[发明专利]一种自适应虚拟电厂分散式架构及其经济调度方法

说明书

本发明涉及电气工程及其自动化技术领域，本发明所提出的分散式经济调度方法具有自适应性，可以适应虚拟电厂中分布式资源的海量性、多变性的特点；步长计算方法的解耦性和分层分散式架构可以适应分布式资源的分散性特点，可实现分布式资源的即插即用，步长上界理论值的存在使得方法具有可靠的收敛性，同时，方法的自适应性可以有效解决海量分布式资源的经济调度问题；轻量化的设计分散了系统的计算和通信压力，显著提升虚拟电厂的运行效率和调节速度；提出了协调者单点故障时的托管处理方法，结合可支持分布式资源即插即用的特性，整个方法具有较高的容错性；参数的更新特点和分层的架构使得分布式资源的参数信息得以保护，具有隐私性。

技术领域

本发明涉及电气工程及其自动化技术领域，具体涉及一种自适应虚拟电厂分散式架构及其经济调度方法。

背景技术

随着电网规模的扩大和分布式能源资源(Distributed Energy Resource,DER)的渗透率日益增加，电力系统的安全可靠调节与经济运行越来越重要，合理、高效地管理DER，并使其参与电力系统的经济运行成为电力领域的研究重点和难点之一。虚拟电厂(VirtualPower Plant，VPP)借助先进控制、计量、通信等技术与管理机制，是聚合DER的理想组态形式。

现有的经济调度方法主要存在以下不足：(1)集中式的调度方式需要底层DER单元(DERU)上传各自的参数和约束，由中央控制器统一求解，得到最优方案后向各单元发送调度指令。由于DERU具有海量分散的特性，因而集中式方法对通信带宽和中央存储设备性能具有很高的要求；调度中心的单点故障也会造成系统瘫痪。并且需要上传底层的所有信息，不利于资源产权所有者的隐私保护。(2)随着智能体技术的发展，一些学者提出了分布式经济调度方法，将具有一定的计算和通信能力的DERU视为智能体(agent)。各智能体地位对等而无需调度中心，各单元与其邻居单元进行必要的信息交互后，综合其得到的信息进行独立决策，发挥了各单元的自主决策能力和个体智能，例如当前的典型方法——基于多智能体一致性的分布式经济调度方法，选取各智能体的出力边际成本为一致性变量，当各单元增量成本一致性满足时，即达到全域的经济性最优。现有技术中有提出基于leader-follower的电力系统分布式经济调度策略，但需leader在每次迭代中收集全域的有功功率缺额ΔP，这又会带来集中式问题，且迭代步长对收敛性能影响较大。此外，当迭代退出条件条件ΔP＝0满足而退出迭代时，每个智能体的边际成本不一定严格相等。现有文献还提出无需leader的完全分布式经济调度方法，但是需要DERU迭代初始时的出力总和等于目标量。上述分布式调度算法均需要各智能体的通信连接形成强连通图。所以实际应用中，初始化时和智能体退出运行时需要校验系统的连通性，以避免信息孤岛，从而会增加系统额外的工作量，不利于分布式资源的即插即用和系统的在线容错性。此外，因分布式调度算法的收敛速度严重依赖于通信拓扑结构的连通度，且达到收敛的迭代次数随DER规模的扩大而显著增加，在海量分布式资源的背景下的应用受限。(3)对于不依赖于所有DERU通信上构成强连通图的方法，现有文献提出了基于交替方向乘子法(ADMM)的分散式算法，无需智能体之间交换信息，有效地避免了信息孤岛，但是算法中的惩罚系数对收敛性影响较大，且不易确定地分析其影响，惩罚系数一般由试错得到，限制了其应用。此外，上述所有方法均依赖于DERU的成本函数是出力功率的二次函数，限制了方法的普适性。

发明内容

本发明的目的在于建立一种适用于聚合了海量分布式资源的虚拟电厂分散式经济调度方法和架构。本方法具有稳定的收敛条件和自适应调节的特性，可实现DERU的即插即用，本方法可处理协调者的单点故障问题，在提高计算和通信效率、保护了隐私的同时，也具有较强的容错性，本方法能适用于DERU的增量成本函数为一般单调增函数的情况，因此具有普适性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种自适应虚拟电厂分散式架构，包括Agent层、网关层、数据库、消息队列服务器、协调层和电网；