed resources.
2) The lightweight design distributes the computational and communication pressure of the system, greatly improving the operational efficiency and adjustment speed of the virtual power plant.
3) Proposing a coordinator hosting handling method in the event of a single point of failure, combined with plug-and-play functionality to support distributed resources, the whole method has high fault tolerance.
4) Parameter update function and layered architecture protects parameter information of distributed resources and protects privacy.

メッセージキュー送信メカニズムに基づく仮想発電所の分散型アーキテクチャである。It is a distributed architecture of virtual power plant based on message queue transmission mechanism. 仮想発電所の分散型経済配分方法のフローチャートである。Fig. 3 is a flow chart of a decentralized economic allocation method for virtual power plants;

本発明の実施形態における技術的解決策は、本発明の実施形態における図面と併せて以下に明確且つ完全に説明されるが、明らかに、記載された実施形態は、本発明の実施形態の一部にすぎず、すべての実施形態ではない。本発明の実施形態に基づいて、創造的な作業なしに当業者によって得られた他のすべての実施形態は、本発明の保護範囲に含まれる。 The technical solutions in the embodiments of the present invention will be clearly and completely described below in conjunction with the drawings in the embodiments of the present invention. Obviously, the described embodiments are only one of the embodiments of the present invention. Some but not all embodiments. All other embodiments obtained by persons skilled in the art without creative work based on the embodiments of the present invention fall within the protection scope of the present invention.

(一、仮想発電所経済配分モデル)
仮想発電所の経済配分とは、仮想発電所の総出力目標と各分散型リソースの出力範囲を満たした条件下で、総発電コストを最小化するために、各発電機グループの出力を合理的に配置することを指す。
(1. Virtual power plant economic allocation model)
The economic allocation of a virtual power plant is the rational allocation of the output of each generator group to minimize the total power generation cost under the condition that the total output target of the virtual power plant and the output range of each distributed resource are met. It means to place in

Figure 2022179294000012
Figure 2022179294000012

Figure 2022179294000013
Figure 2022179294000013

min i≦xi≦xmax i i=1,2,…,N (式1c) x min i ≤ x i ≤ x max i i = 1, 2, ..., N (equation 1c)

式中、xiとfiは、それぞれi番目のDERUの発電出力と発電コストであり、削減可能な負荷の場合、xiとfiは、それぞれがその負荷削減量と調整コストである。電力システムにおけるDERU発電又は調整コストは、限界費用増加法則を満たしているので、fi(コスト関数)は単調増加関数である。NがDERUの総数、Fが仮想発電所の総発電コスト、XDはVPPの出力目標量、xmin iとxmax iはそれぞれがi番目のDERUの出力電力の上限と下限である。

Figure 2022179294000014
をi番目DERUの増分コスト(Incremental Cost, IC)とする。出力制約(1c)を考慮しない場合、等増分率法則(Equal incremental rate criterion )により、λ1=λ2=…λN=λ’ 且つ(1b)を満たす場合、VPPの出力コストが最も低く、経済配分を達成する。式(1c)を考慮する場合の制約と最適化問題については、ソルビングプロセスで出力制限値を越えたDERU出力を対応する制限値に固定し、制限値に達しないDERUの増分コストが一致する場合、VPP(仮想発電所)は経済配分を達成した。 where x i and f i are the generation output and generation cost of the i-th DERU, respectively, and in the case of a reducible load, x i and f i are its load curtailment and adjustment cost, respectively. Since the DERU generation or regulation cost in a power system satisfies the marginal cost law, f i (the cost function) is a monotonically increasing function. N is the total number of DERUs, F is the total power generation cost of the virtual power plant, X D is the output target amount of the VPP, and x min i and x max i are the upper and lower limits of the output power of the i-th DERU, respectively.
Figure 2022179294000014
Let be the Incremental Cost (IC) of the i-th DERU. Without considering the output constraint (1c), the VPP has the lowest output cost if λ 12 = . Achieve economic allocation. For constraints and optimization problems when considering equation (1c), if the solving process fixes the DERU output that exceeds the output limit to the corresponding limit, and the incremental cost of the DERU that does not reach the limit matches , VPP (virtual power plant) achieved economic allocation.

(二、仮想発電所の分散型経済配分方法の説明)
分散型ディスパッチ方法については、各ユニット間の直接通信がないため、各ユニットの反復方向を調整するための上位層の主体が必要であり、本方法では、調整の役割を仮想コーディネーター(virtual coordinator, VC)として定義する。また、分散型アーキテクチャ設計により、計算負荷負荷が分散されるので、従来の中央コントローラと比較してコーディネーターは、パフォーマンスへの要求が大幅に削減されて、ローカルのエネルギー情報ゲートウェイが負担することもできる。したがって、この方法は、適切なアーキテクチャとプロセス設計を通じてVCの機能への要求を弱め、それにより、すべての(又はほとんどの)エッジインテリジェンスを備えた中間層の主体はコーディネーターの役割を果たすことができ、すべてのユニット全体が1つのトータルタスクを最適に終了するようにさせる。また、システムが軽量で、VCパフォーマンスへの要求が高くないため、VCに障害が発生した場合、調整機能をより便利にホストでき、ある程度のフォールトトレランスを実現できる。
(2.Description of decentralized economic distribution method for virtual power plants)
For the distributed dispatch method, since there is no direct communication between each unit, an upper-layer entity is required to coordinate the iteration direction of each unit. VC). In addition, the distributed architecture design distributes the computational load, so that the coordinator has significantly reduced performance requirements compared to traditional central controllers, which can also be burdened by local energy information gateways. . Therefore, this method weakens the demands on the functionality of the VC through proper architecture and process design, so that middle-tier entities with all (or most) edge intelligence can play the role of coordinator. , causes all units as a whole to optimally complete one total task. Also, since the system is lightweight and does not place high demands on VC performance, it can more conveniently host reconciliation functions in the event of a VC failure, providing some degree of fault tolerance.

