具有精確計(jì)算網(wǎng)損能力的電力系統(tǒng)分布式自動(dòng)調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)功率的控制方法，具體涉及一種具有精確計(jì)算 網(wǎng)損能力的電力系統(tǒng)分布式調(diào)度方案，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（ED)。經(jīng)濟(jì)調(diào)度是指發(fā)電機(jī)組在運(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)組。傳統(tǒng)的解決方法包括A迭代法和梯度搜索法，這兩種方 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（PS0)還有最新改進(jìn)的粒子群算法 (IPS0)。通過這些方法使經(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 心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，這就使得集中式控制的效率變的很低。因此，研究一種新的精確計(jì)算網(wǎng)損的 算法具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 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，精確計(jì)算網(wǎng) 損及功率偏差，在降低通信成本的情況下，解決電力系統(tǒng)中的經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題。
[0004] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：
[0005] -種具有精確計(jì)算網(wǎng)損能力的電力系統(tǒng)分布式自動(dòng)調(diào)度方法，通過分布式兩層一 致性算法，使用潮流跟蹤法和電氣剖分方法精確地將網(wǎng)損分配給每一臺(tái)發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)邊際 成本一致，該方法的具體步驟為：
[0006] 步驟1 :輸入系統(tǒng)參數(shù)，包括最大功率限制P_、最小功率限制P_，并對邊際成本 和發(fā)電功率賦予初值進(jìn)行初始化操作；
[0007] 步驟2:運(yùn)用分布式兩層一致性算法，更新每一臺(tái)發(fā)電機(jī)的增量成本IC1;
[0008] 步驟3 :使用潮流跟蹤法、電氣剖分方法求得每一臺(tái)發(fā)電機(jī)所分?jǐn)偟木W(wǎng)損;
[0009] 步驟4 :計(jì)算出每一臺(tái)發(fā)電機(jī)的功率偏差A(yù)P1;
[0010] 步驟5 :判斷發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率是否符合最大功率限制P_和最小功率限制P_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？^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) 定為其最大輸出功率或者最小輸出功率P%
[0011] 步驟6 :求解全局功率偏差A(yù)Py判斷其絕對值是否在事先規(guī)定的誤差范圍內(nèi)，如 果滿足，則結(jié)束；反之，則轉(zhuǎn)步驟2。
[0012] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種具有精確計(jì)算網(wǎng)損能力的電力系統(tǒng)分布式自動(dòng)調(diào)度方 法，所述步驟2中的分布式兩層一致性算法，是根據(jù)運(yùn)算的先后順序來設(shè)置較低層和較高 層，其中在較低層中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有其各自的負(fù)荷信息和發(fā)電機(jī)信息，存在不同的功率偏差， 在較低層運(yùn)用平均一致性算法，使每個(gè)節(jié)點(diǎn)的功率偏差達(dá)到一個(gè)平均值；在較高層運(yùn)用增 量成本一致算法，更新每一臺(tái)發(fā)電機(jī)鄰居的信息，使每一臺(tái)發(fā)電機(jī)的增量成本趨于一致。
[0013] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種具有精確計(jì)算網(wǎng)損能力的電力系統(tǒng)分布式自動(dòng)調(diào)度方 法，所述步驟3中所述的潮流跟蹤法，是運(yùn)用基爾霍夫定律，得到電力網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié) 點(diǎn)導(dǎo)納方程，然后利用電力潮流方法或者狀態(tài)估計(jì)方法，得到每個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的等效并聯(lián)導(dǎo) 納，再得到由負(fù)荷等效并聯(lián)導(dǎo)納組成的負(fù)荷等效并聯(lián)阻抗，聯(lián)合終端母線電壓，最后得到每 一個(gè)支路電流。
[0014] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種具有精確計(jì)算網(wǎng)損能力的電力系統(tǒng)分布式自動(dòng)調(diào)度方 法，所述步驟3中的電氣剖分方法，是將每條支路經(jīng)過剖分后得到若干子路徑，子路徑電流 的和等于原來路徑的電流，運(yùn)用歐姆定律，得到每一條子路徑的阻抗。
[0015] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種具有精確計(jì)算網(wǎng)損能力的電力系統(tǒng)分布式自動(dòng)調(diào)度方 法，所述步驟3中，每一臺(tái)發(fā)電機(jī)所分?jǐn)偟木W(wǎng)損的計(jì)算公式為：
[0016]
[0017] 其中，JBl]為第j個(gè)發(fā)電機(jī)在第i條支路的電流分配因子，I,是第j個(gè)發(fā)電機(jī)的電 流，IBi是第i條支路的電流，ZBi是第i條支路的阻抗，L是支路數(shù)。
[0018] 進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種具有精確計(jì)算網(wǎng)損能力的電力系統(tǒng)分布式自動(dòng)調(diào)度方 法，所述步驟4中功率偏差A(yù)h的更新規(guī)則為
/ =U.，其 i二JL 中，Wu是一個(gè)更新矩陣W中的元素，W=I-yLu，I是一個(gè)nXn的單位矩陣，y是更新權(quán) 重，k,是拉普拉斯矩陣L中的元素，APi[k+l]是第i個(gè)節(jié)點(diǎn)第k+1次功率偏差，Ap][k]是 第j個(gè)節(jié)點(diǎn)第k次功率偏差。
