本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動(dòng)化領(lǐng)域,涉及一種智能電網(wǎng)自適應(yīng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度分配方法。
背景技術(shù):
智能電網(wǎng)是一個(gè)包含多種監(jiān)測(cè)、控制和實(shí)施裝置的電力和通信網(wǎng)絡(luò),其中包括智能元件(智能電表,智能家電),傳統(tǒng)機(jī)組、可再生能源、儲(chǔ)能以及各種負(fù)荷等。最近,運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)開(kāi)始將其業(yè)務(wù)從集中管理方式轉(zhuǎn)變?yōu)榉植际交蚍稚⑹焦芾?,以?yīng)對(duì)智能電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大。
在智能電網(wǎng)中,最優(yōu)經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制策略一直以來(lái)都是業(yè)界和學(xué)術(shù)界關(guān)注的重點(diǎn)。最優(yōu)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的目標(biāo)在于找到含有網(wǎng)絡(luò)和機(jī)組約束情況下的發(fā)電機(jī)組的最優(yōu)輸出,且滿足電力需求以及實(shí)現(xiàn)總發(fā)電量代價(jià)的最小化。
傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法主要基于調(diào)度中心集中式數(shù)據(jù)采集、處理和分發(fā)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷增大和電網(wǎng)機(jī)組數(shù)量的不斷增多,傳統(tǒng)集中式調(diào)度方案的實(shí)施面臨著新的挑戰(zhàn)和技術(shù)難題。在“能源互聯(lián)網(wǎng)”框架下,智能電網(wǎng)通信基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善,這為實(shí)現(xiàn)分布式信息采集、計(jì)算和控制帶來(lái)了新的契機(jī)。當(dāng)采用分布式調(diào)度方案來(lái)解決經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題時(shí),只需要相鄰發(fā)電機(jī)組之間進(jìn)行本地信息通信。此外,配備分布式調(diào)度方案的智能電網(wǎng)的計(jì)算和決策可以局部實(shí)施,由此將傳統(tǒng)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行解耦,很好地適應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)的變化和系統(tǒng)參數(shù)不確定性。與集中式電力調(diào)度方法相比,分布式調(diào)度算法具有易實(shí)現(xiàn)和維護(hù),通信成本低,對(duì)通信不確定性的強(qiáng)魯棒性等諸多優(yōu)點(diǎn)。
盡管已有許多工作針對(duì)不同環(huán)境下給出了分布式經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制策略,但是其基本上都是在理想可靠性通信鏈路情況下實(shí)現(xiàn),而對(duì)含有通信不確定性(通信受限、數(shù)據(jù)丟失、網(wǎng)絡(luò)攻擊、量化誤差等)環(huán)境下的設(shè)計(jì)比較少見(jiàn)。在智能電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行過(guò)程中,通信鏈路的不確定性嚴(yán)重降低電網(wǎng)機(jī)組功率分配的經(jīng)濟(jì)性和可靠性??紤]到通信不確定因素降低最終經(jīng)濟(jì)調(diào)度性能,除了改善智能電網(wǎng)通信基礎(chǔ)設(shè)施的外,還需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的調(diào)度算法來(lái)應(yīng)對(duì)通信缺陷和不確定性。