経済配分の等増分率法則を満たすために、毎回の反復で、VCは調整信号として統一された増分コスト値λを発行し、各DERUはそれに応じて自身の出力を計算して報告する。式(2)のパワーバランス制約を満たすために、フィードバックのアイデアに基づいて、VCは集約したDERU総出力を目標値XDと比較して、XDより低い場合、次の反復での調整信号を増やし、XDより高い場合は、VPPにおけるDERUの総出力と目標値XDの間の誤差が十分に小さくなるまで、調整信号を減らしたら、反復が終了し、VCは統一された反復終了信号を発行し、各DERUは最終的な反復計算結果に従って出力し、VPPは経済配分を完了する。フォールトトレランスを確保するために、毎回の反復で、システムはDERUのオンラインの状況と実行ステータスに応じて、ステップサイズを下から上に自己適応的に調整し、収束の速度を確保する。 In order to satisfy the equal rate law of economic allocation, at each iteration, the VCs issue a unified incremental cost value λ as the adjustment signal, and each DERU calculates and reports its output accordingly. In order to satisfy the power balance constraint in equation (2), based on the feedback idea, the VC compares the aggregated DERU total output with the target value XD , and if it is lower than XD , the adjusted signal at the next iteration , and if higher than X D , reduce the adjustment signal until the error between the total DERU output at VPP and the target value X D is sufficiently small, then the iteration ends and VC returns to the unified iteration end A signal is issued, each DERU outputs according to the final iterative calculation result, and the VPP completes the economic allocation. In order to ensure fault tolerance, in each iteration, the system self-adaptively adjusts the step size from bottom to top according to the DERU online situation and running status to ensure the speed of convergence.

(三、パラメータの反復更新ルール)
調整信号の更新ルールは次の通りである。
(3. Iterative update rules for parameters)
The update rule of the adjustment signal is as follows.

Figure 2022179294000015
Figure 2022179294000015

式中、kは反復回数であり;hは正のスカラー、反復ステップサイズであり、収束性に重要な影響を及ぼす。毎回反復における目標量に対するVPP総出力の誤差を以下に定義する。 where k is the number of iterations; h is a positive scalar, the iteration step size, which has a significant effect on convergence. The error of the VPP total output to target amount at each iteration is defined below.

Figure 2022179294000016
DERU出力の更新ルールは次の通りである。
Figure 2022179294000016
The update rule for the DERU output is as follows.

Figure 2022179294000017
Figure 2022179294000017

即ち、調整信号がDERUの出力範囲を超えると、出力は制限値に固定され、この時点で制限値に達したDERUは、調整信号の変化に応答し続けない。その中でλ-1 i(・)がλi(・)逆函数である。 That is, when the regulation signal exceeds the output range of the DERU, the output is clamped to the limit value, and the DERU, which has reached the limit value at this point, will not continue to respond to changes in the regulation signal. Among them, λ -1 i (·) is the inverse function of λ i (·).

(四、収束条件)
((1)すべてのDERUのコスト関数が2次関数である)
DERUのコスト関数が従来の2次関数:
(4.Convergence condition)
((1) All DERU cost functions are quadratic functions)
The DERU cost function is a conventional quadratic function:

Figure 2022179294000018
Figure 2022179294000018

である場合(ai、bi、ciはそれぞれが二次項、一次項係数、及び定数項であり、いずれも正数である)、hが毎回の反復で変化せずに、DERUの出力制限が考慮されない場合、前記のプロセスが効果的に収束するための十分・必要条件は次の通りである。 , where a i , b i , and c i are the quadratic term, the linear term coefficient, and the constant term, respectively, and are positive numbers), then h remains unchanged at each iteration, and the output of DERU is If no constraints are considered, the sufficient and necessary conditions for the above process to effectively converge are as follows.

Figure 2022179294000019
Figure 2022179294000019

式中、調整ステップサイズhは任意の値を取ることができず、正数を取る必要があり、且つすべてのDERUのコスト関数の二次項係数にのみ関連する上限があり、一次項係数及び定数項とは関係ない。したがってステップサイズの上限を以下に定義できる。 where the adjustment step size h cannot take an arbitrary value, it must take a positive number, and there is an upper bound associated only with the quadratic term coefficient of the cost function of all DERUs, the linear term coefficient and the constant item is irrelevant. Therefore, an upper bound on the step size can be defined as follows.

Figure 2022179294000020
Figure 2022179294000020

したがって、前記の収束条件は次の通りである。 Therefore, the above convergence condition is as follows.

h=rhmax 0<r<1 h=rh max 0<r<1

この式は、即ちすべてのDERUのコスト関数が二次関数である場合の反復収束条件である。 This expression is the iterative convergence condition, ie when the cost function of all DERUs is quadratic.

((2)DERUのコスト関数が一般的な増加関数である)
さらに一般的に、DERUのコスト関数の導関数、即ち増分コスト関数λi(xi)が増加関数であり、この時点でのステップ上限は次の通りである。
((2) DERU's cost function is a general increasing function)
More generally, the derivative of the DERU cost function, the incremental cost function λ i (x i ), is the incremental function, and the upper step limit at this point is:

Figure 2022179294000021
Figure 2022179294000021

式中、λ’i(xi)はxiに対するλi(xi)の一次導関数であり、即ちfi対xiの二次導関数である。 where λ' i (x i ) is the first derivative of λ i (x i ) with respect to x i ie the second derivative of f i versus x i .

