一种考虑非理想通信情况的分布式多能系统滚动优化控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑非理想通信情况的分布式多能系统滚动优化控制方法，包括如下步骤：步骤1：在每个时间尺度Δτ初始时刻读取最新的RES功率和负载的预测数据；步骤2：根据步骤1中的信息进行Δτ时间尺度的滚动优化；步骤3：进入短时间尺度Δτ'动态调整部分，监控并更新数据；步骤4：判断预测值与真实值的偏差ΔP

【技术实现步骤摘要】
一种考虑非理想通信情况的分布式多能系统滚动优化控制方法


[0001]本专利技术涉及综合能源
，尤其是一种考虑非理想通信情况的分布式多能系统滚动优化控制方法。

技术介绍

[0002]可再生能源和清洁能源是减少传统化石燃料发电厂产生的污染物的有效方法。目前，越来越多的政府致力于推动和建设综合多能源系统(integrated energy system，IMS)实验项目，实现RES和清洁能源的综合利用。IMS可分为跨区域系统和区域系统。与电力系统类似，这些系统的结构可以是集中式的，也可以是分布式的。分布式IMS可以提高系统的效率和可靠性，降低传输损耗。DIMS通常由天然气系统、热力系统、电网系统等组成。可广泛应用于分布式RES的消耗、平衡电动汽车接入造成的电网波动、清洁能源的高效利用等方面。利用不同的策略和优化方法来优化DIMS的运行已经有了很多的研究。有研究提出了一种基于神经动力学的分布式优化策略，该策略在考虑各种耦合等式和不等式约束的情况下，满足收敛速度和计算复杂度的要求，以求得IES中实际年效益的最大值。有学者提出一种新的优化调度方法，建立了一个考虑工业生产过程的可拓能源枢纽模型，该方法可提高工业园区DIMS的能源效率和运行经济性。有研究人员考虑可再生能源和负荷的随机性，研究了无模型分层学习的多区域IMS动态能源调度优化方法。然而，对RES和负荷的预测往往与实际情况不一致，影响了系统的高效稳定运行。修正预测模型可以提高预测精度来解决这一问题，改进调度模型也可以减少RES和负荷的不确定性带来的负面影响。也有研究着力建立日前调度模型和实时调度模型，分别对冷、电系统采用不同时间尺度的调度方案，平滑热电联产机组的可再生能源供应波动。同时，模型预测控制(MPC)已经成功地应用于许多电力系统领域，一些研究者已经将MPC应用于IMS。针对电网的负荷经济调度和负荷频率控制问题，有文献提出了一种分布式经济模型预测控制策略。除了RES和负荷的不确定性外，IMS的能量流传输过程与传统电网有显著不同。IMS中的热网络具有能量流传输存在明显延迟的特点。在短期范围内调度过程中，该特性不能被忽略，会导致调度结果亚优。虽然考虑了热网的动态传输特性，但这些策略仅适用于集中式IMS，不适用于分布式系统。除了以上两点，信息网络对IMS的影响也不容忽视。众所周知，随着信息通信技术的发展，智能电网已经成为一个信息物理融合系统。作为智能电网的延伸，IMS信息和通信网络对物理系统的优化运行策略有着重要的影响，尤其是在分布式控制策略方面。现阶段，有文献研究了存在通信延迟的微电网分布式能量管理问题(EMP)。有文献研究了一种分布式R
‑
ADMM算法，用于综合电加热系统(IEHS)经济调度中防止通信丢包。现阶段，关于信息系统状态对IMS实时调度策略影响的研究较少，也有一些学者研究了一些针对智能电网的创新鲁棒优化算法。协同一致算法(CCA)是解决电网分布式优化问题的经典算法，是众多分布式算法中较为简单高效的算法。有研究提出了一种基于CCA和区块链的混合算法，可以显著提高事务吞吐量和计算效率。但是，该算法的鲁棒性并没有明显提高。更进一步的，为了防御网络攻击，有研究人员对CCA算
