一種考慮不平衡通信網(wǎng)絡(luò)的電力系統(tǒng)分布式經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題的分布式算法問題，具體設(shè)及一種考慮不 平衡通信網(wǎng)絡(luò)的電力系統(tǒng)分布式經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，屬于電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 新興的智能電網(wǎng)架構(gòu)有助于進(jìn)一步探討配電系統(tǒng)中的一些基本挑戰(zhàn)，比如經(jīng)濟(jì)調(diào) 度巧D)。經(jīng)濟(jì)調(diào)度是指發(fā)電機(jī)在運(yùn)行成本最低并且滿足發(fā)電機(jī)的功率約束條件下把總的需 求功率分配給各個(gè)發(fā)電機(jī)。傳統(tǒng)的解決方法包括A迭代法和梯度捜索法，運(yùn)兩種方法主要 用于解決當(dāng)成本函數(shù)為凸函數(shù)時(shí)的情況。另外一些更復(fù)雜的方法用來解決成本函數(shù)為非凸 函數(shù)時(shí)的情況，包括遺傳算法（GA)，粒子群算法（PSO)還有最新改進(jìn)的粒子群算法（IPSO)。 通過運(yùn)些方法使經(jīng)濟(jì)調(diào)度的性能和應(yīng)用都得到了改善，現(xiàn)在傳統(tǒng)的集中式框架電網(wǎng)正在向 分布式的智能電網(wǎng)轉(zhuǎn)變，同樣，在相應(yīng)的決策和網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域也發(fā)生了同樣的轉(zhuǎn)變。中屯、控制器 通常需要高帶寬的通信設(shè)施來收集整個(gè)系統(tǒng)的信息，另外還需要一個(gè)很高的連通度，因此 當(dāng)一個(gè)故障點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定性問題。而且，未來電網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都是可 變的，運(yùn)就使得集中式控制的效率變的很低。顯然，傳統(tǒng)的集中式優(yōu)化調(diào)度策略很難滿足未 來電網(wǎng)對(duì)經(jīng)濟(jì)調(diào)度提出的新要求。因此，研究一種新的分布式算法具有重要意義。
[0003] 在分布式優(yōu)化算法中，一個(gè)基本的問題就是需要所有的節(jié)點(diǎn)都能達(dá)到一致 (Consensus)，即多智能體系統(tǒng)中的一致性。多智能體系統(tǒng)的一致性算法能夠應(yīng)用于電力系 統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)其分布式優(yōu)化運(yùn)行。將發(fā)電機(jī)建模為智能體（Agent)，進(jìn)一步將電力系統(tǒng)建模為多 智能體系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)（智能體）通過局部通信網(wǎng)絡(luò)與其他智能體進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電 力系統(tǒng)（多智能系統(tǒng)）的協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行。近幾年，分布式優(yōu)化已經(jīng)應(yīng)用在電力系統(tǒng)中。大 多數(shù)應(yīng)用分布式算法的研究成果都是考慮通信網(wǎng)絡(luò)是無向圖或者是平衡圖，而沒有考慮不 平衡網(wǎng)絡(luò)圖，運(yùn)就導(dǎo)致分布式算法應(yīng)用中出現(xiàn)了局限性，一旦出現(xiàn)非平衡網(wǎng)絡(luò)，上述算法都 會(huì)失效，因此，研究一種考慮不平衡通信網(wǎng)絡(luò)的電力系統(tǒng)分布式經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法十分必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是在發(fā)電機(jī)滿足一定運(yùn)行約束的條件下，在降低通信 成本的情況下，解決電力系統(tǒng)中考慮不平衡通信網(wǎng)絡(luò)的分布式經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題。 陽〇化]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用W下技術(shù)方案：