((3)DERUが出力限界に達し、又は通信障害が発生した場合)
DERUが出力限界に達すると、DERUは調整信号の変化に応答できなくなり、したがってhmaxを計算するとき、それを無視するべきであり、したがって反復プロセスでは、ステップサイズの集中型更新ルールは次の通りである。
((3) When DERU reaches its output limit or communication failure occurs)
When the DERU reaches its output limit, it can no longer respond to changes in the adjustment signal and should therefore be ignored when calculating h max , so in the iterative process, the step-size centralized update rule is: Street.

(アルゴリズム1:DERUの出力限界を考慮し、DERUの増分コスト関数が一般的な増加関数である場合、k番目の反復では、ステップサイズhの集中型更新ルール)
入力:すべてのDERUの増分コスト関数λi(x)i、調整信号λ(k);
出力:今回反復における調整信号の変化したステップサイズh(k)

Figure 2022179294000022
(Algorithm 1: If DERU's incremental cost function is a general increasing function, considering the output limit of DERU, then at the kth iteration, centralized update rule with step size h)
Input: Incremental cost function λ i (x) i of all DERUs, adjusted signal λ(k);
Output: Changed step size h(k) of the training signal in this iteration
Figure 2022179294000022

DERUで通信障害が発生した場合、反復中に自身のパラメータ値をアップロードせず、且つ最終的にVCによって発行された反復終了信号を受信されずに、元の作業点に従って出力し、他のDERUの反復プロセスには影響しないため、アルゴリズム1のステップサイズ更新ルールも収束を保証できる。物理的な意味では、1/λ’i(xi(k))はk番目の反復における、i番目のDERUの出力の調整信号に対する感度である。感度が高いほど、出力制限範囲内で、DERUの調整信号に対する応答能力が強くなることを意味し、即ち、DERU出力変化マイクロ増分と調整信号変化マイクロ増分の比率が大きいことを意味する。アルゴリズム1と組み合わせて見ると、ステップサイズには自己適応の特徴があり、応答機能のあるDERUの数が多いほど、各DERUの出力感度が大きく、そうするとステップサイズが小さくなり、オーバー調整の可能性が小さくなる。逆に、応答性のあるDERUの数が少なく、各DERUの出力感度が小さいほど、ステップサイズが大きくなり、アンダー調整の可能性が小さくなる。 If a DERU encounters a communication failure, it will not upload its own parameter values during the iteration, and finally will not receive the iteration end signal issued by the VC, and will output according to the original working point, and other DERUs will The step-size update rule of Algorithm 1 can also guarantee convergence because it does not affect the iterative process of . In a physical sense, 1/λ' i (x i (k)) is the sensitivity of the i th DERU's output to the conditioning signal at the k th iteration. The higher the sensitivity, the stronger the ability of the DERU to respond to the adjustment signal within the output limit range, ie, the greater the ratio of the DERU output change micro-increments to the adjustment signal change micro-increments. When viewed in combination with Algorithm 1, the step size has a self-adaptive feature, the higher the number of DERUs with response function, the higher the output sensitivity of each DERU, which in turn reduces the step size and the possibility of over-tuning. becomes smaller. Conversely, the smaller the number of responsive DERUs and the smaller the output sensitivity of each DERU, the larger the step size and the smaller the possibility of under-adjustment.

特殊な場合の処理:調整信号に対応する出力値が一部のDERUの上限より大きく、残りのDERUの下限より小さい場合、反復にデッドゾーンが発生し、このとき、ステップサイズの更新は、分母が0の状況が発生する(アルゴリズム1の5行目のξ=0)。この状況が発生した場合、アルゴリズム1の4行目の制限値の判定は片側のみを取ってもよく、即ち、誤差ΔX(k)がプラスである場合、上限のみを判断し、誤差ΔX(k)がマイナスである場合、下限のみを判断する。即ち、分母ξは出力を誤差方向に調整できるDERUによって総合的に決定できる。 Special Case Handling: If the output value corresponding to the adjustment signal is greater than the upper bound of some DERUs and less than the lower bound of the remaining DERUs, a dead zone occurs in the iteration, when the step size update is is 0 (.xi.=0 on line 5 of Algorithm 1). If this situation occurs, the limit determination in line 4 of Algorithm 1 may be one-sided, i.e., if the error ΔX(k) is positive, only the upper limit is determined, and the error ΔX(k ) is negative, only the lower bound is determined. That is, the denominator ξ can be comprehensively determined by the DERU that can adjust the output in the error direction.

アルゴリズム1は、集中型の状況でのステップサイズの更新ルールを説明し、実験によると、r=0.5の場合、収束速度が最も速くなる。さらに、分散型仮想発電所の内部アーキテクチャとデカップリングを計算することにより、それを分散型ステップサイズの更新方式として設計できる。毎回の反復で、各DERUは自身の出力xi(k)と1/λ’i(xi(k))を計算するため、各ユニットの独立した意思決定と個体のインテリジェンスが発揮されて、計算負荷が分散される。また、「DERU-ゲートウェイ-VC」の階層化分散型アーキテクチャにより、ゲートウェイは中間層の個体として、接続されている数十のDERUのパラメータ情報を集約して、合計された中間データをアップロードする。VCの計算負荷がさらに弱まり、単一のDERUのパラメータ情報がVCから保護され、プライバシーが保護される。フォールトトレランス方面では、DERUで通信障害が発生した場合、アルゴリズム1でステップサイズを計算することにより、収束の信頼性と速度が保証される。VCに通信障害が発生した場合、ホストすることで調整機能を他の計算機器でホストでき、反復プロセス中に必要なデータが保持され、すべてのゲートウェイが新しいVCとの通信接続を確立して反復を続行できる。したがって、ステップサイズの自己適応性と組み合わせたVCホスティングメカニズムは、システム全体の高いフォールトトレランスと高可用性を実現できる。 Algorithm 1 describes the step-size update rule in a centralized situation, and experiments show that r=0.5 gives the fastest convergence speed. Moreover, by computing the internal architecture and decoupling of the distributed virtual power plant, we can design it as a distributed step-size update scheme. At each iteration, each DERU computes its own output x i (k) and 1/λ' i (x i (k)), so that each unit's independent decision-making and individual intelligence is exercised, Computational load is distributed. In addition, due to the layered distributed architecture of "DERU-gateway-VC", the gateway aggregates the parameter information of dozens of connected DERUs as an intermediate-layer entity and uploads the aggregated intermediate data. The computational burden of VC is further reduced, the parameter information of a single DERU is protected from VC, and privacy is protected. In terms of fault tolerance, computing the step size with Algorithm 1 guarantees reliability and speed of convergence in the event of a communication failure in the DERU. In the event of a communication failure on the VC, hosting allows the coordination function to be hosted on other computational devices, preserving the necessary data during the iteration process so that all gateways establish communication connections with the new VC and iterate. can continue. Therefore, the VC hosting mechanism combined with step-size self-adaptiveness can achieve high fault tolerance and high availability of the overall system.

