基于多智能體一致性與網(wǎng)損的智能電網(wǎng)調(diào)度

龔申健 劉致陽(yáng) 楊歆豪

摘 要：現(xiàn)有的智能電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性調(diào)度模型，缺乏對(duì)于網(wǎng)損與發(fā)電功率的動(dòng)態(tài)變化，提出基于網(wǎng)損的調(diào)度方式，有助于智能電網(wǎng)調(diào)度模型的改進(jìn)設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，采用多智能體一致性算法，分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)性調(diào)度過(guò)程。仿真結(jié)果證明在此網(wǎng)損模型下的一致性調(diào)度具有優(yōu)良的“即插即用”性能，該調(diào)度優(yōu)化能耗，對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷運(yùn)行隨動(dòng)能力強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)損耗；智能電網(wǎng)；多智能體；一致性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.089

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，作為國(guó)民能源產(chǎn)業(yè)核心的電力也在不斷更新以適應(yīng)社會(huì)，在此期間，智能電網(wǎng)漸漸概念具體化。智能電網(wǎng)在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)管理上集成一定的智慧與能力，從現(xiàn)在的技術(shù)發(fā)展上看，可以確定，能靈活控制的智能電網(wǎng)會(huì)是未來(lái)電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。

智能電網(wǎng)的發(fā)展，發(fā)電端主要考慮發(fā)電的穩(wěn)定性，經(jīng)濟(jì)性，而用戶(hù)端更注重電價(jià)以及電力的環(huán)保性使用。所以，為了實(shí)現(xiàn)雙贏，發(fā)電端除了保證電力輸送外，還需考慮能源利用的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能。

從如今中國(guó)的電力結(jié)構(gòu)上看，火電裝機(jī)量依然占據(jù)主導(dǎo)地位，為了優(yōu)化能源效益，電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度策略成為一項(xiàng)重要的研究。國(guó)內(nèi)外對(duì)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度做了許多研究，現(xiàn)主要采用的調(diào)度方式為集中式優(yōu)化調(diào)度，但唯一的控制中心與每個(gè)電力節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行通信，導(dǎo)致控制中心所需帶寬較高，且對(duì)系統(tǒng)連通度要求高，單點(diǎn)集中控制將工作匯聚，對(duì)控制中心運(yùn)算能力也是一種挑戰(zhàn)。相對(duì)于集中式，分布式控制方法效果更顯著，對(duì)于拓?fù)渚哂衅者m性，且穩(wěn)定性更好。[1]中提出物理與通信雙層分布式控制方法，構(gòu)造有向圖描述拓?fù)?，配置多種工作模式，可方便切換，按照貢獻(xiàn)度調(diào)整功率分布。[5]中利用分布式智能電網(wǎng)一致性算法與自定義虛擬一致性變量，依據(jù)不同發(fā)電設(shè)備的預(yù)測(cè)出力協(xié)同完成電網(wǎng)動(dòng)態(tài)調(diào)度。

無(wú)論是集中式還是分布式調(diào)度，均是在無(wú)網(wǎng)損的理想條件下建立的模型，而在現(xiàn)實(shí)電力網(wǎng)絡(luò)中，損耗能占到總功率的10%，無(wú)法忽視，因此本文把多智能體一致性算法與基于網(wǎng)損和等耗量微增率相結(jié)合，區(qū)域分布式管理發(fā)功率分布，用于提高智能電網(wǎng)的發(fā)電效益，優(yōu)化電網(wǎng)發(fā)電功率分配問(wèn)題。

1 基于網(wǎng)損的電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)模型

在某區(qū)域內(nèi)，存在N個(gè)火電廠(chǎng)，由電力系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)方程可知，火電發(fā)電耗量與輸出有功功率成二次函數(shù)關(guān)系，因此定義火電發(fā)電機(jī)組耗量函數(shù)為：

計(jì)及網(wǎng)損，將發(fā)電端傳輸線(xiàn)換算成γ型等值電路，各段電壓均劃歸為母線(xiàn)電壓。

各分布式電源發(fā)電端線(xiàn)路向一塊區(qū)域供電前，需要經(jīng)電力電子裝置、FACTS換流，傳輸線(xiàn)端又有無(wú)功補(bǔ)償器的使用，無(wú)功作用可忽略，因此只考慮有功線(xiàn)損在此簡(jiǎn)化損耗模型中適用，并且在分析負(fù)載時(shí)，用節(jié)點(diǎn)負(fù)荷表示該節(jié)點(diǎn)的有功消耗，節(jié)點(diǎn)負(fù)荷是從配電端到用戶(hù)端的總用戶(hù)負(fù)荷以及該小距離傳導(dǎo)的損耗。