[0019] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：
[0020] (1)本發(fā)明創(chuàng)造性的提出了一種潮流跟蹤法和電氣剖分方法來計(jì)算網(wǎng)損，相比較 其它計(jì)算網(wǎng)損的方法，計(jì)算結(jié)果更加的精確，采用兩層一致性算法，使得系統(tǒng)不再受單一的 主導(dǎo)者影響，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均能作為主導(dǎo)者，適用性更加廣泛；
[0021] (2)本發(fā)明通過分布式控制的方式能夠在減小通信成本的情況下解決電網(wǎng)中考慮 網(wǎng)損情況下的經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題。
[0022] (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)。
[0023] (4)本發(fā)明具有更強(qiáng)的魯棒性和更好的可擴(kuò)展性，并且可以更好地適應(yīng)多節(jié)點(diǎn)情 況。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明的IEEE6節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)電力網(wǎng)絡(luò)。
[0025] 圖2是本發(fā)明的通信拓?fù)鋱D。
[0026]圖3是是本發(fā)明的電氣剖分方法示意圖，其中（a)是原來輸電線的示意圖，（b)是 子路徑的示意圖。
[0027] 圖4是本發(fā)明的電氣剖分方法示意圖，其中（a)是原來輸電線的電流和阻抗的示 意圖，（b)是經(jīng)過剖分后的子路徑的電流和阻抗的示意圖。
[0028] 圖5是分解后的子網(wǎng)絡(luò)不意圖。其中（a)是分解后的G1的子網(wǎng)絡(luò)不意圖，（b)是 分解后的G4的子網(wǎng)絡(luò)示意圖，（c)是分解后的G6的子網(wǎng)絡(luò)示意圖。
[0029] 圖6是微增率隨時(shí)間變化曲線圖。
[0030] 圖7是發(fā)電機(jī)功率隨時(shí)間變化曲線圖。
[0031] 圖8是發(fā)電機(jī)總功率與總負(fù)荷隨時(shí)間變化曲線圖。
[0032] 圖9是本發(fā)明方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 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，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0034] 如圖9所示，本發(fā)明提供一種具有精確計(jì)算網(wǎng)損能力的電力系統(tǒng)分布式自動(dòng)調(diào)度 方法，具體流程如下：
[0035] 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，e，A)，v= {vv2, ? ??，vnB} 表示頂點(diǎn)集，scixr是不同頂點(diǎn)對的集合表示邊集，A= [ai]] 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。有向圖是指圖形的邊是有方向的。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。如果母線i收 到來自母線j的信息，說明存在權(quán)重為\的邊（vj，Vl)。當(dāng)相應(yīng)的邊存在時(shí)，鄰接矩陣的 元素\為正值，反之為負(fù)。如果母線i可以收到來自母線j的信息，母線j就被稱為母線 i的鄰居。隊(duì)表示母線i的鄰居的集合，其基數(shù)為t大小被定義為，=
[0036] 根據(jù)發(fā)電機(jī)和負(fù)載的位置畫出電力系統(tǒng)的通信拓?fù)鋱D。本發(fā)明用到的圖為有向 圖，其中包括多邊和自環(huán)。定義鄰接矩陣A= {&1]}為：
[0037]
[0038] 1、首先定義發(fā)電機(jī)i的成本函數(shù)為：
[0039] Ci(PGi) =ai+eiPGi+YiP2Gi (1)
[0040] 其中P&表示第i臺(tái)發(fā)電機(jī)的輸出功率，CJPJ表示發(fā)電機(jī)i在輸出功率為Py時(shí) 所需的成本，ai、Pi、丫i為正的常量。
[0041] 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：
[0042]
[0043] (.之).
[0044] Pi..r.^PG/,reSo <3)
[0045] 其中，Se表示發(fā)電機(jī)集合，SD表示負(fù)載集合，PD]表示負(fù)載j的輸出功率，Plc]SS表示 電力系統(tǒng)的損耗功率，表示第i個(gè)發(fā)電機(jī)的最小輸出功率，表示第i個(gè)發(fā)電機(jī)的 最大輸出功率。利用經(jīng)典的拉格朗日乘子法求解，令X代表與等式約束對應(yīng)的拉格朗日乘 子，不考慮約束（2)和（3)時(shí)，上述等式約束優(yōu)化問題可以轉(zhuǎn)化為：
[0046]⑷ tfcJtr 比Jf-r.
J
[0047] 分別對變量Pei和X求偏導(dǎo)就得到最優(yōu)性條件，SP:
[0048]
(5、
[0049] h才刖偵、很I卞?辟-相坦偵、調(diào)方程可得：
[0050] (6)
[0051] 其中^稱為網(wǎng)損微增率，表示電力系統(tǒng)的損耗功率對第i個(gè)發(fā)電機(jī)的輸出功率 的微增率。
[0052] 令攻=1 /U 表示網(wǎng)損修正系數(shù)，則；T=M 〇rGiCPgi
[0053] 從而第i個(gè)發(fā)電機(jī)的輸出功率為：
[0054]
⑶
[0055] 2、利用潮流跟蹤法、電氣剖分方法來精確的求得每臺(tái)發(fā)電機(jī)所分?jǐn)偟木W(wǎng)損：
[0056] 設(shè)電路中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣為YV=I，其中，Y表示節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納，V表示節(jié)點(diǎn) 電壓，I表示節(jié)點(diǎn)電流，使用一個(gè)現(xiàn)成的電力潮流方法或狀態(tài)估計(jì)方法，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的等效并 聯(lián)導(dǎo)納為：
[0057]Y;=(pi-jQi)/|Vi|2 (8)
[0058] 其中PdQd 別為有功功率、無功功率和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓，增加這些等式到Y(jié)矩 陣的對角元素，得到：
[0059]YgV=IG (9)
[0060] 這里Is是由發(fā)電機(jī)的電流組成的對角矩陣，Is=[I Id12, 13,. . .，IM分別為流過發(fā)電機(jī)1，2，…，M