(五、仮想発電所分散型アーキテクチャ)
分散型経済配分方法の説明と収束条件から、仮想発電所の上位層のVCは、毎回反復での合計DERU出力と必要なパラメータ情報をカウントするために必要となり、ステップサイズを更新し、統一調整信号を計算した後、発行される。すべてのDERUは、調整信号に従って自身の出力をフィードバックし、このようにして、DERUの総出力と出力コマンドターゲット間の誤差が許容範囲内になるまでフィードバックする。図1に示すように、異なる部分をデカップリングし、且つシステムのスケーラビリティとフォールトトレランスを強化するために、メッセージキュー送信メカニズムに基づく仮想発電所の分散型アーキテクチャが設計された。仮想発電所内部では、DERUは最低層(エージェント層)の電源装置又は調整可能な負荷であり、検知及び計算機能を備え、自身の増分コスト関数に従って調整信号に応答し、最終出力コマンドを実行し、出力制限内で電力出力を継続的に調整できる。DERUは、エネルギーインターフェースを介して仮想発電所の電力バスに接続され、ローカルエネルギー情報ゲートウェイとの通信接続を確立し、1台のゲートウェイで数十台のDERUを接続できる。真ん中のゲートウェイ層は、エッジコンピューティング機能があり、毎回反復で、最下層DERUの情報纏めて、アップロードし、DERUにVCによって発行された調整信号を伝達する。調整層のVCは、論理的に、すべてのゲートウェイとの通信接続を確立し、ステップサイズと調整信号を更新して、仮想発電所の総出力を調整し、最終的に電力網の出力コマンドを満たす。調整層には、反復を促進するための反復管理サービスがあり、毎回反復の時間枠では、すべてのメッセージの公開又はサブスクリプションが非同期であり、同時実行性の高い通信の圧力を軽減する。メッセージキューサーバーは、キュー内の重要な情報をデータベースに書き込んで、必要に応じて読み取れるように準備する。
(V. Virtual Power Plant Distributed Architecture)
From the description of the decentralized economic allocation method and the convergence conditions, the upper layer VC of the virtual power plant is required to count the total DERU output and the necessary parameter information at each iteration, update the step size, and adjust the uniformity. Emitted after computing the signal. All DERUs feed back their output according to the adjustment signal and in this way feed back until the error between the DERU's total output and the output command target is within tolerance. As shown in Figure 1, a distributed architecture of virtual power plant based on message queue transmission mechanism was designed to decouple different parts and enhance the scalability and fault tolerance of the system. Inside the virtual power plant, the DERU is the lowest layer (agent layer) power supply or adjustable load, equipped with sensing and computing capabilities, responding to adjustment signals according to its own incremental cost function, and executing the final output command. , the power output can be continuously adjusted within the output limits. The DERUs are connected to the power bus of the virtual power plant through the energy interface and establish a communication connection with the local energy information gateway, and one gateway can connect dozens of DERUs. The gateway layer in the middle has the edge computing function, and in each iteration, it collects and uploads the information of the lowest layer DERU, and conveys the coordination signal issued by the VC to the DERU. Coordination layer VCs logically establish communication connections with all gateways, update step sizes and coordination signals to adjust the total output of the virtual power plant, and finally meet the power grid's output command. . The coordination layer has an iteration management service to facilitate iteration, and every iteration timeframe, all message publications or subscriptions are asynchronous, alleviating the pressure of highly concurrency communication. A message queue server writes important information in a queue to a database, making it ready for reading when needed.