由圖1等值電路可知，當(dāng)存在有功功率流經(jīng)線(xiàn)路時(shí)，產(chǎn)生的有功損耗部分有兩部分：

其中，分別表示發(fā)電機(jī)最小最大輸出功率。

3 多智能體系統(tǒng)一致性算法仿真分析

為了驗(yàn)證此算法有效性，選取小系統(tǒng)進(jìn)行算法分析，其拓?fù)鋱D2所示（電源間無(wú)阻空導(dǎo)線(xiàn)為發(fā)電設(shè)備通信線(xiàn)路，帶阻導(dǎo)線(xiàn)的阻值是等效到母線(xiàn)電壓的電阻），仿真分析算法是否滿(mǎn)足負(fù)荷的“即插即用”。

采用IEEE39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行算法分析，所選設(shè)備參數(shù)如表1所示。

算法仿真中，收斂因子取0.0005，離散時(shí)間步長(zhǎng)為0.01s，母線(xiàn)電壓為220kv。所得發(fā)電機(jī)狀態(tài)變量值變化規(guī)律如圖3：

在通信期間，發(fā)電機(jī)不斷調(diào)整出力適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，因此網(wǎng)絡(luò)的功率偏差也隨著改變，圖4為功率偏差量的變化：

細(xì)化分析，取初始0.5s分析并結(jié)合圖3的總體趨勢(shì)，探究狀態(tài)變量的變化規(guī)律，圖5為狀態(tài)變量細(xì)化分析圖：

動(dòng)態(tài)分析過(guò)程：最初始階段，由于發(fā)電機(jī)初始狀態(tài)值分布不平衡，由式（2-6）更新時(shí)，節(jié)點(diǎn)狀態(tài)值向節(jié)點(diǎn)狀態(tài)平均值收斂，大約在0.05s，變量已經(jīng)趨于一致約為9.5，但由于網(wǎng)絡(luò)功率未平衡，式（2-7）計(jì)算的功率偏差量仍然未達(dá)到收斂條件，因此狀態(tài)變量與發(fā)電功率根據(jù)收斂因子大小不斷向上調(diào)節(jié)，發(fā)電功率增加，產(chǎn)生損耗也增加，如此循環(huán)迭代，直到達(dá)到網(wǎng)絡(luò)收斂要求，收斂時(shí)間約為3s，最終一致性狀態(tài)變量為17.7。

在3s時(shí)，負(fù)載突然增加，測(cè)試其“即插即用”性能，圖6為 “即插即用”狀態(tài)變量變化圖：

圖7為“即插即用”功率偏差變化圖：

在系統(tǒng)初次一致后突然增加負(fù)載，系統(tǒng)約在3s內(nèi)重歸于一致，狀態(tài)變量均為22.57，收斂速度較快，滿(mǎn)足即插即用的要求。當(dāng)然，影響系統(tǒng)一致性變量收斂速度的有許多參量，比如通信步長(zhǎng)，收斂因子的選取，電網(wǎng)的通信結(jié)構(gòu)等等。

4 總結(jié)

本文提出的一種基于網(wǎng)損和等耗量微增率的，與多智能體一致性算法與相結(jié)合的分布式功率調(diào)度策略。經(jīng)過(guò)仿真，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)損約占總功率的8-15%，顯然損耗是不可忽略的，因此將考慮網(wǎng)損的類(lèi)等耗量微增率作為系統(tǒng)所控制的狀態(tài)變量，能使效益型調(diào)度策略的模型可行性有了進(jìn)一步的提升。結(jié)合分布式電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)行了該結(jié)構(gòu)的分布式算法分析，發(fā)現(xiàn)其滿(mǎn)足多負(fù)荷并聯(lián)的“即插即用”，并具有良好的收斂性質(zhì)，不會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的劇烈波動(dòng)，是適合當(dāng)下智能分布式電源的控制策略。

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作者簡(jiǎn)介：龔申?。?997-），男，江蘇南通人，本科在讀，主要研究方向：電氣控制與嵌入式。