法进行了更深层次的理论扩展。然而，该算法在智能电网中的具体应用还需要与电网理论进一步结合。与主电网相比，分布式电网的经济调度面临三大挑战。第一个是如何应对可再生能源发电和负荷需求的不确定性。在DIMS中，RES的渗透水平可能远远高于主网格。其次，在一个DIMS中有两种类型的负载需求，它们在某种程度上是不稳定的，并且相互耦合。最后，考虑到DIMS信息物理系统的特点，在信息通信网络中，非理想条件对实时最优调度策略的影响不容忽视。因此，DIMS中的能源调度应具有对可再生能源发电量和负荷需求的快速波动做出及时响应的能力，并具有在非理想通信条件下实现最优调整的稳健优化能力。现有的MPC研究大多不能应用于DIMS的实时经济调度。此外，在信息系统受到干扰的情况下，现有的方法不能提高系统的弹性。
[0003]然而，目前随着电网信息物理复杂度的不断提高，对于如何构建以综合能源利用为核心的区域多能系统，以及打造电网信息物理系统的核心枢纽节点，实现能源流、数据流和业务流的有机融合的需求日益增加。因此，充分考虑能源信息物理系统中通信条件对物理系统运行影响十分必要。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种考虑非理想通信情况的分布式多能系统滚动优化控制方法，能够解决分布式决策系统中的不确定性和能量流延迟特性问题，通过改进CCA算法，该策略可以获得非理想通信条件下的最优解。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种考虑非理想通信情况的分布式多能系统滚动优化控制方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1：在每个时间尺度Δτ初始时刻读取最新的RES功率和负载的预测数据；
[0007]步骤2：根据步骤1中的信息进行Δτ时间尺度的滚动优化，得到关键计算结果；
[0008]步骤3：进入短时间尺度Δτ'动态调整部分，监控并更新数据；
[0009]步骤4：判断预测值与真实值的偏差是否超过阈值ξ
i
，如果跳到步骤5，否则跳到步骤6；
[0010]步骤5：执行大时间尺度滚动优化的计算结果；
[0011]步骤6：根据最新更新的数据，考虑非理想通信条件对优化策略的影响，进行动态调整优化，并调整策略；
[0012]步骤7：更新时刻，τ'＝τ'+Δτ'；
[0013]步骤8：如果时刻τ'到达下一个时间间隔τ+Δτ，跳到步骤1，否则跳到步骤3。
[0014]优选的，步骤2中，根据步骤1中的信息进行Δτ时间尺度的滚动优化，得到关键计算结果具体为：
[0015](1)目标函数；
[0016]滚动优化的时间尺度为小时级，滚动优化的目标函数以注入能量枢纽的外部电网电功率和气功率为控制变量，以一天内的运行成本最优为控制目标，具体的目标函数如下公式：
[0017][0018]其中，c
e
,c
g
分别是传统发电方式所需要的环境成本和天然气产能所需要的成本，分别是τ时段的电价和气价，分别是τ时段注入能量枢纽的电和气功率，E
i
是能量枢纽中机组运行状态变化的惩罚函数，分别是各机组的τ时刻和τ
‑
1时刻的运行状态，处于停机状态时为0，处于运行输出/输入状态时为1，N
T
是将一天划分为时间间隔为Δτ的时段个数，τ
s
滚动调度的初始时刻，S是储能设备的集合，Ω是热电联产机组CHP和燃气炉GB的集合，F是系统运行的总成本；
[0019](2)约束条件；
[0020]约束条件包括：能量枢纽的能量转化矩阵，热电联供系统的能量供需平衡约束以及系统运行的安全约束条件：(a)能量枢纽能量转化矩阵，(b)热电联供系统的平衡约束。
[0021]优选的，(a)能量枢纽能量转化矩阵
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑非理想通信情况的分布式多能系统滚动优化控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：在每个时间尺度Δτ初始时刻读取最新的RES功率和负载的预测数据；步骤2：根据步骤1中的信息进行Δτ时间尺度的滚动优化，得到关键计算结果；步骤3：进入短时间尺度Δτ'动态调整部分，监控并更新数据；步骤4：判断预测值与真实值的偏差ΔP
iτ'
是否超过阈值ξ
i
，如果ΔP
iτ'
≤ξ
i
