计及通信传输条件的电-热耦合系统分布式优化调度方法研究

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以电-热耦合系统为代表的综合能源系统具有资源利用率高、环保效益好的特点,引发了新一轮的能源革命,是实现碳排放达峰后稳中有降的有效手段。电-热耦合系统可以利用供热系统的网管储能特性提高电力系统的灵活性,并改善可再生能源的消纳水平。电-热耦合系统中电力系统和供热系统分属于不同的公用事业公司,分别由电力调度中心(Electrical operator,EO)和供热调度中心(Heating operator,HO)进行独立控制、调度、优化、管理,因此传统的集中式优化算法不适合现实生产需求。分布式算法作为一种可替代方法,能够实现各能源主体独立调度的要求,保证数据的安全性和保密性。分布式算法能够满足现代无线通信传输网络的要求,在电热联合调度的每个协调调度时刻,EO和HO之间需要进行边界信息的交换,分布式算法的有效进行十分依赖于通信传输环境,受到通信成本、通信丢包和传输噪声的影响。对此,本文提出了计及通信传输条件的电-热耦合系统分布式优化调度方法,主要工作阐述如下:(1)由于通信资源是有限的,迭代计算过程中频繁的数据交换可能会导致通信资源紧张、数据传输阻塞。针对该问题,本文提出了一种考虑通信成本的电-热耦合系统分布式优化调度方法。分布式计算以交替方向乘子法(Alternative direction multiplier method,ADMM)为框架,数据交换过程嵌入通信审查机制,只有边界信息在两次迭代之间包含足够价值的信息量,才允许被传输至相邻区域。算例分析验证了嵌入通信审查机制的交替方向乘子法的有效性,并能减少通信次数和通信成本。(2)通信链路连接失败、通信丢包使边界信息更新不及时问题可能会导致算法不收敛、增加系统运行成本。针对该问题,本文提出了一种考虑通信丢包的电-热耦合系统分布式优化调度方法。通过将松弛Peaceman-Reachford分裂算法应用于原问题的拉格朗日对偶问题得到松弛交替方向乘子法(Relaxed ADMM,R-ADMM)。根据EO和HO的调度过程建立伯努利分布通信丢包模型,重构有损通信网络下的R-ADMM算法。算例分析验证了R-ADMM算法的有效性,并能有效提高计算效率和应对通信丢包的鲁棒性。(3)数据传输中产生的随机噪声干扰会导致算法不收敛、计算结果错误。针对该问题,本文提出了一种考虑传输噪声的电-热耦合系统分布式优化调度方法。通过引入修正步长和辅助变量,提出了加速交替方向乘子法(Accelerated ADMM,A-ADMM)。接下来研究了A-ADMM计算框架下EO和HO通信传输过程产生的多个噪声项,重构了随机噪声模型下的加速交替方向乘子法(Stochastic accelerated ADMM,SA-ADMM)算法。算例分析验证了SA-ADMM收敛的有效性,并能有效提高计算效率和应对传输噪声的鲁棒性。
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