基于上述考慮,本發(fā)明提出了自適應(yīng)魯棒一致性分配經(jīng)濟(jì)調(diào)度算法用于解決存在通訊不確定性下的智能電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題。所提出的經(jīng)濟(jì)調(diào)度策略主要包括兩個(gè)階段進(jìn)行實(shí)施。在每個(gè)經(jīng)濟(jì)調(diào)度周期的開(kāi)始階段,通過(guò)設(shè)計(jì)一種領(lǐng)導(dǎo)者-跟隨者一致性控制協(xié)議來(lái)找到每個(gè)機(jī)組初始化功率輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)供需平衡;在第二個(gè)階段,通過(guò)所提出的一種新的含有自適應(yīng)參數(shù)的分布式一致性協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)組間增量成本的一致性。在第二個(gè)階段針對(duì)機(jī)組調(diào)整容量未受限和受限兩種情形分別給出不同的分布式自適應(yīng)一致性協(xié)議;為了處理未知且有界的通信不確定性,本發(fā)明提出了一種基于局部鄰居信息的自適應(yīng)權(quán)重更新算法。此外,上述分布式一致性協(xié)議針對(duì)機(jī)組容量未受限和受限兩種情形分別給出,且所提出方法的可靠性可通過(guò)圖論和能量函數(shù)理論進(jìn)行證明。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
發(fā)明目的:為了解決現(xiàn)有的分布式經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制策略中不適用于含有通信不確定性環(huán)境的智能電網(wǎng),本發(fā)明提供一種智能電網(wǎng)自適應(yīng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度分配方法,能夠消除一類(lèi)有界通信不確定性對(duì)電力最優(yōu)調(diào)度的影響,為存在通信不確定性情況下電力經(jīng)濟(jì)調(diào)度提供了新思路。
技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明中的智能電網(wǎng)自適應(yīng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度分配方法,在多智能體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,設(shè)計(jì)一種領(lǐng)導(dǎo)者-跟蹤者協(xié)議來(lái)給出各個(gè)機(jī)組初始化功率輸出以滿足電網(wǎng)供需平衡約束。該協(xié)議根據(jù)系統(tǒng)總的功率缺額以及各個(gè)機(jī)組的調(diào)整能力來(lái)設(shè)計(jì),將機(jī)組調(diào)整量與其最大可調(diào)能力比值作為一致性變量,通過(guò)領(lǐng)導(dǎo)者-跟蹤者算法使得該一致性變量趨于一致,體現(xiàn)初始分配的公平性和可行性。
在機(jī)組調(diào)整能力未受限和存在有界通信不確定性情況下,設(shè)計(jì)一種自適應(yīng)魯棒分布式一致性算法來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式環(huán)境下機(jī)組間最優(yōu)經(jīng)濟(jì)調(diào)度。其中,該算法鏈路權(quán)重通過(guò)分布式自適應(yīng)算法進(jìn)行更新;將機(jī)組增量成本作為一致性變量輸出以及在相鄰機(jī)組間進(jìn)行交互,最終通過(guò)增量成本一致性來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)組間最優(yōu)經(jīng)濟(jì)調(diào)度。
針對(duì)機(jī)組調(diào)整容量受限情形,所提出方法將該調(diào)整容量區(qū)間約束轉(zhuǎn)化為對(duì)數(shù)障礙函數(shù),將其考慮在目標(biāo)函數(shù)中,從而將含約束優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為類(lèi)似上文中的無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題。其次,應(yīng)用上述步驟中魯棒分布式一致性協(xié)議來(lái)給出機(jī)組間最優(yōu)經(jīng)濟(jì)調(diào)度。
本發(fā)明中智能電網(wǎng)自適應(yīng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度分配方法,主要分為兩個(gè)階段,均是在多智能體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)施,本發(fā)明中為了描述統(tǒng)一和方便,將參與經(jīng)濟(jì)調(diào)度的機(jī)組稱(chēng)為經(jīng)濟(jì)調(diào)度機(jī)組,將分配初始階段各個(gè)機(jī)組功率值的處理中心稱(chēng)為協(xié)調(diào)中心,每個(gè)經(jīng)濟(jì)調(diào)度機(jī)組被視為一個(gè)智能體參與電力調(diào)度分配,協(xié)調(diào)中心僅僅在初始階段給出每個(gè)發(fā)電機(jī)初始虛擬出力,最終經(jīng)濟(jì)發(fā)電調(diào)整通過(guò)分布式優(yōu)化算法來(lái)實(shí)現(xiàn),主要包括以下步驟:
步驟1,設(shè)計(jì)一種領(lǐng)導(dǎo)者-跟蹤者協(xié)議來(lái)給出各個(gè)機(jī)組初始化功率輸出以滿足電網(wǎng)供需平衡約束。該協(xié)議根據(jù)系統(tǒng)總的功率缺額以及各個(gè)機(jī)組的調(diào)整能力來(lái)設(shè)計(jì),將機(jī)組調(diào)整量與其最大可調(diào)能力比值作為一致性變量,通過(guò)領(lǐng)導(dǎo)者-跟蹤者算法使得該一致性變量趨于一致,體現(xiàn)初始分配的公平性和可行性。
步驟2,針對(duì)電網(wǎng)機(jī)組調(diào)整容量未受限和受限兩種情況分別進(jìn)行優(yōu)化目標(biāo)的設(shè)置。
在機(jī)組調(diào)整能力未受限和存在有界通信不確定性情況下,設(shè)計(jì)一種自適應(yīng)魯棒分布式一致性算法來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式環(huán)境下機(jī)組將最優(yōu)經(jīng)濟(jì)調(diào)度。其中,該算法鏈路權(quán)重通過(guò)分布式自適應(yīng)算法進(jìn)行更新;將機(jī)組增量成本作為一致性變量輸出以及在相鄰機(jī)組間進(jìn)行交互,最終通過(guò)增量成本一致性來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)組間最優(yōu)經(jīng)濟(jì)調(diào)度。
針對(duì)機(jī)組調(diào)整容量受限情形,所提出方法將該調(diào)整容量區(qū)間約束轉(zhuǎn)化為對(duì)數(shù)障礙函數(shù),將其考慮在目標(biāo)函數(shù)中,從而將含約束優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為跟未受限情況類(lèi)似的中無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題。其次,應(yīng)用魯棒分布式一致性協(xié)議來(lái)給出機(jī)組間最優(yōu)經(jīng)濟(jì)調(diào)度。
步驟1中具體包括以下步驟:
(1)假定系統(tǒng)中含有n個(gè)經(jīng)濟(jì)調(diào)度機(jī)組,分別為1,2,…,n。令第i機(jī)組的當(dāng)前實(shí)際出力為pgi(t),機(jī)組出力上下界為
(2)將協(xié)調(diào)中心節(jié)點(diǎn)作為領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn),其可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)和通信設(shè)施獲知負(fù)荷和機(jī)組信息如
其中,
(3)每個(gè)經(jīng)濟(jì)調(diào)度機(jī)組作為跟隨者(標(biāo)記為i=1,2,…,n),通過(guò)自上而下的通信網(wǎng)絡(luò)獲取領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)一致性變量rv(t)(由公式(2)給出),用于自身一致性跟蹤協(xié)議設(shè)計(jì),即:
其中,
步驟2中,針對(duì)電網(wǎng)機(jī)組調(diào)整容量未受限和受限兩種情況分別進(jìn)行優(yōu)化目標(biāo)的設(shè)置。
(1)針對(duì)電網(wǎng)機(jī)組調(diào)整容量未受限的情況,考慮供需平衡的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題旨在求解如下優(yōu)化問(wèn)題:
其中,機(jī)組i的成本函數(shù)為二次型,即
在通信網(wǎng)絡(luò)存在不確定性情況下,基于分布式一致性算法的魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度協(xié)議可設(shè)計(jì)如下:
其中,
(2)在電網(wǎng)機(jī)組調(diào)整容量受限情況下,考慮供需平衡的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題旨在求解如下優(yōu)化問(wèn)題:
為了便于應(yīng)用所提出的控制協(xié)議(5)-(6),可將容量區(qū)間優(yōu)化轉(zhuǎn)化為對(duì)數(shù)障礙函數(shù),即:
其中,
類(lèi)似于式(4),優(yōu)化式(8)最優(yōu)解將會(huì)在新的增量函數(shù)一致性條件下獲得,即
在通信網(wǎng)絡(luò)存在不確定性情況下,針對(duì)優(yōu)化問(wèn)題(8),基于分布式一致性算法的魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度協(xié)議可設(shè)計(jì)如下:
其中,