メッセージキュー送信メカニズムでは、ゲートウェイ層と調整層のすべてのデバイスがメッセージキューサーバーとの接続を確立するだけでよく、各デバイスはリスナーを介して必要なメッセージをサブスクライブする。ゲートウェイ層のゲートウェイは、VCによって発行されたインセンティブ信号情報をサブスクライブする必要があり、VCは、すべてのゲートウェイのパラメータの纏めた情報をサブスクライブする必要がある。すべてのDERUは、調整信号に応じるために、自身の出力を個別に計算し、また、ゲートウェイ層の集約後、VCの通信と計算負荷が軽減される。VCは、アルゴリズム1と式(1)を使用して、ステップサイズと励起信号を更新し、階層化及び分散型アーキテクチャと通信デカップリング設計により、VCの通信と計算が非常に軽量化になるため、VCはゲートウェイ装置からも負担できる。単一障害点が発生した場合、VCの機能は他のゲートウェイにホストでき、すべてのゲートウェイは新しいVCとのみ通信することで反復を再開できる。軽量化の設計であるため、VCはゲートウェイ層のいずれかのゲートウェイで直接負担できる。VCに障害が発生した場合、調整機能ホスティングメカニズムを触発するために、プロベートメッセージが発行される。調整機能が他のゲートウェイ又は計算サーバでホストされた後、新しいVCは、反復関連のパラメータ情報のみをメッセージキュー又はデータベースからダウンロードしてから、反復を構成し続ける。したがって、データベース又はメッセージキューは、反復を再開するために、総出力命令と今回反復での一部の情報を保持するだけでよいので、記憶負荷が比較的小さい。 The message queue sending mechanism only requires that all devices in the gateway layer and coordination layer establish a connection with the message queue server, and each device subscribes to the messages it needs through listeners. A gateway in the gateway layer needs to subscribe to the incentive signaling information issued by the VC, and the VC needs to subscribe to the summarized information of all the gateway's parameters. Every DERU computes its own output separately to respond to the coordination signal, and after gateway layer aggregation, the communication and computation load of the VC is reduced. VC uses Algorithm 1 and Equation (1) to update the step size and excitation signal, and the layered and distributed architecture and communication decoupling design makes VC very light in communication and computation. , VC can also be borne by the gateway device. In the event of a single point of failure, the functionality of the VC can be hosted on other gateways and all gateways can resume iteration by communicating only with the new VC. Due to its lightweight design, VCs can be directly borne by any gateway in the gateway layer. If a VC fails, a PROBATE message is issued to trigger the coordinator hosting mechanism. After the reconciliation function is hosted on another gateway or computation server, the new VC downloads only the iteration-related parameter information from the message queue or database and then continues configuring the iteration. Therefore, the database or message queue only needs to hold the total output instructions and some information in the current iteration in order to restart the iteration, so the storage load is relatively light.

(六、方法フローの設計)
分散型経済配分方法の基本フローは図2に示すとおりである。ここで、lはゲートウェイ番号、Lはゲートウェイ層内のゲートウェイ数である。l番目のゲートウェイに接続されているDERUの数がn1である。即ち

Figure 2022179294000023
である。xl iは、l番目のゲートウェイに接続されたi番目のDERUの出力である。Xlとhlは、それぞれがl番目のゲートウェイに接続されているすべてのDERUの総出力と、増分コスト関数の導関数の逆数の合計である。VCは、すべてのゲートウェイによって発行されたXlとhl情報をサブスクライブする必要がある。方法は、ステップサイズの更新及び計算プロセスをデカップリングし、且つVCホスティングメカニズムを介してVC単一障害点を解決し、方法のフォールトトレランスと可用性を向上させる。VCに障害が発生した場合、新しいVCは今回反復でのXl、hl、λ及びXDをダウンロードする必要があり、そして同じフローを通じてVCの機能を実行して反復を復元できるため、コーディネーターの単一障害点の問題が解決される。DERU又はゲートウェイに障害が発生し、又はオフラインになった場合、ステップサイズの計算はそれを無視する。反復プロセスでDERUを追加する場合、収束条件を満たすようにステップサイズも下から上に更新されるため、収束パフォーマンスに影響を与えることなく、分散型リソースのプラグアンドプレイを実現できる。 (6. Method flow design)
The basic flow of the decentralized economic allocation method is shown in Figure 2. where l is the gateway number and L is the number of gateways in the gateway layer. The number of DERUs connected to the lth gateway is n1 . Namely
Figure 2022179294000023
is. x l i is the output of the i-th DERU connected to the l-th gateway. X l and h l are the sum of the total output of all DERUs each connected to the lth gateway and the reciprocal of the derivative of the incremental cost function. A VC needs to subscribe to the X l and h l information published by all gateways. The method decouples the step size update and computation process, and solves the VC single point of failure through the VC hosting mechanism, improving the fault tolerance and availability of the method. If a VC fails, the new VC needs to download X l , h l , λ and X D in this iteration, and can perform the VC's function through the same flow to restore the iteration, so the coordinator single point of failure problem is solved. If a DERU or gateway fails or goes offline, the step size calculation ignores it. When adding DERUs in the iterative process, the step size is also updated from bottom to top to satisfy the convergence condition, thus realizing plug-and-play of distributed resources without affecting the convergence performance.

仮想発電所の分散型アーキテクチャと方法フローはいずれも高度なデカップリングが特徴であり、ゲートウェイは、最下層の情報を纏めて、合計計算の後に中間結果を調整層にアップロードするので、毎回の反復で、コーディネーターは個々のDERU装置の具体的なパラメータやステータス情報を知らないので、プライバシーを保護する特徴がある。さらに、アーキテクチャを改善でき、例えば多層中間層の設計、同じ層の各本体のデカップリング、上位層が下位層の情報を纏めてアップロードして、各デバイスの通信と計算をより軽量化にすることができる。 Both the distributed architecture and the method flow of the virtual power plant are characterized by a high degree of decoupling, the gateway summarizes the information of the lowest layers and uploads the intermediate results to the coordination layer after the summation calculation, so that each iteration And, since the coordinator does not know the specific parameters and status information of individual DERU units, it has a privacy-preserving feature. In addition, the architecture can be improved, such as multi-layer middle layer design, decoupling each body in the same layer, upper layer uploading information of lower layer collectively, making each device's communication and calculation lighter. can be done.

本明細書の説明において、「一実施形態」、「示例」、「特定の示例」などの用語を参照する説明は、実施形態又は例と組み合わせて説明される特定の特徴、構造、材料又は特性は本発明の少なくとも1つの実施形態又は示例に含まれている。本明細書では、前記の用語の概略性説明、必ずしも同じ実施形態又は例を指すとは限らない。また、記載された特定の特徴、構造、材料、又は特性は、任意の1つ又は複数の実施形態又は示例において適切な方法で組み合わせることができる。 In the description herein, descriptions that refer to terms such as "one embodiment," "example," "particular example," and the like refer to particular features, structures, materials, or properties being described in combination with the embodiment or example. is included in at least one embodiment or example of the invention. In this specification, the generalized descriptions of the terms do not necessarily refer to the same embodiment or example. Also, the specific features, structures, materials, or characteristics described may be combined in any suitable manner in any one or more embodiments or illustrations.

