一种虚拟电厂分布式电源优化聚合方法及系统与流程

1.本发明涉及电网技术领域，具体涉及一种虚拟电厂分布式电源优化聚合方法及系统。


背景技术：

2.近年来，虚拟电厂得到了业内的广泛关注与研究，它借助先进的信息化通信技术以及软件系统实现分布式的发电、可控的负荷和储能系统等能源资源的有效聚合。在虚拟电厂中，关键性技术包括了协调控制的技术、信息通信的技术和智能计量的技术等，它为配电网以及输电网实现了现代化管理与辅助服务的手段。此技术目前得到了迅速发展，也取得了一定的成果，而其具有着巨大的发展潜力，仍然还需要不断加强研究。
[0003]“互联网 ”是互联网成果和社会各个领域实现深度融合的形式，要求积极推动技术的进步、组织的变革和效率的提升，促进实体经济的创新力以及生产力提升，从而形成基于互联网的社会经济发展的新形态。实现互联网和智慧能源的有效结合，是促进能源生产以及消费模式的革命，对提升能源的利用效率和实现节能减排的效果，以及提升电力系统安全稳定性具有重要的意义，而虚拟电厂的技术就是互联网和能源管理的融合体现。同时在虚拟电厂的运行过程中，信息传输起到了举足轻重的作用，信息传输的速度在一定程度上影响了虚拟电厂的聚合效果。


