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基于事件触发的微网分布式经济调度策略.docx
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基于事件触发的微网分布式经济调度策略.docx
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微 电 网 是 未 来 智 能 电 网 的 关 键 组 成 部 分 , 它 是 一 个 集 分 布 式 发 电 机
(Distributed Generator,DG)、负荷、存储系统、能量转换装置于一体的小型电
力系统
[1,2,3,4,5]
。微电网系统中传统采用集中式控制,但集中式控制依赖中央处理
器,故障率高且通信成本高。因此,分布式控制更适合应用于微电网控制系统中,
例如文献[6]提出了新的分布式控制器,可用于孤岛微电网的二次频率和电压控
制。文献[7]通过分布式一致性算法自适应调节虚拟阻抗,实现了谐波功率分配
均衡。
随着能源战略的实施,电力系统中不断加入各种形式的新能源,使得经济调
度问题变的越来越复杂。微电网技术使电网运营商和电力公司能够以最经济的
方式调度发电资源。经济调度可优化在安全约束下的电能消耗,传统的经济调
度方式有粒子群算法
[8]
、遗传算法
[9]
等。随着智能电网中信息技术基础设施的
大规模部署,巨大的数据交换将使网络负载迅速失衡且耗尽网络资源,特别是在
电力调度方面,将会导致通讯网络拥堵。为减轻通信负担,事件触发方式逐渐被
广大研究人员应用于分布式控制中。文献[10]针对微电网中存在着频率偏差和
功率共享误差提出了一种基于事件触发的多级二次控制方法。文献[11]提出了
一种基于事件触发通信的动态协商算法来实现微电网中直流比例电流共享。本
文介绍了经济调度问题,在一致性算法的基础上提出了分布式事件触发方法和
事件触发条件,能够有效减少通信次数。在事件触发方式的基础上设计了事件
触发控制器,可实时控制微电网发电机运行,协调各电源出 力,实现了成本最小
化下的微网功率分配。
1 经济调度 问题
经济调度是关于若干发电设施的电力系统短期运行,在满足式(2)约束约束
下,以最低成本满足电网需求的总负荷。在电网中,成本函数发电计算式为
C
i
Pi=a
i
+b
i
P
i
+c
i
Pi2
(1)
式中,a
i
、b
i
、c
i
为第 i 个发电机发电的参数;P
i
是第 i 个发电机的输出功率。
假设发电机电网有 N 个发电机,最优功率输出调度的目标是将电网的整个成本
降至最低,即
min∑i∈SGCiPis.t.∑i∈SGCiPi=PDPimin≤Pi≤Pimax,i∈SG
(2)
式中,P
D
是电网负荷的总功率, Pimin 和 Pimax 表示第 i 个发电机的最小和
最大发电功率。
根据发电需求,微电网系统满足功率平衡如下
∑i=1NP
i
=P
D
(3)
2 分布式事 件触发 控制 方法
2.1 图论及 一致性算法
令 G=(V,E,A)表示含有 n 个节点的无向图,其中 V={v
1
,v
2
,…,v
n
}表示节点的
集合;E 表示边 的集合。若 (v
i
,v
j
)∈E,那么 v
i
与 v
j
称为是相邻的 。N
i
={j|(v
i
,v
j
)∈
E,j≠i}表示节点 v
i
的一阶邻居。邻接矩阵 A=[a
ij
]n×n 定义为:若(v
i
,v
j
)∈E,那么 a
ij
=1;
否则 a
ij
=0。由于在无向图 G 中,a
ij
=a
ji
,∀i≠j,所以 A 为对称阵。在无向图 G 中,度
矩阵 D=diag(d
1
,d
2
,…,d
n
)是一个对角阵,其中 d
i
表示节点 v
i
的邻居集 N
i
的势。矩
阵 L=D-A 称为与图 G 中一阶邻居信息对应的拉普拉斯矩阵。L 是对阵的半正
定矩阵,即 L=L
T
≥0,因此它的特征值都是非负实数,记为 λ
1
≤λ
2
≤…≤λ
n
。
令 x
i
代表节点 i 的状态变量,u
i
代表节点 i 的输入状态。通常各节点只与其
邻居节点相互通信,用一阶离散系统表示节点状态
x
i
k+1=x
i
k+u
i
k,i=1,2,…,n
(4)
节点与邻居节点可获取对方的状态,构造输入为
u
i
k= ∑j∈Nia
ij
xjk-xik
(5)
式中,a
ij
为节点连接图的邻接矩阵中的元素。
式(4)写成矩阵形式为
xk+1=Dxk
(6)
式中,x(k)为各节点第 k 次迭代的值,为系统的状态转移矩阵;D 构造成一种
随机矩阵,且满足矩阵行向量或列向量元素之和为 1。若状态转移矩阵 D 构造
为双随机对称矩阵,则系统一致收敛于平均值,即
xk= 1n∑j=1nx
i
0,i=1,2,…,n
(7)
为了保证系统的收敛,且对通信延时具有较强的鲁棒性,D 可根据文献[12]
中提出的 Metropolis 构造方法来设计 0
w
ij
= 1maxni,nj+1,j∈Ni1-∑j∈Niwij,i=j0,其他
(8)
式中,max(n
i
,n
j
)为本节点及相邻节点拥有邻居数的较大值。根据文献[13]可
知,若双随机矩阵 D 对角元素不为零,则延时对一致性收敛影响较小。收敛速度
与矩阵 D 的谱半径有关,谱半径越小,收敛速度越快,系统性能越好。
2.2 事件触 发分析
多智能体系统中每个智能体在无向图 G 中被称为节点,通信拓扑如图 1 所
示。为了减少通讯资源的使用,采用事件触发策略来解决分布式系统的一致性
问题,代理 i 的控制器事件触发算法如下
图 1
图 1 通信拓扑图
Figure 1. Communication topology
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