[发明专利]利用基于一致性分布式处理估计电网中的最优潮流的方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及电网，更具体地讲，涉及利用分布式处理估计电网中的潮流。

背景技术

电力网经由传输线和变电站从发电机向消费者(负载)分配电力。最优潮流(OPF)是在电网运行中要求解的关键问题。在发电限制、电压限制和传输线路热限制的约束下，OPF问题的解估计有功和无功发电以及电网中的母线的电压以使发电成本最小化。OPF对电网的可靠运行很关键。

OPF难以求解，因为该问题是非凸和非线性的。通常，由于相邻母线的电压之间的二次关系，非凸性难以确保全局最优解。OPF是在发电、所有母线中的电压以及传输线路热限制方面具有大量决策变量和约束的大规模优化问题。对于实际实现，需要降低求解该问题的计算复杂性。

实践中，通过用DC潮流问题(线性规划问题)近似AC潮流问题来避免求解OPF的困难。这种近似具有输电网可接受的精度水平，并且被许多独立系统运营商(ISO)使用。然而，DC潮流解对于配电网而言不够精确，无法满足智能电网的要求(包括可再生能源、分布式发电和存储)。

另一方法基于半正定规划(SDP)松弛使用AC OPF问题的全局最优解。即使在多个情况下可应对该问题的非凸性，但是集中式方法仍无法满足现代电网的要求。由于连接到电网的不同的、时变的并且易失性的负载和存储，集中式OPF问题的解应当反映电网的任何显著改变。

为了满足电网运行的实时要求，通常诸如区域输电运营商(RTO)和ISO的发电商每五分钟求解一次OPF问题。结果，大规模OPF问题需要集中式方法无法提供的效率和精度。

因此，大规模OPF问题的可扩展、快速求解使用分布式方法，其中OPF问题被分割为多个小规模子问题。各个子问题通过具有代理至代理通信能力的单个代理作为计算实体来求解。代理根据通信协议交换数据。因此，所有代理合作地以分布式方式参与求解OPF问题。

在一个分布式方法中，电网被分割为极大团，参见Lam等人的“Distributed algorithms for optimal power flow problem”(IEEE第51届决策和控制(CDC)年会，第430–437页，2012年)。该方法利用松弛的半正定规划(SDP)求解OPF问题，以凸化(即，近似)该问题。在问题的SDP松弛之后，该方法使用交替方向乘子法(ADMM)来以分布式方式求解凸化问题。凸化方法在收敛时无法确保提供最优潮流问题的可行点。

在另一方法中，各个母线被当作单独的代理，其维持相邻母线的电压的估计，并且通过使发电的局部成本和估计误差最小化来构造约化OPF问题，参见Dall’Anese等人的“Distributed optimal power flow for smart microgrids”(IEEE智能电网会刊，第4卷，第3期，第1464–1475页，2013年)。对各个代理的局部等式约束是各个母线的功率平衡方程，其中其它母线的电压变量由估计取代。当方法达到可行解时，所述估计收敛于真值。该方法还使用SDP松弛，然后使用对偶算法来进行分布式优化，其也无法确保OPF问题的可行点。

另外，所述方法仅考虑电网作为树建模的情况，并且那两种方法均使用极大团分解。在这两种方法中，用于表示电网的图形(graph)限于树结构，所述图形被分解为极大团。早前的图形和团中的节点和边缘仅表示电网的真实物理组件(例如，实际母线和传输线路)。

发明内容

本发明的实施方式提供了一种利用基于一致性(consensus)的分布式处理来估计电网中的最优潮流(OPF)的方法。该方法由代理执行，其中各个代理与电网的至少一条母线关联。各个代理与局部变量和一致性变量关联，所述一致性变量是各个局部变量的估计。

局部变量表示：其电压和功率变量；以及其邻近代理的电压和功率变量的估计。局部变量由代理利用局部优化问题来计算，所述局部优化问题使母线处的发电成本以及局部变量相对于其一致性变量的偏差最小化。所述优化问题受到局部功率平衡约束，其表示连接代理与其邻居的线路上的潮流。

各个代理向其邻近代理通信：(i)其电压和功率以及(ii)其邻近代理的电压和功率的一致性变量。各个代理应用一致性滤波器以更新其一致性变量。优化和通信的处理被重复，直至各个代理的局部变量和一致性变量收敛于容限内。