[0006] 一種考慮不平衡通信網(wǎng)絡(luò)的電力系統(tǒng)分布式經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，通過設(shè)計(jì)更新矩陣， 改進(jìn)平均一致性算法，實(shí)現(xiàn)了邊際成本的一致，該方法的具體步驟為：
[0007] 步驟1 :輸入系統(tǒng)參數(shù)，包括最大功率限制Pu,m。、、最小功率限制Pu,mm，并對(duì)每臺(tái)發(fā) 電機(jī)的邊際成本和輸出功率賦予初值進(jìn)行初始化操作；
[0008] 步驟2 :運(yùn)用改進(jìn)的平均一致性算法，更新每臺(tái)發(fā)電機(jī)的增量成本ICi; 陽009]步驟3 :分別計(jì)算每臺(tái)發(fā)電機(jī)在上述增量成本下的輸出功率；
[0010] 步驟4:判斷發(fā)電機(jī)的輸出功率是否符合最大功率限制和最小功率限制的要求， 如果符合最大功率限制和最小功率限制的要求，則計(jì)算出發(fā)電機(jī)在該增量成本下的輸出功 率Pu;如果超出最大功率限制和最小功率限制的要求，則將該發(fā)電機(jī)的輸出功率設(shè)定為其 最大功率限制或者最小功率限制P
[0011] 步驟5 :求解全局功率偏差A(yù)P，判斷其絕對(duì)值是否在事先規(guī)定的誤差范圍內(nèi)，如 果滿足，則算法結(jié)束；反之，則轉(zhuǎn)步驟2。
[0012] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的考慮不平衡通信網(wǎng)絡(luò)的電力系統(tǒng)分布式經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，所述 步驟1中發(fā)電機(jī)的成本函數(shù)定義為： 陽01引 Ci(PJ=ai+biPGi+CiP2w
[0014] 其中Pe康不發(fā)電機(jī)i的輸出功率，Ci(Pu)表不發(fā)電機(jī)i在輸出功率為P(j擁所需 的成本，曰1、bi、Ci為正的常量。
[0015] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的考慮不平衡通信網(wǎng)絡(luò)的電力系統(tǒng)分布式經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，所述 步驟2中的改進(jìn)的平均一致性算法，是通過定義一個(gè)更新矩陣W，提出平均一致性更新算 法，實(shí)現(xiàn)每臺(tái)發(fā)電機(jī)的邊際成本趨于一致。
[0016] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的考慮不平衡通信網(wǎng)絡(luò)的電力系統(tǒng)分布式經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，所述 更新矩陣W為：
[0017] W[''c]=尸巧巧'/<!)
[00化]其中P=虹,]，巧Aj二疏巧側(cè)沖。
[0019] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的考慮不平衡通信網(wǎng)絡(luò)的電力系統(tǒng)分布式經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，所述 平均一致性更新算法為：
陽02U 其中
，I為單位矩陣，X[k]為頂點(diǎn)第k次的狀態(tài)值，0比] 為一個(gè)局部變量。
[0022] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的考慮不平衡通信網(wǎng)絡(luò)的電力系統(tǒng)分布式經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，所述 步驟2中，選擇增量成本作為一致性量，每臺(tái)發(fā)電機(jī)的增量成本ICi定義為：
[0023]
[0024] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的考慮不平衡通信網(wǎng)絡(luò)的電力系統(tǒng)分布式經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，所述 步驟3中發(fā)電機(jī)i的輸出功率約束條件為：
[00%] 本發(fā)明采用W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下技術(shù)效果：
[0027] 1、本發(fā)明創(chuàng)造性的提出了一種改進(jìn)的平均一致性算法來解決電力系統(tǒng)中考慮不 平衡通信網(wǎng)絡(luò)的分布式經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題，使得通信網(wǎng)絡(luò)不再受平衡網(wǎng)絡(luò)的要求，適用性更加 廣泛；
