虚拟电厂分层-分散式多目标追踪方法及系统与流程

1.本发明涉及电力系统运行和控制技术领域，尤其涉及一种虚拟电厂分层-分 散式多目标追踪方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先 技术。
3.可再生分布式能源渗透率逐年提高，为促进其消纳与安全可靠并网，将多元 分布式能源组织为虚拟电厂是实现其有效调控的方式之一。具体来说，虚拟电厂 能够控制其内部分布式能源协调运行，且对分布式能源的地理位置等没有特定的 要求，是一种灵活性强、适应度高、经济性好的分布式能源调控方式，非专利文 献1便利用虚拟电厂进行调峰调频服务。
4.虚拟电厂并入上级电网接受上级电网的调度指令，准确追踪上级电网调度指 令是虚拟电厂优化目标之一。当前，虚拟电厂调控其内部分布式能源出力以追踪 优化目标的方式有集中式、分布式和分散式。非专利文献2中辨识采用集中式目 标追踪方法，然而集中式目标追踪方法面临单点故障的威胁，其可靠性较弱。分 布式和分散式是当前普遍较为倾向的实现方式。但传统的分布式和分散式的目标 追踪方法存在着速度较慢，且不能充分考虑多个优化目标，对多运行目标运行的 追踪和响应效果不理想的缺陷。因此，虚拟电厂如何高效、高精度实现多目标优 化并追踪多目标优化结果成为现有虚拟电厂目标优化过程中亟待解决的问题。
5.【非专利文献1】李嘉媚,艾芊,殷爽睿.虚拟电厂参与调峰调频服务的市场 机制与国外经验借鉴[j].中国电机工程学报,2022,42(1):19。
[0006]
【非专利文献2】王志军，刘明波，谢敏.含高光伏渗透配电网最优潮流的 分散式鞍点动态求解[j].中国电机工程学报，2019，39(02)：459-468 643。


技术实现要素：

[0007]
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种虚拟电厂分层-分散式 多目标追踪方法及系统。多目标追踪模型包含对上级电网指令的准确响应目标和 自身经济运行目标。分层-分散式架构中，上层为虚拟电厂控制中心，下层为各 可控分布式能源本地控制器。由虚拟电厂控制中心制定协调信息广播给各分布式 能源本地控制器，然后，各分布式能源本地控制器独立、并行制定本地控制决策 并进行控制。算法实现基于拉格朗日梯度下降法，最终给出虚拟电厂分层-分散 式多目标追踪方法的实现步骤。
[0008]
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
[0009]
本公开第一方面提供了一种虚拟电厂分层-分散式多目标追踪方法，包括以 下步骤：
[0010]
采集分布式能源的目标参数；
[0011]
利用目标参数建立多目标追踪的目标函数；
[0012]
根据多目标追踪的目标函数实施多目标追踪，判断对上级电网调度指令响应 状态和衡量自身运行状态；
[0013]
基于上级电网调度指令响应状态和自身运行状态更新协调信号。
[0014]
进一步的，分布式能源的目标参数包括：上级电网的有功功率需求值、虚拟 电厂实际向上级电网注入的有功功率、每个参与调度的分布式能源输出有功功率 和无功功率。
[0015]
进一步的，多目标追踪的目标函数为：
[0016][0017]
式中：变量的上标t表示t时刻；p
it
、为连接于节点i的分布式能源输出有 功功率和无功功率设定值；变量的下标i为节点标号；公式中第一项为经济性目 标，第二项和第三项为响应上级电网调度指令目标；为虚拟电厂与上级电网连 接点的实际功率向量，为上级电网对虚拟电厂的调度指令向量；c1和c2为权 重系数。
[0018]
进一步的，所述多目标追踪的目标函数的约束条件为：分布式能源输出功率 可调范围约束、安全约束以及网络约束。
[0019]
进一步的，协调信号一旦更新，立即执行。
[0020]
本公开第二方面提供了一种虚拟电厂分层-分散式多目标追踪系统，包括：
[0021]
参数采集模块，被配置为采集分布式能源的目标参数；
[0022]
建立目标函数模块，被配置为利用目标参数建立多目标追踪的目标函数；
[0023]
多目标追踪模块，被配置为根据多目标追踪的目标函数实施多目标追踪，判 断对上级电网调度指令响应状态和衡量自身运行状态；
[0024]
协调信号更新模块，被配置为基于上级电网调度指令响应状态和自身运行状 态更新协调信号。
[0025]
进一步的，还包括虚拟电厂控制中心和可控分布式能源本地控制器，虚拟电 厂控制中心用于接收调度指令并传递至各可控分布式能源本地控制器。
[0026]
更进一步的，虚拟电厂控制中心还用于接收调度指令响应反馈以及自身运行 状态反馈。
[0027]
本公开第三方面提供了一种介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时 实现如本公开第一方面所述的虚拟电厂分层-分散式多目标追踪方法中的步骤。
[0028]
本公开第四方面提供了一种设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并 可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第一方面所 述的虚拟电厂分层-分散式多目标追踪方法中的步骤。
[0029]
上述本发明的实施例的有益效果如下：
