邵雪蓮

摘要：針對現(xiàn)有微電網(wǎng)柔性負(fù)荷的廣泛滲透，同時(shí)考慮到通信網(wǎng)絡(luò)存在傳輸延時(shí)，研究了一種基于一致性算法的微電網(wǎng)分布式經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法。將發(fā)電機(jī)的增量成本和柔性負(fù)荷的增量效益選為一致性算法的變量，把系統(tǒng)的功率平衡作為收斂條件。在延時(shí)的情況下，通過分布式優(yōu)化求解經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)社會效益最大化的目的。仿真結(jié)果表明，所提的策略方法能解決含通信延時(shí)和柔性負(fù)荷的微電網(wǎng)社會效益最大化調(diào)度問題。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng);分布式一致性;社會效益最大化;柔性負(fù)荷;通信延時(shí)

中圖分類號：TM732? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）13-0015-03

Abstract： Aiming at the widespread penetration of flexible loads in the existing microgrid and considering the transmission delay of communication network， one distributed economic dispatching strategy based on consensus algorithm is studied. The incremental cost of generators and the incremental benefit of flexible loads are selected as the variables of the consensus algorithm， while the power balance of the system is taken as the convergence condition. Under the condition of time delay， the economic dispatch problem is solved by distributed optimization， and the social benefit of the system is maximized. Simulation results show that the proposed strategy can effectively solve the social benefit maximization scheduling problem of microgrid with communication delay and flexible load.

Key words： microgrid; distributed consensus; maximizing social benefit; flexible load; communication delay

1 引言

經(jīng)濟(jì)調(diào)度（Economic Dispatch，ED）即在滿足一定的系統(tǒng)約束下，通過調(diào)節(jié)各機(jī)組的有功功率，達(dá)到最小化系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)成本的目的。傳統(tǒng)上采用集中式方法來求解ED [1]。為了提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，分布式一致性優(yōu)化得到了廣泛的關(guān)注和研究[2-4]。Zhang [5]提出了將增量成本選為一致性變量，將系統(tǒng)中出電和用電的功率差作為收斂反饋因子，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的微增率收斂到最優(yōu)值的目的，適用于無向通信網(wǎng)絡(luò)。文獻(xiàn)[6]基于一致性算法，設(shè)置了節(jié)點(diǎn)的權(quán)重系數(shù)，改善了系統(tǒng)收斂的速度。

值得關(guān)注的是，微電網(wǎng)一個(gè)重要特征就是分布式柔性負(fù)荷的高滲透、高比例的接入，而上述文獻(xiàn)在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)調(diào)度時(shí)都沒有考慮柔性負(fù)荷。同時(shí)，隨著微電網(wǎng)分布式智能設(shè)備的發(fā)展，各種設(shè)備頻繁接入退出微電網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)在實(shí)際的微電網(wǎng)中是不可避免的[7]。而上述分布式算法都是在理想的通信環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的，并未考慮傳輸延時(shí)的影響。Yang[8]使用了含有領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)的增量成本一致性算法研究了延時(shí)對系統(tǒng)的影響，發(fā)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)的改變會影響系統(tǒng)的收斂速度，還發(fā)現(xiàn)相同的系統(tǒng)配置在有時(shí)延和無時(shí)延的情況下表現(xiàn)出不同的特征。

通過以上分析，在僅考慮發(fā)電成本的經(jīng)濟(jì)調(diào)度中加入柔性負(fù)荷具有現(xiàn)實(shí)意義。在調(diào)度通信過程中考慮通信延時(shí)的存在更具有實(shí)際研究意義。

2 考慮柔性負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型

本文研究的含柔性負(fù)荷的分布式經(jīng)濟(jì)調(diào)度指的是在滿足發(fā)電約束和系統(tǒng)功率平衡約束的前提下，通過局部交互實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組發(fā)電成本最小化和柔性負(fù)荷用電效益最大化，即使整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的社會效益最大化。

3 考慮通信延時(shí)的一致性經(jīng)濟(jì)調(diào)度算法

3.1 一致性算法

本文用有向強(qiáng)連通圖G來表示微電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)和柔性負(fù)荷節(jié)點(diǎn)間的通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。鄰接矩陣[A=apqn×n]用來描述節(jié)點(diǎn)p和q之間的通信關(guān)系，其中n表示節(jié)點(diǎn)數(shù)。若第p個(gè)節(jié)點(diǎn)和第q個(gè)節(jié)點(diǎn)之間有通信線路，則[apq]=1，否則[apq]=0，其中節(jié)點(diǎn)自身的通信[app]=0。用[L=[lpq]]表示圖G的拉普拉斯矩陣，如果p=q，[lpq=q=1，q≠pnapq];如果p[≠]q，[lpq]=[-apq]。

