具有精确计算网损能力的电力系统分布式自动调度方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种电力系统中发电机功率的控制方法，具体涉及一种具有精确计算 网损能力的电力系统分布式调度方案，属于电力系统经济调度技术领域。
【背景技术】
[0002] 新兴的智能电网架构有助于进一步探讨配电系统中的一些基本挑战，比如经济调 度（ED)。经济调度是指发电机组在运行成本最低并且满足发电机的功率约束条件下把总 的需求功率分配给各个发电机组。传统的解决方法包括A迭代法和梯度搜索法，这两种方 法主要用于解决当成本函数为凸函数时的情况。另外一些更复杂的方法用来解决成本函数 为非凸函数时的情况，包括遗传算法（GA)，粒子群算法（PS0)还有最新改进的粒子群算法 (IPS0)。通过这些方法使经济调度的性能和应用都得到了改善，现在传统的集中式框架电 网正在向分布式的智能电网转变，同样，在相应的决策和网络领域也发生了同样的转变。中 心控制器通常需要高带宽的通信设施来收集整个系统的信息，另外还需要一个很高的连通 度，因此当一个故障点出现时，就会出现稳定性问题。而且，未来电网和通信网络的拓扑结 构都是可变的，这就使得集中式控制的效率变的很低。因此，研究一种新的精确计算网损的 算法具有重要意义。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是在发电机满足一定运行约束的条件下，精确计算网 损及功率偏差，在降低通信成本的情况下，解决电力系统中的经济调度问题。
[0004] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0005] -种具有精确计算网损能力的电力系统分布式自动调度方法，通过分布式两层一 致性算法，使用潮流跟踪法和电气剖分方法精确地将网损分配给每一台发电机，实现边际 成本一致，该方法的具体步骤为：
[0006] 步骤1 :输入系统参数，包括最大功率限制P_、最小功率限制P_，并对边际成本 和发电功率赋予初值进行初始化操作；
[0007] 步骤2:运用分布式两层一致性算法，更新每一台发电机的增量成本IC1;
[0008] 步骤3 :使用潮流跟踪法、电气剖分方法求得每一台发电机所分摊的网损;
[0009] 步骤4 :计算出每一台发电机的功率偏差AP1;
[0010] 步骤5 :判断发电机的发电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，则计算出发电机在该增量成本下的 输出功率？^如果超出最大功率限制和最小功率限制的要求，则将该发电机的输出功率设 定为其最大输出功率或者最小输出功率P%
[0011] 步骤6 :求解全局功率偏差APy判断其绝对值是否在事先规定的误差范围内，如 果满足，则结束；反之，则转步骤2。
[0012] 进一步的，本发明的一种具有精确计算网损能力的电力系统分布式自动调度方 法，所述步骤2中的分布式两层一致性算法，是根据运算的先后顺序来设置较低层和较高 层，其中在较低层中每个节点都有其各自的负荷信息和发电机信息，存在不同的功率偏差， 在较低层运用平均一致性算法，使每个节点的功率偏差达到一个平均值；在较高层运用增 量成本一致算法，更新每一台发电机邻居的信息，使每一台发电机的增量成本趋于一致。
[0013] 进一步的，本发明的一种具有精确计算网损能力的电力系统分布式自动调度方 法，所述步骤3中所述的潮流跟踪法，是运用基尔霍夫定律，得到电力网络中每个节点的节 点导纳方程，然后利用电力潮流方法或者状态估计方法，得到每个负荷节点的等效并联导 纳，再得到由负荷等效并联导纳组成的负荷等效并联阻抗，联合终端母线电压，最后得到每 一个支路电流。
[0014] 进一步的，本发明的一种具有精确计算网损能力的电力系统分布式自动调度方 法，所述步骤3中的电气剖分方法，是将每条支路经过剖分后得到若干子路径，子路径电流 的和等于原来路径的电流，运用欧姆定律，得到每一条子路径的阻抗。
[0015] 进一步的，本发明的一种具有精确计算网损能力的电力系统分布式自动调度方 法，所述步骤3中，每一台发电机所分摊的网损的计算公式为：
[0016]
[0017] 其中，JBl]为第j个发电机在第i条支路的电流分配因子，I,是第j个发电机的电 流，IBi是第i条支路的电流，ZBi是第i条支路的阻抗，L是支路数。
[0018] 进一步的，本发明的一种具有精确计算网损能力的电力系统分布式自动调度方 法，所述步骤4中功率偏差Ah的更新规则为
/ =U.，其 i二JL 中，Wu是一个更新矩阵W中的元素，W=I-yLu，I是一个nXn的单位矩阵，y是更新权 重，k,是拉普拉斯矩阵L中的元素，APi[k+l]是第i个节点第k+1次功率偏差，Ap][k]是 第j个节点第k次功率偏差。
[0019] 本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0020] (1)本发明创造性的提出了一种潮流跟踪法和电气剖分方法来计算网损，相比较 其它计算网损的方法，计算结果更加的精确，采用两层一致性算法，使得系统不再受单一的 主导者影响，每个节点均能作为主导者，适用性更加广泛；
