基于改进平均一致性算法的微网分布式控制方法及系统与流程

本发明涉及微电网经济调度，具体为基于改进平均一致性算法的微网分布式控制方法及系统。

背景技术：

1、随着可再生能源的日益普及，对于风力涡轮机和光伏发电等源，微电网的不确定性日益增强。微电网是发电机、储能系统(ess)发电机组(发电机组)和负载的集合体，可以以孤岛模式或并网模式运行。在孤岛模式下，由于缺乏电网供电，储能系统可以通过其快速调节功率的能力来平衡微电网中可再生能源产生的不平衡功率和负荷变化。在传统的大型电网集中控制中，对控制中心的可靠性要求很高，控制中心通信故障可能导致整个微网系统失控。在分布式点对点控制中，每个节点往往因为使用的局部信息不足，使得无法通过节点间的经济调度实现全局最优解。

2、长期以来，工程中常常采用分层结构的集中控制来解决储能电量平衡、充放电功率控制、电流分布、有功无功控制等问题，集中控制结构的固有局限性仍然存在。而基于多智能体系统的分布式控制既具有集中控制的全局最优性，又具有可靠性、即插即用和点对点控制的特点，可以有效地解决上述问题。近年来，分布式控制在经济调度、负荷控制等方面得到了广泛的应用。

3、在现有研究中，x.lu等(x.lu andj.lai,”communication constraints fordistributed secondary control of heterogeneous microgrids:a survey,”ieeetrans.ind.appl,vol.57,no.6,pp.5636-5648,2021.)提出了种考虑通信约束的分布式二次控制策略。j.lai等(j.lai,x.lu,a.monti,and r.w.d.doncker,”event-drivendistributed active and reactive power dispatch for ccvsi-based distributedgenerators inac microgrids,”ieee trans.ind.appl,vol.56,no.3,pp.3125-3136,2020.)提出了一种分布式事件驱动的交流微电网有功和无功分配策略，该策略可以实现所有发电机组的负载均衡，降低通信带宽需求，但不考虑储能电量和经济调度。现有的许多储能电量平衡研究成果都是基于改进的下垂控制，难以实现微电网的全局优化。s.i.gkavanoudis等(s.i.gkavanoudis,k.o.oureilidis,and c.s.demoulias,”anadaptive droop control method for balancing the soc of distributed batteriesin ac microgrids,”in 2016ieee 17th workshop on control and modeling for powerelectronics(compel),27-30june 20162016.)提出了改进的下垂控制策略来实现储能电量平衡，而这些策略会导致微电网母线的频率偏差。q.wu等(q.wu,r.guan,x.sun,y.wang,and x.li,”soc balancing strategy for multiple energy storage units withdifferent capacities in islanded microgrids based on droop control,”ieeej.emerging sel.top.power electron.,vol.6,no.4,pp.1932-1941,2018)中提出的策略不需要通信，同时考虑了电池的不同能力，通过改进的下垂控制和局部信息来平衡储能电量。y.guan等(y.guan,l.meng,c.li,j.c.vasquez,andj.m.guerrero,”a dynamicconsensus algorithm to adjustvirtual impedance loops for discharge ratebalancing of ac microgrid energy storage units,”ieee trans.smart grid,vol.9,no.5,pp.4847-4860,2018.)提出了一种基于动态共识算法(dynamicconsensusalgorithm.dca)的分布式二级储能电量平衡控制策略。每个电池估计全球平均储能电量，并计算平均储能电量与实际储能电量之间的差异。虚拟阻抗由pi控制器使用计算的差分作为输入进行校正，然后调节电池输出功率，然而，其并未考虑电池运行的经济性。

4、因此，如何在平衡微电网中储能之间的电池电量的前提下，实现全局经济最优，实现不能储能间的经济调度已成为了一个关键为议题。针对在考虑储能电量平衡的前提下实现微电网全局经济最优的问题，本文提出了一种基于改进平均一致性算法的微电网分布式经济最优控制方法。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：对一般经济最优调度模型进行描述，然后基于改进平均一致性算法建立分布式控制策略模型，最终实现改进平均一致性算法实现微电网分布式经济最优控制。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于改进平均一致性算法的微网分布式控制方法，包括：