假設(shè)多智能體節(jié)點(diǎn)p在時(shí)刻[t]有一個(gè)標(biāo)量狀態(tài)，一般將其表示為[λp（t）∈?]。系統(tǒng)達(dá)到一致性的辨別標(biāo)準(zhǔn)是系統(tǒng)所有節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)量均相同。當(dāng)節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)的通信是離散時(shí)，節(jié)點(diǎn)p的一階離散狀態(tài)方程一般可以表示為：

3.2 含通信延時(shí)的社會效益最大化調(diào)度算法

在微電網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中，若采用ZigBee、4G等無線通信技術(shù)，信息傳輸速率較低，因而不可避免地存在通信延時(shí)。并且在實(shí)際生產(chǎn)中，不同節(jié)點(diǎn)間的延時(shí)一般是不同的。若節(jié)點(diǎn) i 和 p之間的傳輸延時(shí)記為τip，節(jié)點(diǎn) j 和q之間的傳輸延時(shí)記為τjq。將發(fā)電機(jī)組的IC與柔性負(fù)荷的IB作為調(diào)度過程中的一致性變量，應(yīng)用一致性算法式（4），則發(fā)電機(jī)和柔性負(fù)荷的一致性算法可寫為：

基于一致性的經(jīng)濟(jì)調(diào)度算法的步驟為：[1]輸入各節(jié)點(diǎn)的功率初值，得到初值[λi（0）]、[λj（0）]和[ΔP（0）];[2]根據(jù)一致性迭代公式計(jì)算[λi（t）]和[λj（t）];[3]根據(jù)更新后的[λi（t）]和[λj（t）]，計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的[Pi（t）]和[Pj（t）];[4]計(jì)算[ΔP（t）]，判斷|ΔP|≦0.001是否滿足，若滿足則迭代結(jié)束，否則跳轉(zhuǎn)至[2]。

4 仿真結(jié)果與分析

為驗(yàn)證本文所提方法的有效性，采用IEEE14系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，其系統(tǒng)圖和通信拓?fù)鋱D如圖 1 所示，發(fā)電機(jī)單元接入1、2、3和6號節(jié)點(diǎn);柔性負(fù)荷單元接入5、9和10號節(jié)點(diǎn);風(fēng)力發(fā)電機(jī)接入8號節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)均為純負(fù)荷。在通信網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)1-4分別表示發(fā)電機(jī)G1- G4，節(jié)點(diǎn)5-7分別表示柔性負(fù)荷D1- D3。

由于系統(tǒng)的收斂性與αi 和aj 無關(guān)，設(shè)定αi = aj =0?？稍偕茉唇Y(jié)合儲能設(shè)備可維持其輸出功率在一定時(shí)間內(nèi)恒定，設(shè)置其功率100MW。系統(tǒng)基礎(chǔ)純負(fù)荷為700MW，ε =0.001。各機(jī)組的參數(shù)如表1所示。采用集中式方法優(yōu)化調(diào)度時(shí)，該系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度最優(yōu)解為λ=7.244$/MW。在一致性迭代調(diào)度中選G2和D2為領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)。

5 結(jié)論

本文從分布式優(yōu)化的角度來解決微電網(wǎng)中的經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題，使用一致性算法，智能體節(jié)點(diǎn)僅與相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交換，對通信網(wǎng)絡(luò)的要求較低，避免了傳統(tǒng)集中控制信息處理量過大的問題。此外，創(chuàng)新地綜合考慮了通信延時(shí)和柔性負(fù)荷同時(shí)存在的情形。仿真結(jié)果表明該方法在系統(tǒng)拓?fù)湫诺啦环€(wěn)定時(shí)，能夠?qū)Ψ植际诫娫从泄β蔬M(jìn)行合理分配，在實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的同時(shí)也能很好地應(yīng)對系統(tǒng)通信延時(shí)的問題。最后，在以后的研究中，可以將經(jīng)濟(jì)成本之外的多種目標(biāo)函數(shù)和除功率外的其他約束條件考慮進(jìn)來，以便補(bǔ)全和完善微電網(wǎng)調(diào)度策略研究。

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