本發明涉及電力系統調度,具體為適用于任意有向通信拓撲的完全分布式電力系統調度方法。
背景技術:
1、隨著氣候變化問題的加劇,全球范圍內對于可再生能源的利用給予了高度重視。在此背景下,智能電網的經濟調度(smartgrideconomicdispatch,sged)應運而生,旨在優化能源的綜合使用,促進能效提升和碳排放減少,以支持低碳經濟的發展目標。智能電網經濟調度通過融入創新的優化算法,不僅確保了能源供應的穩定性和安全性,還實現了在經濟和環境效益之間的最優平衡。
2、傳統的電力系統經濟調度通常采用集中式優化方法來確保能源供應的經濟性和可靠性。然而,它難以適應規模非常大的系統,也容易受到單點故障的影響,且隨著系統規模的增長,通信和計算的開銷也會顯著增加。現有的leader-follower模型作為一種重要的優化框架,引起了學術界和工業界的廣泛關注。該策略依賴于一個或多個領導者(leader)制定總體的調度策略,而眾多跟隨者(follower)根據這些策略來調整自己的行動。該模型雖然在某些情況下效率高且易于實施,但其依賴于中心化的決策點和可能存在的信息瓶頸,限制了其在高度自治和動態環境下的應用潛力。
3、完全分布式經濟調度方法由于其在自治性、韌性、隱私保護和可擴展性方面的顯著優勢,成為了研究的熱點。然而,現有的完全分布式方法大多基于無向通信拓撲,這在實際應用中可能會遇到限制。chenw和lit提出了一種完全分布式的經濟調度方法,該方法基于多智能體共識控制,適用于能源互聯網。重要的一點是,這些方法設計為適用于無向通信拓撲。這意味著在這種系統中,所有的通信鏈接是雙向的,每個節點都可以直接與其相連的任何其他節點進行通信。需要指出的是,由于通信功率、通信距離等的限制,在實際的網絡中,通信路徑也可能是有向的,這意味著信息流只能在一個方向上傳播,需研究一種面向有向通信拓撲的調度方法。鑒于此,本發明構造一種適用于任意有向通信拓撲的完全分布式電力系統調度方法,實現成本效益和環境效益的最優平衡。
技術實現思路
1、本發明的目的是提供適用于任意有向通信拓撲的完全分布式電力系統調度方法,能有效解決上述現有技術中存在的問題。
2、為解決上述技術問題,本發明采用了以下技術方案:適用于任意有向通信拓撲的完全分布式電力系統調度方法,電力系統包括若干子系統,每個子系統均嵌入一個節點,調度方法包括如下步驟:
3、采用二次型函數計算子系統的運行維護成本和碳交易成本;
4、基于運行維護成本和碳交易成本,引入拉格朗日乘子,將不等式約束轉化為等式約束,并結合kkt條件進行分析獲取子系統最優有功功率;以及
5、基于一致性的調度優化子系統最優有功功率,包括:
6、為每個子系統增加功率偏差的估計向量和引入surplus變量;
7、結合功率偏差的估計向量和surplus變量分別進行狀態的一致性迭代、有功功率的計算和功率不一致的估計。
8、優選的,對于運行維護成本二次型函數計算為:
9、
10、其中,pi表示子第i個節點輸出的有功功率;αi,βi,γi分別表示第i個節點的成本系數。
11、優選的,對于碳交易成本二次型函數計算為:
12、
13、其中,ε表示單位碳價;ed,i和eq,i分別表示節點i的碳排放量總量和碳排放量配額;μ∈(0,1)表示隨著碳排放量增加價格所對應的增長率,r為大于等于1的整數,e0表示每個碳排放區間所對應的碳排放量。
14、優選的,在碳交易成本計算中:定義m值為:其中m是碳交易成本函數f2的參數,反映當前碳排放所處的階梯區間。
15、優選的,電力系統中約束條件包括:
16、第一、
17、其中,δi為各個子系統i的電力供應供需偏差,pd,i為第i個子系統電力需求量;lloss,i是第i個子系統運行過程中電能傳輸損耗量,其大小為lloss,i=σipi2,σi表示第i個子系統運行中電力傳輸損耗系數;
18、第二、pimin≤pi≤pimax,其中,pimax,pimin分別為子系統i輸出有功功率的上限和下限。
19、優選的,子系統最優有功功率為:
20、
21、其中,λ*為最優解時的增量成本。
22、優選的,電力子系統i的增量成本λ*具體計算為:
23、建立拉格朗日函數:
24、其中,ω1和ω2為加權系數,其取值在0-1之間且滿足ω1+ω2=1,表示電力系統的供需偏差;λ為電力系統供需平衡下的拉格朗日乘子;和ui≥0分別是子系統i不等式約束的拉格朗日乘子;
25、假定pi*(i=1,2,...,n)是拉格朗日函數的局部最小點,則存在唯一λ*,ui*(i=1,2,...,n)使得kkt條件成立:
26、
27、定義ωp={i|pi=pimin,pi=pimax},ωmax={i|pi=pimax}和ωmin={i|pi=pimin};根據系統最優時的kkt條件可得電力子系統i的增量成本λ*:
28、
29、其中,θi表示節點i的碳排放配額系數,εi為子系統i的碳排放配額。
30、優選的,為每個子系統的節點增加一個功率偏差的估計向量yi(k),為每個子系統i引入兩個surplus變量和其中,令yi(0)=δi(0)和則有和
31、優選的,基于一致性的調度具體為:
32、第一,節點i(i=1,2,...,n)按照:
33、
34、進行增量成本變量λi(k)和surplus變量的迭代,其中λj(k)表示節點j在第k次迭代時的信息狀態;σ(k)表示收斂系數,其值大小會影響收斂速度,取σ(k)=ρk且ρ∈(0,1);參數μ>0,ε>0為待設計的調度增益,通過調整增益參數可調節調度算法的收斂速度;
35、第二,節點i(i=1,2,...,n)按照
36、
37、進行有功功率出力的迭代,其中并按照δi(k+1)=σi(pi(k+1))2+pd,i(k+1)-pi(k+1)計算出供需偏差變量δi(k+1);
38、第三,節點i(i=1,2,...,n)估計供需偏差向量yi(k+1)和surplus變量
39、
40、當|λi(k+1)-λi(k)|<ξ時,節點i(i=1,2,...,n)的一致性迭代結束,節點記λ*=λi(k+1),并計算獲取最優有功功率,其中ξ>0為給定的調度精度要求值,用以表征電力調度的準確性。
41、有益效果:本發明中,采用了二次型函數來計算子系統的運行維護成本和碳交易成本,并引入了拉格朗日乘數法以解決優化問題;其次,基于一致性的調度優化子系統最優有功功率,適用于大規模復雜電力網絡,基于一致性理論,將增量成本視為一致性變量,通過迭代計算實現分布式調度,每個節點根據本地信息和與鄰近節點的簡單通信來做出決策,大大提高了適用于大規模和復雜的電力網絡算法的魯棒性和靈活性;整個系統實現凈零排放,在確保電力系統穩定運行的同時,可實現成本效益和環境效益的最優平衡。