有益效果:本發(fā)明中智能電網(wǎng)自適應(yīng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度分配方法,與現(xiàn)有的集中式經(jīng)濟(jì)調(diào)度和已有的分布式經(jīng)濟(jì)調(diào)度策略相比,作為魯棒一致性分布式經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法,能夠有效處理通信不確定性,降低通信不確定性對(duì)經(jīng)濟(jì)調(diào)度性能的影響;并且僅需要利用鄰居信息來(lái)更新自身一致性變量,通過(guò)增量成本一致性來(lái)實(shí)現(xiàn)最終機(jī)組出力分配的最優(yōu)性,有效地減少網(wǎng)絡(luò)的通信成本,具有較高的網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)能力和擴(kuò)展性,具有一定的理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明中智能電網(wǎng)自適應(yīng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度分配方法的兩階段電力調(diào)度示意圖;
圖2是基于領(lǐng)導(dǎo)者-跟隨者協(xié)議初始化功率輸出通信結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的方案進(jìn)行清楚、完整的描述,如附圖1,本發(fā)明中智能電網(wǎng)自適應(yīng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度分配方法在每個(gè)功率調(diào)度周期t內(nèi)可分為兩個(gè)子階段進(jìn)行實(shí)施,時(shí)間區(qū)間對(duì)應(yīng)附圖1中t1,t2階段,具體實(shí)施步驟如下:
步驟1:見(jiàn)附圖2,假定系統(tǒng)中含有n個(gè)經(jīng)濟(jì)調(diào)度機(jī)組,分別為1,2,…,n。令第i機(jī)組的當(dāng)前實(shí)際出力為pgi(t),機(jī)組出力上下界為
見(jiàn)附圖2,將協(xié)調(diào)中心節(jié)點(diǎn)作為領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn),假定其可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)和通信設(shè)施獲知負(fù)荷和機(jī)組信息如
其中,
步驟2:見(jiàn)附圖2,每個(gè)跟隨者(機(jī)組i=1,2,…,n),通過(guò)自上而下的通信網(wǎng)絡(luò)獲取領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)一致性變量rv(t),用于自身一致性跟蹤協(xié)議設(shè)計(jì),即:
其中,
1)在電網(wǎng)機(jī)組調(diào)整容量未受限情況下,考慮供需平衡的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題旨在求解如下優(yōu)化問(wèn)題:
其中,機(jī)組i的成本函數(shù)為二次型,即
通信網(wǎng)絡(luò)存在不確定性情況下,基于分布式一致性算法的魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度協(xié)議可設(shè)計(jì)如下:
其中,
2)在電網(wǎng)機(jī)組調(diào)整容量受限情況下,考慮供需平衡的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題旨在求解如下優(yōu)化問(wèn)題:
為了便于應(yīng)用所提出的控制協(xié)議(5)-(6),可將容量區(qū)間優(yōu)化轉(zhuǎn)化為對(duì)數(shù)障礙函數(shù),即
其中
類(lèi)似于公式(4),優(yōu)化問(wèn)題(8)的最優(yōu)解將會(huì)在新的增量函數(shù)一致性條件下獲得,即
在通信網(wǎng)絡(luò)存在不確定性情況下,針對(duì)優(yōu)化問(wèn)題(8),基于分布式一致性算法的魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度協(xié)議可設(shè)計(jì)如下:
其中,
以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,應(yīng)當(dāng)指出以上實(shí)施列對(duì)本發(fā)明不構(gòu)成限定,相關(guān)工作人員在不偏離本發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi),所進(jìn)行的多樣變化和修改,均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。