[0021] (2)本发明通过分布式控制的方式能够在减小通信成本的情况下解决电网中考虑 网损情况下的经济调度问题。
[0022] (3)本发明更适合解决拓扑结构变化和适应即插即用的特点。
[0023] (4)本发明具有更强的鲁棒性和更好的可扩展性，并且可以更好地适应多节点情 况。
【附图说明】
[0024] 图1是本发明的IEEE6节点标准电力网络。
[0025] 图2是本发明的通信拓扑图。
[0026]图3是是本发明的电气剖分方法示意图，其中（a)是原来输电线的示意图，（b)是 子路径的示意图。
[0027] 图4是本发明的电气剖分方法示意图，其中（a)是原来输电线的电流和阻抗的示 意图，（b)是经过剖分后的子路径的电流和阻抗的示意图。
[0028] 图5是分解后的子网络不意图。其中（a)是分解后的G1的子网络不意图，（b)是 分解后的G4的子网络示意图，（c)是分解后的G6的子网络示意图。
[0029] 图6是微增率随时间变化曲线图。
[0030] 图7是发电机功率随时间变化曲线图。
[0031] 图8是发电机总功率与总负荷随时间变化曲线图。
[0032] 图9是本发明方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0033] 下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始 至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参 考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0034] 如图9所示，本发明提供一种具有精确计算网损能力的电力系统分布式自动调度 方法，具体流程如下：
[0035] 首先，用图G来建立电力系统中的元素（母线和传输线）和各元素之间的关系（元 素之间通过通信设施进行信息交流）的模型。定义G= (v，e，A)，v= {vv2, ? ??，vnB} 表示顶点集，scixr是不同顶点对的集合表示边集，A= [ai]] 表示邻接矩阵，其中 n表示电力系统中电力元件的个数，R表示实数集。有向图是指图形的边是有方向的。图顶 点表示电力系统的母线，边表示母线之间的传输线，邻接矩阵表示边的权重。如果母线i收 到来自母线j的信息，说明存在权重为\的边（vj，Vl)。当相应的边存在时，邻接矩阵的 元素\为正值，反之为负。如果母线i可以收到来自母线j的信息，母线j就被称为母线 i的邻居。队表示母线i的邻居的集合，其基数为t大小被定义为，=
[0036] 根据发电机和负载的位置画出电力系统的通信拓扑图。本发明用到的图为有向 图，其中包括多边和自环。定义邻接矩阵A= {&1]}为：
[0037]
[0038] 1、首先定义发电机i的成本函数为：
[0039] Ci(PGi) =ai+eiPGi+YiP2Gi (1)
[0040] 其中P&表示第i台发电机的输出功率，CJPJ表示发电机i在输出功率为Py时 所需的成本，ai、Pi、丫i为正的常量。
[0041] 经济调度问题是指发电机在满足一系列运行约束的条件下，使整个电力系统运行 的发电成本最小化的优化问题，即：
[0042]
[0043] (.之).
[0044] Pi..r.^PG/,reSo <3)
[0045] 其中，Se表示发电机集合，SD表示负载集合，PD]表示负载j的输出功率，Plc]SS表示 电力系统的损耗功率，表示第i个发电机的最小输出功率，表示第i个发电机的 最大输出功率。利用经典的拉格朗日乘子法求解，令X代表与等式约束对应的拉格朗日乘 子，不考虑约束（2)和（3)时，上述等式约束优化问题可以转化为：
[0046]⑷ tfcJtr 比Jf-r.
J
[0047] 分别对变量Pei和X求偏导就得到最优性条件，SP:
[0048]
(5、
[0049] h才刖侦、很I卞?辟-相坦侦、调方程可得：
[0050] (6)
[0051] 其中^称为网损微增率，表示电力系统的损耗功率对第i个发电机的输出功率 的微增率。
[0052] 令攻=1 /U 表示网损修正系数，则；T=M 〇rGiCPgi
[0053] 从而第i个发电机的输出功率为：
[0054]
⑶
[0055] 2、利用潮流跟踪法、电气剖分方法来精确的求得每台发电机所分摊的网损：
[0056] 设电路中每个节点的节点导纳矩阵为YV=I，其中，Y表示节点导纳，V表示节点 电压，I表示节点电流，使用一个现成的电力潮流方法或状态估计方法，负荷节点的等效并 联导纳为：
[0057]Y;=(pi-jQi)/|Vi|2 (8)
[0058] 其中PdQd 别为有功功率、无功功率和负荷节点的电压，增加这些等式到Y矩 阵的对角元素，得到：
[0059]YgV=IG (9)
[0060] 这里Is是由发电机的电流组成的对角矩阵，Is=[I Id12, 13,. . .，IM分别为流过发电机1，2，…，M