[0030]
本发明提出的虚拟电厂分层-分散式多目标追踪方法，其优点是充分考虑了 虚拟电厂运行中非单一优化目标的现状，能够同时满足对多个运行目标的追踪和 响应。采用分层-分散式追踪架构和模式，可以减小每部分需要处理的问题规模。 协调变量与控制决策的解耦计算模式，加快了单次控制速度。以上两点均加快了 目标追踪的速度。同时，本架构中引入了虚拟电厂运行状态的实时量测数据，可 以修正理论值的误差、提高准确性。
附图说明
[0031]
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明 的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0032]
图1为本发明实施例一中虚拟电厂分层-分散式多目标追踪方法的框架示意 图。
具体实施方式：
[0033]
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。 除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普 通技术人员通常理解的相同含义。
[0034]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限 制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出， 否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使 用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或 它们的组合；
[0035]
实施例一：
[0036]
本公开实施例一提供了一种虚拟电厂分层-分散式多目标追踪方法，如图1 所示，包括以下步骤：
[0037]
包括以下步骤：
[0038]
采集分布式能源的目标参数。
[0039]
优选的，分布式能源的目标参数包括分布式能源的目标参数包括上级电网的 有功功率需求值、虚拟电厂实际向上级电网注入的有功功率、每个参与调度的分 布式能源输出有功功率和无功功率。通过现有分布式能源出有功率量测装置对虚 拟电厂通信设备正常运行状态进行量测获得。
[0040]
利用目标参数建立多目标追踪的目标函数：
[0041][0042]
式中：变量的上标t表示t时刻；p
it
、为连接于节点i的分布式能源输出有 功功率和无功功率设定值；变量的下标i为节点标号；公式中第一项为经济性目 标，f
it
表示经济性目标函数。第二项和第三项为响应上级电网调度指令目标；为虚拟电厂与上级电网连接点的实际功率向量，为上级电网对虚拟电厂的调 度指令向量；c1和c2为权重系数。
[0043]
优选的，其公式(1)满足的约束条件为：
[0044]
1)分布式能源输出功率可调范围约束：
[0045][0046]
2)安全约束：
[0047][0048]
3)网络约束：
[0049]
v＝h(p,q)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0050]
式中：g分别表示连接有分布式能源的节点的集合；m为具有量测设备的节 点的集
合；和为节点i的节点电压电压幅值和其上下限；为连接于 节点i的分布式能源的输出功率可调节范围；v为虚拟电厂节点电压向量；p和q 分别为虚拟电厂节点注入有功功率和无功功率向量；式(4)为潮流方程。
[0051]
根据多目标追踪的目标函数实施多目标追踪，判断对上级电网调度指令响应 状态和衡量自身运行状态；基于上级电网调度指令响应状态和自身运行状态更新 协调信号。在本实施例中，自身运行状态为经济运行状况。
[0052]
优选的，执行下列步骤完成多目标追踪：
[0053]
步骤1：在t时刻，虚拟电厂控制中心接收上级电网的调度指令并根据自 身运行的经济性要求，构建包含多个目标的目标函数；
[0054]
步骤2：将虚拟电厂中可收集的量测信息实时传递给虚拟电厂控制中心。
[0055]
步骤3：虚拟电厂控制中心根据实时量测信息，根据目标函数中的后两项判 断对上级电网调度指令响应的准确度和根据目标函数中的第一项衡量此时的自 身运行状态。若对上级电网调度指令响应偏差大于容许值，或运行经济性较差， 或二者兼而有之，则启动更新协调信号。协调信号通过以下公式进行更新：
[0056][0057]
式中：proj
ω
{x}表示在域ω中找与x最接近的点；其中，x＝u
t
′
αδu
t
，|u|表 示协调信号u的维数；t
′
表示上一时刻；u
t
和u
t
′
分别表示t时刻和t
′
时刻的协调信 号，α为步长；δu
t
为根据t时刻接收到的量测信息衡量虚拟电厂运行状态并结合 上级电网调度指令制定的协调信号修正量。
[0058]
步骤4：将更新后的协调信号广播给各分布式能源本地控制器。
[0059]
步骤5：各分布式能源本地控制器接收本地的实时量测信息和协调信号，按 照以下公式更新所控制的分布式能源的输出功率。该输出功率一旦更新，即作为 控制指令控制分布式能源执行，改变其所连接节点的节点注入功率。
[0060][0061]
其中，为连接于节点i的分布式能源的输出功率可调节范围，要求分布式 能源输出功率设定值满足始终满足其时变的可调范围约束；为本地控制 器根据t时刻接收到的本地量测信息和协调信号u