上に開示された本発明の好ましい実施形態は、本発明を説明するのを助けるためにのみ使用される。好ましい実施形態は、すべての詳細を詳細に説明したわけではなく、また、本発明を説明された特定の実施形態のみに限定するものでもない。もちろん、この明細書の内容に応じて、多くの修正や変更を加えることができる。本明細書は、当業者が本発明を十分に理解して使用できるように、本発明の原理及び実際の用途をよりよく説明するために、これらの実施形態を選択し、具体的に説明した。本発明は、特許請求の範囲及びそれらの全範囲及び同等物によってのみ制限される。
The preferred embodiments of the invention disclosed above are used only to help explain the invention. The preferred embodiments have not been described in every detail, nor are the inventions limited to only the particular embodiments described. Of course, many modifications and variations can be made in light of the content of this specification. This specification has chosen and specifically described these embodiments in order to better explain the principles and practical applications of the present invention so that those skilled in the art can fully understand and use the invention. . The invention is limited only by the claims and their full scope and equivalents.

Claims (7)

エージェント層、ゲートウェイ層、データベース、メッセージキューサーバー、調整層、及び電力網を含み;
前記エージェント層には、複数グループの分散型電源ユニット(DERU)が含まれ、前記DERUユニットは、仮想発電所における最下層の電源装置又は調整可能な負荷であり、検知と計算の機能を備え、自身の増分コスト関数に従って調整信号に応答し、且つ最終出力命令を実行でき、出力限界値の範囲内で出力を連続的に調整でき、前記DERUは、エネルギーインターフェースを介して仮想発電所の電力バスに接続され、且つローカルのエネルギー情報ゲートウェイとの通信接続を確立し、1台のゲートウェイは数十台のDERUに接続でき;
前記ゲートウェイ層は中間層であり、エッジコンピューティング機能を備え、毎回の反復で最下層DERUの情報を纏めてアップロードし、調整層によって発行された調整信号をDERUに伝達し;
前記調整層には反復を促進するための反復管理サービスがあり、同時実行性の高い通信の負荷を軽減するために、毎回反復の時間枠では、すべてのメッセージの発行又はサブスクリプションは非同期であり;
必要に応じて読み取れるように、前記メッセージキューサーバーは、キュー内の重要な情報をデータベースに書き込むことができることを特徴とする自己適応化仮想発電所分散型アーキテクチャ。
Including agent layer, gateway layer, database, message queue server, coordination layer and power grid;
the agent layer includes multiple groups of distributed power supply units (DERUs), the DERU units being the lowest power supply units or adjustable loads in a virtual power plant, with sensing and computing capabilities; The DERU is capable of responding to a regulation signal and executing a final output command according to its incremental cost function, continuously regulating the output within a range of output limits, and said DERU is connected to the virtual power plant power bus through an energy interface. and establish a communication connection with the local energy information gateway, one gateway can connect to dozens of DERUs;
The gateway layer is an intermediate layer, with edge computing function, collectively uploads the information of the lowest DERU in each iteration, and conveys the coordination signal issued by the coordination layer to the DERU;
The coordination layer has an iteration management service to facilitate iteration, and all message publications or subscriptions are asynchronous in each iteration timeframe to reduce the load of highly concurrency communication. ;
A self-adaptive virtual power plant distributed architecture characterized in that said message queue server can write important information in the queue to a database so that it can be read as needed.
電力網が仮想発電所に出力命令、即ち出力目標量XDを発行するステップS1と;
調整層が初期化調整信号、即ち増分コスト値λをゲートウェイに発行し、ゲートウェイが調整信号をオンラインのDERUに送信するステップS2と;
DERUが自身の出力サイズxl i(k)と感度1/λ’i(xi(k))を計算し、且つ出力制限値と比較し、出力制限値を超えない場合、DERUの出力サイズ及びその調整信号に対する感度をゲートウェイに報告し、出力制限値を超えた場合、DERU出力を出力制限値に制限し、その感度1/λ’i(xi(k))をゼロにリセットしてから、DERUの出力サイズと感度をゲートウェイに報告するステップS3と;
ゲートウェイが接続されたDERUの総出力値と総感度値を纏めて、メッセージキューを介して調整層に発行するステップS4と;
調整層が、すべてのDERUの総出力値及びステップサイズの上限を計算し、出力の誤差ΔX(k)、即ち出力目標量XDと総出力値の差値を計算するステップS5と、
出力誤差が十分に小さい場合、反復が終了し、調整層が統一された反復終了信号を発行し、各DERUが最終反復計算結果に従って出力し、仮想発電所は経済配分を完了し、出力誤差が大きい場合、調整信号の大きさを変更し、誤差が十分に小さくなるまで、ステップS2に戻って次の反復を行うステップS6と、
を含むことを特徴とする自己適応化仮想発電所の分散型経済配分方法。
Step S1 in which the power grid issues an output command, i.e., an output target quantity X D to the virtual power plant;
step S2 in which the coordination layer issues an initialization coordination signal, ie an incremental cost value λ, to the gateway, and the gateway sends the coordination signal to the online DERUs;
DERU calculates its own output size x l i (k) and sensitivity 1/λ′ i (x i (k)) and compares with the output limit value, if the output limit value is not exceeded, DERU's output size and its sensitivity to the conditioned signal to the gateway, and if the output limit is exceeded, limit the DERU output to the output limit, reset its sensitivity 1/λ' i (x i (k)) to zero, and from step S3 of reporting the output size and sensitivity of the DERU to the gateway;
a step S4 of summarizing the total output value and the total sensitivity value of the DERUs to which the gateway is connected and issuing them to the coordination layer via a message queue;
a step S5 in which the adjustment layer calculates the total output value of all DERUs and the upper limit of the step size, and calculates the output error ΔX(k), that is, the difference value between the output target amount X D and the total output value;
