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
【技术领域】
[0001] 本发明总体上设及电网，更具体地讲，设及利用分布式处理估计电网中的潮流。
【背景技术】
[0002] 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（OP巧 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W及电网中的母线的电压W使发电成本最小化。OPF对 电网的可靠运行很关键。
[000引 OPF难W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W确保全局最优解。OPF是在发电、所有母线中的电压W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。
[0004] 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。运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）。
[0005] 另一方法基于半正定规划（SD巧松弛使用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。
[0006] 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。
[0007] 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W分布式方式参与求解OPF 问题。
[0008] 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 p;roblem"(IE邸第 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（SD巧求解OPF问题，W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W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。
[0009] 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，参见化11' Anese等人的 "Distributed optimal power flow for smart mic;rog;rids"(IE邸智能电网会刊，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。
[0010] 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。在运两种方法中，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】
[0011] 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（OP巧的方法。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。
[0012] 局部变量表示：其电压和功率变量；W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W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。
[0013] 各个代理向其邻近代理通信：（i)其电压和功率W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W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。
[0014] 所述方法将电网表示成图形，所述图形被分割为虚拟子图形。与现有技术不同，子 图形的顶点（也被称作节点）无需表示真实物理组件（即，与真实物理发电机关联的母线 和真实负载）。也就是说，所述分割步骤可从真实组件生成虚拟组件，即，虚拟发电机或虚拟 负载。运有利于求解例如单个发电机连接到多个负载等时的OPF问题（其无法通过其它方 法来处理）。
[0015] 所述方法可使用两个不同的实施方式。在一个实施方式中，各个虚拟子图形仅包 括与一个代理关联的一个母线。所述代理共享电压并且估计通过传输线路连接的邻近母线 的电压。
[0016] 在另一实施方式中，虚拟子图形包括至少两个母线，各个虚拟子图形与一个代理 关联。仅针对连接虚拟子图形的母线估计潮流。
【附图说明】
[0017] 图IA是根据本发明的实施方式的电网中的母线和关联的代理的框图；
[0018] 图IB是根据本发明的实施方式的利用基于一致性的分布式处理来估计电网中的 最优潮流（OP巧的方法的框图；
[0019] 图IC是根据本发明的实施方式的具有=个发电机并且分割为两个虚拟子图形的 网络的框图；
[0020] 图2是根据本发明的实施方式的具有两个发电机和一个负载网络并且利用虚拟 发电机和虚拟负载分割为两个虚拟子图形的网络的框图；
[0021] 图3是根据本发明的实施方式的具有两个发电机和一个负载网络并且利用两个 虚拟负载分割为两个虚拟子图形的网络的框图；
[0022] 图4是根据本发明的实施方式的具有一个发电机和两个负载并且利用虚拟负载 和虚拟发电机分割为两个虚拟子图形的网络的框图；
[0023] 图5是根据本发明的实施方式的求解分散式OPF问题的一般情况的框图，其利用 虚拟子图形方法将各个虚拟子图形与局部子OPF问题关联；W及
[0024] 图6是根据本发明的实施方式的求解分散式OPF问题的具体情况的框图，其利用 直接方法将各个母线与局部子OPF问题关联。
【具体实施方式】
[00巧]本发明的实施方式提供了一种利用基于一致性的分布式处理用于电网中的最优 潮流（OP巧的方法。
[0026] 电网表示
[0027] 如图IB所示，我们将电网建模成图形Pr，巧50,其中顶点集JT包括电网中的所 有母线，顶点之间的链路e是连接母线的高架或地下传输线路。
[0028] 各个母线;:授JT可连接到发电机或负载。连接到发电机的母线集合被表示成 ^满"。为了方便，连接到发电机的母线被称为发电机母线。没有任何发电机的母线被 称为负载母线。我们使用i~j来表示母线i连接到母线j