t
所制定的分布式能源输出功率 修正量，其制定需要考虑公式中的经济性目标和相关网络运行安全约束。公式(3) 计算完成后，本地控制器无需与相邻控制器通信迭代至收敛，立即执行得到的输 出功率设定值。
[0062]
步骤6：完成了一次多目标追踪。然后回步骤1，继续循环步骤1-6，可以在 保证准确识别多目标中的目标是否发生变化的前提下，实现高效和高精度的追踪。
[0063]
实施例二：
[0064]
本公开实施例二提供了一种虚拟电厂分层-分散式多目标追踪系统，包括虚 拟电厂控制中心和可控分布式能源本地控制器，虚拟电厂控制中心用于接收调度 指令并传递至各可控分布式能源本地控制器，用于接收调度指令响应反馈以及自 身运行状态反馈。具
体的，虚拟电厂控制中心根据实时量测信息，判断对上级电 网调度指令响应的准确度和衡量此时的自身运行状态。
[0065]
还包括：参数采集模块、建立目标函数模块、多目标追踪模块和协调信号更 新模块。
[0066]
参数采集模块，被配置为采集分布式能源的目标参数；
[0067]
建立目标函数模块，被配置为利用目标参数建立多目标追踪的目标函数；
[0068]
多目标追踪模块，被配置为根据多目标追踪的目标函数实施多目标追踪，判 断对上级电网调度指令响应状态和衡量自身运行状态；
[0069]
协调信号更新模块，被配置为基于上级电网调度指令响应状态和自身运行状 态更新协调信号。
[0070]
实施例三：
[0071]
本公开实施例三提供了一种介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时 实现如本公开实施例一所述的虚拟电厂分层-分散式多目标追踪方法中的步骤， 所述步骤为：
[0072]
采集分布式能源的目标参数；
[0073]
利用目标参数建立多目标追踪的目标函数；
[0074]
根据多目标追踪的目标函数实施多目标追踪，判断对上级电网调度指令响应 状态和衡量自身运行状态；
[0075]
基于上级电网调度指令响应状态和自身运行状态更新协调信号。
[0076]
详细步骤与实施例一提供的虚拟电厂分层-分散式多目标追踪方法相同，这 里不再赘述。
[0077]
实施例四：
[0078]
本公开实施例四提供了一种设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并 可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例一所 述的虚拟电厂分层-分散式多目标追踪方法中的步骤，所述步骤为：
[0079]
采集分布式能源的目标参数；
[0080]
利用目标参数建立多目标追踪的目标函数；
[0081]
根据多目标追踪的目标函数实施多目标追踪，判断对上级电网调度指令响应 状态和衡量自身运行状态；
[0082]
基于上级电网调度指令响应状态和自身运行状态更新协调信号。
[0083]
详细步骤与实施例一提供的虚拟电厂分层-分散式多目标追踪方法相同，这 里不再赘述。
[0084]
以上实施例二、三和四的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体 实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理 解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介 质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器 执行本发明中的任一方法。
[0085]
本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算 机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而， 可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集 成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。 本发明不限制于任何特定的硬
件和软件的结合。
[0086]
本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算 机程序产品。因此，本公开可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件 方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用 程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上 实施的计算机程序产品的形式。
[0087]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域 的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内， 所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。