4、获取微电网的成本数据；

5、建立传统最优经济优化调度模型，使得总发电成本最小；

6、建立基于改进平均一致性算法的分布式控制策略的目标函数和约束函数；

7、利用改进平均一致性算法实现微电网分布式经济最优控制。

8、作为本发明所述的基于改进平均一致性算法的微网分布式控制方法的一种优选方案，其中：所述成本数据包括发电机成本、燃料花费和储能成本。

9、作为本发明所述的基于改进平均一致性算法的微网分布式控制方法的一种优选方案，其中：微电网中有n条母线，母线i的发电机成本为所述传统最优经济调度模型表示为：

10、

11、其中，pi表示节点i的有功功率；

12、约束为：

13、

14、其中，表示节点i的分布式发电机的有功功率，pil表示节点i的负载的有功功率；

15、机组的有功功率满足功率限制约束：

16、pi,min≤pi≤pi,max

17、其中，pi,min表示可控单元i的有功功率下限，pi,max表示可控单元i的有功功率上限；

18、电力系统中发电机的成本表示为二次函数：

19、

20、其中，αi、βi和γi是成本系数。

21、作为本发明所述的基于改进平均一致性算法的微网分布式控制方法的一种优选方案，其中：所述目标函数包括，全局最优目标函数为：

22、

23、所述全局最优目标函数包括，

24、经济目标：包括储能和微型燃气轮机成本在内的经济目标，实现最佳运营，储能的成本函数为：

25、

26、其中，pib表示进入节点i的储能的有功功率，αi表示线性项的系数，βi表示二次项的系数；

27、微型燃气轮机的燃料成本：

28、

29、其中，pimt表示微型燃气轮机的有功功率，表示线性项的系数，表示二次项的系数；

30、储能电量soc平衡目标：将储能soc的变化纳入平衡soc的目标，确保目标函数的强凸性，使用所有soc的方差，并使用储能i的soc与平均soc之间的偏差来动态调整权重，soc平衡目标定义为：

31、

32、其中，ksoc表示关于soc影响的基本加权系数，si表示储能i的soc，simean表示储能i的平均值，δt表示间隔时间，ci表示用于描述bess容量的参数。

33、作为本发明所述的基于改进平均一致性算法的微网分布式控制方法的一种优选方案，其中：所述约束函数包括，

34、潮流约束：发电及负荷应平衡；

35、

36、储能功率约束：储能的的输出功率应在允许范围内；

37、

38、其中，和分别是储能功率的上下限；

39、储能soc约束：考虑储能的寿命和安全性，储能soc保持的范围；

40、si,min≤si≤si,max

41、其中，si,min和si,max分别是储能soc的上下限；

42、微型燃气轮机约束：微型燃气轮机的输出功率保持的范围；

43、

44、其中，表示卫星燃气轮机处理上限。

45、作为本发明所述的基于改进平均一致性算法的微网分布式控制方法的一种优选方案，其中：所述控制包括，系统初始化：使用粒子群算法生成加权矩阵w，改进平均一致性算法中，加权矩阵表示为，

46、

47、其中，κ的值由启发式算法，粒子群算法生成；

48、智能体初始化：初始化智能体状态为，

49、

50、初始化后，各智能体将数据传输至邻近智能体。

51、作为本发明所述的基于改进平均一致性算法的微网分布式控制方法的一种优选方案，其中：所述控制还包括，智能体本地计算，估算平均soc：

52、

53、更新拉格朗日乘子：

54、

55、功率计算：

56、

57、

58、更新本地需求：

59、

60、若pid,k≤ε，智能体应发送状态至邻近智能体；否则，智能体将pib,k pimt,k作为功率参考值。

61、一种采用如本发明所述方法的基于改进平均一致性算法的微网分布式控制系统，其特征在于：

62、数据采集模块，获取微电网的成本数据；

63、分析模块，建立传统最优经济优化调度模型，使得总发电成本最小；建立基于改进平均一致性算法的分布式控制策略的目标函数和约束函数；

64、控制模块，利用改进平均一致性算法实现微电网分布式经济最优控制。

65、一种计算机设备，包括：存储器和处理器；所述存储器存储有计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明中任一项所述的方法的步骤。

66、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现本发明中任一项所述的方法的步骤。

67、本发明的有益效果：本发明提供的基于改进平均一致性算法的微网分布式控制方法专注于微电网的经济调度和储能平衡。通过建立传统最优经济优化调度模型并实施基于改进平均一致性算法的分布式控制策略，本方法确保总发电成本最小化。在实施过程中，每个智能体单元倾向于快速平衡其储能系统，并在较少的迭代中实现状态的平均一致性，从而更快地获得平均soc的准确估计。此外，通过与相邻智能体的信息交换，该策略实现节点之间的能量互补，消除电力缺失，并满足全局发电需求平衡约束。因此，本发明在微电网的经济运行、储能平衡和全局最优解方面实现了显著的有益效果。