When the output error is small enough, the iteration ends, the adjustment layer issues a unified iteration end signal, each DERU outputs according to the final iteration calculation result, the virtual power plant completes the economic allocation, and the output error is if so, step S6 of changing the magnitude of the adjustment signal and returning to step S2 for the next iteration until the error is sufficiently small;
A decentralized economic allocation method for a self-adapting virtual power plant, comprising:
ステップS1では、調整層の仮想コーディネーターは障害が発生した場合、計算機器が新しい仮想コーディネーターとして再指定され、新しい仮想コーディネーターは、すべてのゲートウェイによって統計された出力サイズxlとステップサイズhlをサブスクライブし、ここで、lがゲートウェイ番号であることを特徴とする請求項2に記載の自己適応化仮想発電所の分散型経済配分方法。 In step S1, if the virtual coordinator of the coordination layer fails, the computing equipment is redesignated as the new virtual coordinator, and the new virtual coordinator subscribes to the output size xl and step size hl statisticed by all gateways. 3. The decentralized economic allocation method of self-adapting virtual power plants according to claim 2, wherein l is a gateway number. ステップS4では、調整層の仮想コーディネーターは障害が発生した場合、計算機器が新しい仮想コーディネーターとして再指定され、新しい仮想コーディネーターは、すべてのゲートウェイ統計の出力サイズxl及びステップサイズhlをサブスクライブし、新しい仮想コーディネーターは、データベース又はメッセージキューから、出力目標量XDと現在の反復の調整信号λ(k)及び各ゲートウェイによって発行されたすべての接続されたDERUの総出力値及び総感度値をダウンロードすることを特徴とする請求項3に記載の自己適応化仮想発電所の分散型経済配分方法。 In step S4, if the coordination layer virtual coordinator fails, the computing device is re-designated as a new virtual coordinator, and the new virtual coordinator subscribes to the output size x l and step size h l of all gateway statistics. , the new virtual coordinator obtains from the database or message queue the output target quantity X D and the adjustment signal λ(k) of the current iteration and the total output and total sensitivity values of all connected DERUs issued by each gateway. The decentralized economic allocation method of self-adaptive virtual power plant according to claim 3, characterized by downloading. ステップS6では、調整信号サイズを変更するルールは、総出力値が出力目標量XDより低い場合、次の反復での調整信号を増やし、総出力値が出力目標量XDより高い場合は、総出力値と出力目標量XDの差値が十分に小さくなるまで、次の反復での調整信号を減らしたら、反復が終了することを特徴とする請求項4に記載の自己適応化仮想発電所の分散型経済配分方法。 In step S6, the rule for changing the adjustment signal size is: if the total output value is lower than the output target amount X D , increase the adjustment signal in the next iteration; if the total output value is higher than the output target amount X D , Self-adaptive virtual power generation according to claim 4, characterized in that the iteration ends when the adjustment signal in the next iteration is reduced until the difference between the total output value and the output target value X D is sufficiently small. decentralized economic allocation method. 調整信号の更新ルールが以下の通りであり、
Figure 2022179294000024
ここで、kが反復回数であり、hが正のスカラー、反復ステップサイズであり;XDがVPPの出力目標量であり、サイズが、
Figure 2022179294000025
であり、xiがi番目のDERUの出力であり、軽減できる負荷については、xiがその負荷軽減量であり、xiの出力制約式がxmin i≦xi≦xmax i i=1、2、…、Nであり、その中でxmin iとxmax iはそれぞれが、i番目のDERU出力の上限と下限であり;
Figure 2022179294000026
をi番目DERUの増分コストとし、出力制約式を考慮しない場合、等増分率法則(Equal incremental rate criterion )により、λ1=λ2=…λN=λ’且つ、
Figure 2022179294000027
を満たす場合、仮想発電所の出力コストが最も低く、経済配分を達成し、出力制約式を考慮する場合、ソルビングプロセスで出力制限を越えるDERU出力を対応する制限値に固定し、制限値に達しないDERUの増分コストが一致する場合、仮想発電所は経済配分を達成し;
毎回反復における目標量に対する仮想発電所の総出力の誤差を以下に定義し、
Figure 2022179294000028
DERU出力の更新ルールが以下の通りであり、
Figure 2022179294000029
即ち、調整信号がDERUの出力範囲を超えると、出力は制限値に固定され、この時点で制限値に達したDERUは、調整信化に応答し続けず、その中で、λ-1 i(・)がλi(・)の逆函数であることを特徴とする請求項5に記載の自己適応化仮想発電所の分散型経済配分方法。
The update rule for the adjustment signal is as follows,
Figure 2022179294000024
where k is the number of iterations, h is a positive scalar, the iteration step size; X D is the VPP output target, and the size is
Figure 2022179294000025
, where xi is the output of the i-th DERU, and for the load that can be relieved, xi is its load reduction amount, and the output constraint equation for xi is x min i ≤ xi ≤ x max i i=1 , 2, . . . , N, where x min i and x max i are respectively the upper and lower bounds of the i-th DERU output;
Figure 2022179294000026
be the incremental cost of the i-th DERU, and the output constraint is not considered, then by the Equal incremental rate criterion, λ 12 = . . . λ N =λ' and
Figure 2022179294000027
If the virtual power plant has the lowest output cost, achieves economic allocation, and considers the output constraint equation, the solving process fixes the DERU output exceeding the output limit to the corresponding limit value, and the limit value is reached. If the incremental costs of non-DERUs are matched, the virtual power plant achieves economic allocation;
Define the error of the total output of the virtual power plant to the target quantity at each iteration as
Figure 2022179294000028
The update rules for the DERU output are as follows:
Figure 2022179294000029