[0028] 2、本發(fā)明通過分布式控制的方式，僅通過電力元件之間的局部信息交互來傳遞全 局經(jīng)濟(jì)調(diào)度信息，能夠在減小通信成本的情況下解決電力系統(tǒng)中不平衡通信網(wǎng)絡(luò)的分布式 經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題；
[0029] 3、本發(fā)明更適合解決拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化和適應(yīng)即插即用的特點(diǎn)；
[0030] 4、本發(fā)明具有更強(qiáng)的魯棒性和更好的可擴(kuò)展性，并且可W更好地適應(yīng)多節(jié)點(diǎn)情 況。
【附圖說明】
[0031] 圖1是IE邸39節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)電力網(wǎng)絡(luò)。
[0032] 圖2是不平衡通信拓?fù)鋱D。
[0033] 圖3是增量成本變化曲線圖。
[0034] 圖4是發(fā)電機(jī)功率變化曲線圖。
[0035] 圖5是發(fā)電機(jī)總功率變化曲線圖。
[0036] 圖6是設(shè)計(jì)算法中各發(fā)電機(jī)的0 1變化曲線圖。
[0037] 圖7是設(shè)計(jì)算法中各發(fā)電機(jī)的S1變化曲線圖。
[0038] 圖8是本發(fā)明方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始 至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參 考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0040] 如圖8所示，本發(fā)明提供一種考慮不平衡通信網(wǎng)絡(luò)的電力系統(tǒng)分布式經(jīng)濟(jì)調(diào)度方 法，具體流程如下：
[0041] 首先，用圖G來建立電力系統(tǒng)中的元素（母線和傳輸線）和各元素之間的關(guān)系（元 素之間通過通信設(shè)施進(jìn)行信息交流）的模型。定義G= (V，￡，A)，V= {V1，V2, . . .，VJ 表示頂點(diǎn)集，是不同頂點(diǎn)對(duì)的集合表示邊集，A= [ay]GR"x"表示鄰接矩陣，其 中n表示電力系統(tǒng)中電力元件的個(gè)數(shù)，R表示實(shí)數(shù)集。圖頂點(diǎn)表示電力系統(tǒng)的母線，邊表 示母線之間的傳輸線，鄰接矩陣表示邊的權(quán)重。從頂點(diǎn)i接收來的信息組成集合為Ni+ = (VjI(Vj,Vi)GE}，所有能發(fā)送信息給頂點(diǎn)i的頂點(diǎn)組成集合為Ni=IvJI(Vj,Vi)G巧。
[0042]I、首先定義發(fā)電機(jī)i的成本函數(shù)為： 陽0創(chuàng) Ci(PJ=曰卻恥+。盧。1 做 W44] 其中Pe康不發(fā)電機(jī)i的輸出功率，Ci(Pu)表不發(fā)電機(jī)i在輸出功率為Pe擁所需 的成本，曰1、bi、Ci為正的常量。
[0045] 經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題是指發(fā)電機(jī)在滿足一系列運(yùn)行約束的條件下，使整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行 的發(fā)電成本最小化的優(yōu)化問題，即：
W例 Pu表示發(fā)電機(jī)i的輸出功率。S表示發(fā)電機(jī)集合。PD表示系統(tǒng)符合的所有發(fā)電 機(jī)的輸出功率之和。利用經(jīng)典的拉格朗日乘子法求解，令Z代表與等式約束對(duì)應(yīng)的拉格朗 日乘子，不考慮約束（4)和（5)時(shí)，上述等式約束優(yōu)化問題可W轉(zhuǎn)化為：
[0050] = ,?(!>..-巧'）=〇 紙》 ieSO i<￡S'G'
[00川對(duì)變量Pw和Z求偏導(dǎo)就得到最優(yōu)性條件，即：
巧）
[0053] 上式即協(xié)調(diào)方程，根據(jù)協(xié)調(diào)方程可得：
(8) 陽化5] 從而每臺(tái)發(fā)電機(jī)的有功功率為：
(9)
[0057] 2、改進(jìn)傳統(tǒng)的平均一致性算法：
[0058] 由于非平衡圖的拉普拉斯矩陣不再是對(duì)稱的，運(yùn)里我們定義一個(gè)新的更新矩陣W， 在每次迭代過程中定義W比]=[Wi,比]]，具體的定義如下：
(10；
[0060] 其中參數(shù)Pi.j是由頂點(diǎn)設(shè)置，滿足P.j.j=0,0<Pi.j< 1W及Si一.jPu= 1，0 < 0 1比]< 1是一個(gè)局