，跳到步骤5，否则跳到步骤6；步骤5：执行大时间尺度滚动优化的计算结果；步骤6：根据最新更新的数据，考虑非理想通信条件对优化策略的影响，进行动态调整优化，并调整策略；步骤7：更新时刻，τ'＝τ'+Δτ'；步骤8：如果时刻τ'到达下一个时间间隔τ+Δτ，跳到步骤1，否则跳到步骤3。2.如权利要求1所述的考虑非理想通信情况的分布式多能系统滚动优化控制方法，其特征在于，步骤2中，根据步骤1中的信息进行Δτ时间尺度的滚动优化，得到关键计算结果具体为：(1)目标函数；滚动优化的时间尺度为小时级，滚动优化的目标函数以注入能量枢纽的外部电网电功率和气功率为控制变量，以一天内的运行成本最优为控制目标，具体的目标函数如下公式：其中，c
e
,c
g
分别是传统发电方式所需要的环境成本和天然气产能所需要的成本，分别是τ时段的电价和气价，分别是τ时段注入能量枢纽的电和气功率，E
i
是能量枢纽中机组运行状态变化的惩罚函数，分别是各机组的τ时刻和τ
‑
1时刻的运行状态，处于停机状态时为0，处于运行输出/输入状态时为1，N
T
是将一天划分为时间间隔为Δτ的时段个数，τ
s
滚动调度的初始时刻，S是储能设备的集合，Ω是热电联产机组CHP和燃气炉GB的集合，F是系统运行的总成本；(2)约束条件；约束条件包括：能量枢纽的能量转化矩阵，热电联供系统的能量供需平衡约束以及系统运行的安全约束条件：(a)能量枢纽能量转化矩阵，(b)热电联供系统的平衡约束。3.如权利要求2所述的考虑非理想通信情况的分布式多能系统滚动优化控制方法，其特征在于，(a)能量枢纽能量转化矩阵
能量枢纽实现不同能源的转化，将外部电网的电能和气网的化石能源通过内部机组，转化成功能量枢纽下层网络消耗的电能和热能，η
T
是电力变压器的转换效率；η
CHP,E
是CHP机组的电能转化效率；η
CHP,H
是CHP机组的热能转化效率；η
GB
是燃气锅炉的热转化效率；ν是天然气给CHP供气量的占比；P
eτ
是能量枢纽的电输入功率；是能量枢纽的气输入功率；是电储能的充/放电功率；和是蓄热罐的充放电功率；是光伏出力；是集热器的输出功率；和是能量枢纽的电输出和热输出；c是能量枢纽转化矩阵的参数矩阵；P是输入功率矩阵；S是储能设备的充放电功率矩阵；R是新能源出力矩阵；L是输出矩阵；(b)热电联供系统的平衡约束将热网看作是流体网络，传输热媒的管道看作支路，将热源、热用户和管道的连接点为节点，热网模型共包含节点流量平衡、节点功率融合、负荷取用特性、供回水温度约束和管段传热特性5个部分，热网中首先存在着节点流量平衡和节点功率融合，热网中管道的流量和管段起止端的温度需要满足以下等式条件：F＝[f
1 f2ꢀ…ꢀ
f
b
]
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式中：和分别为热网的上、下关联矩阵；F为流量列向量；f
i
(i＝1,2,
…
b)为第i支路的热媒流量；节点功率融合：节点功率融合：式中：T
SF
和T
EF
分别为由管段始、末温度和流量组成的列向量；T
si
和T
ei
分别为第i根管道的起始温度和末端温度，其中i＝1,2,
…
b；节点处发生功率融合后，该节点的温度和流出该节点的热媒的温度相等，得到等式：T
ni
＝T
s1,i
＝T
s2,i
＝
…
＝T
sk,i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)式中：T
ni
为第i个节点的温度；T
s1,i
，T
s2,i
，T
sk,i
为所有与第i个节点直接相连，并且热媒流出该节点的管段的起始温度；热网采用量调节、质调节和混合调节的方式进行负荷节点的温度调节，热网采用质调节方式，热媒的运行流量固定，热源节点的供、回水管段温度与EH输出热功率的关系满足以
下方程：Q
sn
＝cm
n
(T
rn
‑
T
sn
)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，胡云龙，居佳琪，顾欣，成硕，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：