That is, when the regulation signal exceeds the output range of the DERU, the output is clamped to the limit value, and the DERU which reaches the limit value at this point will not continue to respond to the regulation signal, in which λ -1 i ( ) is an inverse function of λ i (·).
反復ステップサイズhには、以下の3つの収束条件があり、
(1)すべてのDERUのコスト関数が2次関数である:
DERUのコスト関数が従来の2次関数である:
Figure 2022179294000030
ここで、xiとfiのそれぞれがi番目のDERUの出力及び発電コストであり、削減できる負荷については、xiとfiはそれぞれがその負荷削減の量と調整コストであり、電力システムでのDERU発電又は調整コストは、限界費用の増加の法則を満たしているので、コスト関数fiが単調増加関数でありai、bi、ciはそれぞれが二次項、一次項係数及び定数項であり、いずれも正数であり、hが毎回の反復で変化せずに、DERUの出力制限が考慮されない場合、前記自己適応化仮想発電所の分散型経済配分方法が効果的に収束するための必要な十分条件が以下の通りであり、
Figure 2022179294000031
これは、調整ステップサイズhを任意の値を取ることができず、正数と見なす必要があり、且つすべてのDERUのコスト関数の二次項係数にのみ関連する上限があり、一次項係数及び定数項とは関係ないので、ステップサイズの上限を以下に定義でき、
Figure 2022179294000032
したがって、前記の収束条件が以下の通りであり、
h=rhmax 0<r<1
この式は、即ちすべてのDERUのコスト関数が二次関数である場合の反復収束条件であり;
(2)DERUのコスト関数が一般的な増加関数である:
DERUのコスト関数の導関数、即ち増分コスト関数λi(xi)が増加関数であり、この時点でのステップ上限が以下の通りであり、
Figure 2022179294000033
ここで、λ’i(xi)はxiに対するλi(xi)の一次導関数であり、即ちfi対xiの二次導関数であり;
(3)DERUが出力制限に達し、又は通信障害が発生する:
DERUが出力制限に達すると、DERUは調整信号の変化に応答できなくなり、したがってhmaxを計算するとき、それを無視するべきであり、したがって反復プロセスでは、ステップサイズの集中型更新ルールが、DERUの出力制限を考慮し、DERUの増分コスト関数が一般的な増加関数である場合、k番目の反復では、ステップサイズhの集中型更新ルールのアルゴリズムが以下の通りであり、
Figure 2022179294000034
特殊な場合の処理:調整信号が対応する出力値が一部のDERUの上限より大きく、残りのDERUの下限より小さい場合、反復でデッドゾーンが発生し、このとき、ステップサイズの更新は、分母が0の状況が発生し、即ちアルゴリズムa5行のξ=0であり、この状況が発生した場合、アルゴリズムa4行の制限値の判定は片側のみを取ってもよく、即ち、誤差ΔX(k)がプラスである場合、上限のみを判断し、誤差ΔX(k)がマイナスである場合、下限のみを判断し、即ち、分母ξは出力が誤差方向に調整できるDERUによって総合的に決定できる、
ことを特徴とする、請求項6に記載の自己適応化仮想発電所の分散型経済配分方法。
There are three convergence conditions for the iteration step size h:
(1) All DERU cost functions are quadratic:
The DERU cost function is a conventional quadratic function:
Figure 2022179294000030
where x i and f i are the output and generation costs of the i-th DERU, respectively, and for the load that can be reduced, x i and f i are the amount of load reduction and the adjustment cost, respectively, and the power system Since the DERU generation or adjustment cost at , satisfies the law of increasing marginal cost, the cost function f i is a monotonically increasing function and a i , b i , c i are the quadratic term, the linear term coefficient and the constant terms, both of which are positive numbers, h does not change at every iteration, and the DERU output limit is not considered, the decentralized economic allocation method of the self-adapting virtual power plant converges effectively. The necessary and sufficient conditions for
Figure 2022179294000031
This is because the adjustment step size h cannot take any value, it must be considered positive, and there is an upper bound associated only with the quadratic coefficient of the cost function of all DERUs, the linear term coefficient and the constant term, we can define an upper bound on the step size as
Figure 2022179294000032
Thus, the convergence conditions for the above are:
h=rh max 0<r<1
This expression is the iterative convergence condition when the cost function of all DERUs is quadratic;
(2) DERU's cost function is a general increasing function:
The derivative of the DERU cost function, the incremental cost function λ i (x i ), is the increasing function, and the upper step limit at this point is:
Figure 2022179294000033
where λ' i (x i ) is the first derivative of λ i (x i ) with respect to x i , i.e. the second derivative of f i versus x i ;
(3) DERU reaches output limit or communication failure occurs:
When the DERU reaches its power limit, it can no longer respond to changes in the regulation signal, so it should be ignored when calculating h max , so in the iterative process, the centralized update rule of the step size is applied to the DERU Considering the output limit of , and the incremental cost function of DERU is a general increasing function, at the kth iteration, the algorithm for the centralized update rule with step size h is:
Figure 2022179294000034
Special Case Handling: If the output value to which the adjustment signal corresponds is greater than the upper bound of some DERUs and less than the lower bound of the remaining DERUs, an iteration will experience a dead zone, when updating the step size is 0, i.e., ξ=0 in line Algorithm a5, and if this situation occurs, the limit determination in line Algorithm a4 may be one-sided, i.e. the error ΔX(k) is positive, only the upper limit is judged, and if the error ΔX(k) is negative, only the lower limit is judged, that is, the denominator ξ can be determined synthetically by DERU, the output of which can be adjusted in the direction of the error.
The decentralized economic allocation method of self-adaptive virtual power plant according to claim 6, characterized in that:
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