技术实现要素：

[0004]
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的在虚拟电厂的运行过程，信息传输的速度在一定程度上影响了虚拟电厂的聚合效果的问题，从而提供一种虚拟电厂分布式电源优化聚合方法及系统。
[0005]
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0006]
第一方面，本发明实施例提供一种虚拟电厂分布式电源优化聚合方法，包括：以总通信时间最短为目标，以备选用户是否参与聚合作为决策变量，对已建立的通信网络的多叉树模型进行优化，得到多叉树优化模型；由多叉树优化模型，确定虚拟电厂的聚合用户。
[0007]
在一实施例中，建立通信网络的多叉树模型的过程，包括：确定在传输过程中，通信网络中的任意两个传输节点上的处理时延及排队时延；以及令任意两个传输节点的信道长度等于这两个传输节点地理位置上的距离；令任意两个传输节点间数据帧长度相同；获得虚拟电厂的控制中心位置；将目前电网已有的通信结构，抽象成网状结构图，得到通信结构图；基于通信结构图，并根据现有的信息中心与用户之间的关系，建立能够表示通信结构图的多叉树模型。
[0008]
在一实施例中，以总通信时间最短为目标，以备选用户是否参与聚合作为决策变量，对多叉树模型进行优化的过程，包括：对于多叉树模型每层每个节点进行标记，得到每个节点在多叉树模型中的位置；将多叉树模型中的分支节点的是否参与虚拟电厂标记置位，根据虚拟电厂的额定容量配额，将多叉树模型中部分叶子节点的是否参与虚拟电厂标
记置位，将剩下的叶子节点的是否参与虚拟电厂标记置空；基于多叉树模型及每个节点在多叉树模型中的位置，依次遍历所有拥有是否参与虚拟电厂标记被置空的叶子节点，并在遍历每个叶子节点的过程中，依据当前最大通信时延，修改当前遍历的叶子节点的是否参与虚拟电厂标记。
[0009]
在一实施例中，在遍历每个叶子节点的过程中，依据当前最大通信时延，修改当前遍历的叶子节点的是否参与虚拟电厂标记的过程，包括：计算当前所遍历的叶子节点的通信时延；将当前所遍历的叶子节点的通信时延与当前最大通信时延比较；当当前所遍历的叶子节点的通信时延比当前最大通信时延小时，则将当前所遍历的叶子节点的是否参与虚拟电厂标记置位，将具有当前最大通信时延的叶子节点的是否参与虚拟电厂标记置空；在已经遍历的叶子节点的通信时延、拥有初始被置位的是否参与虚拟电厂标记的叶子节点的通信时延中，选取最大通信时延作为遍历下一叶子节点的当前最大通信时延。
[0010]
在一实施例中，由多叉树优化模型，确定虚拟电厂的聚合用户的过程，包括：将多叉树优化模型中拥有被置位的是否参与虚拟电厂标记置位的叶子节点，作为虚拟电厂的聚合用户。
[0011]
在一实施例中，将节点的是否参与虚拟电厂标记置位，以表示该节点参与虚拟电厂；将节点的是否参与虚拟电厂标记置空，以表示该节点不参与虚拟电厂。
[0012]
第二方面，本发明实施例提供一种虚拟电厂分布式电源优化聚合系统，包括：模型优化模块，用于以总通信时间最短为目标，以备选用户是否参与聚合作为决策变量，对已建立的通信网络的多叉树模型进行优化，得到多叉树优化模型；确定模块，用于由多叉树优化模型，确定虚拟电厂的聚合用户。
[0013]
在一实施例中，模型优化模块包括：标记单元，用于对于多叉树模型每层每个节点进行标记，得到每个节点在多叉树模型中的位置；初始化单元，用于将多叉树模型中的分支节点的是否参与虚拟电厂标记置位，根据虚拟电厂的额定容量配额，将多叉树模型中部分叶子节点的是否参与虚拟电厂标记置位，将剩下的叶子节点的是否参与虚拟电厂标记置空；遍历单元，用于基于多叉树模型及每个节点在多叉树模型中的位置，依次遍历所有拥有是否参与虚拟电厂标记被置空的叶子节点，并在遍历每个叶子节点的过程中，依据当前最大通信时延，修改当前遍历的叶子节点的是否参与虚拟电厂标记。第三方面，本发明实施例提供一种计算机设备，包括：至少一个处理器，以及与至少一个处理器通信连接的存储器，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行本发明实施例第一方面的虚拟电厂分布式电源优化聚合方法。
[0014]
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行本发明实施例第一方面的虚拟电厂分布式电源优化聚合方法。
[0015]
本发明技术方案，具有如下优点：
[0016]
本发明提供的虚拟电厂分布式电源优化聚合方法及系统，以总通信时间最短为目标，以备选用户是否参与聚合作为决策变量，对已建立的通信网络的多叉树模型进行优化，得到多叉树优化模型；由多叉树优化模型，确定虚拟电厂的聚合用户。本发明在分层分区电网调控架构下，以通信时间最短为核心目标，建立一种以变形多叉树为结构的数学模型去描述电网的通信结构，并基于此求得聚合结果，从而从备选用户出发，更全面、直观的对分
布式电源进行优化聚合。
附图说明
[0017]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]
图1为本发明实施例提供的优化聚合方法的一个具体示例的流程图；
[0019]
图2为本发明实施例提供的多叉树模型的一个具体示例的拓扑图；
[0020]
图3为本发明实施例提供的多叉树模型的另一个具体示例的拓扑图；
[0021]
图4为本发明实施例提供的优化聚合方法的另一个具体示例的流程图；
[0022]
图5为本发明实施例提供的优化聚合系统的另一个具体示例的流程图；
[0023]
图6为本发明实施例提供的计算机设备一个具体示例的组成图。
具体实施方式
[0024]
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0026]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0027]
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0028]
实施例1
[0029]
在虚拟电厂的运行过程中，信息传输起到了举足轻重的作用，信息传输的速度在一定程度上影响了虚拟电厂的聚合效果。因此，为了解决如何选择适当的用户加入虚拟电厂这个问题，本发明实施例提供一种虚拟电厂分布式电源优化聚合方法，如图1所示，包括：
[0030]
步骤s11：以总通信时间最短为目标，以备选用户是否参与聚合作为决策变量，对已建立的通信网络的多叉树模型进行优化，得到多叉树优化模型。
[0031]
具体地，本发明实施例依据虚拟电厂的总信息中心、初级信息中心与用户之间的关系，建立通信网络的多叉树模型，该多叉树模型能够表示前述三者之间的通信关系。进一步地，本发明实施例建立通信网络的多叉树模型的过程，包括：
①
确定在传输过程中，通信
网络中的任意两个传输节点上的处理时延及排队时延；以及令任意两个传输节点的信道长度等于这两个传输节点地理位置上的距离；令任意两个传输节点间数据帧长度相同；获得虚拟电厂的控制中心位置；
②
将目前电网已有的通信结构，抽象成网状结构图，得到通信结构图；
③
基于通信结构图，并根据现有的信息中心与用户之间的关系，建立能够表示通信结构图的多叉树模型。
[0032]
具体地，本发明实施例根据上述步骤建立的多叉树模型的一个示例如图2所示，图2中，用户层可以为清洁能源、可控符合和储能系统等用户侧设备；各级信息中心是信息收集的前端，各级信息中心用于收集和储存用户侧的发电、用电、储能情况，用户的用电数据会实时传输给初级信息中心；总信息中心是所有信息收集和处理的中心，各级信息中心会将数据传输给总信息中心，总信息中心用于收集所有聚合商的信息，并对其进行统筹规划及资源调度，因此可以将总信息中心看做调度中心。图2中是以三层信息中心为例子，可根据实际情况对其层数进行调整，最终得到的聚合商是在用户层。具体地，本发明实施例以总通信时间最短为目标，在上述几种假设的前提下，以及在已知“任意两连通节点间的地理位置信息，任意两连通节点间的信道带宽，任意两连通节点间的信道传播速度”参数下，计算每个节点的通信时间，总通信时间为所有节点的通信时间的总和，目标函数如下所示：
[0033][0034]
式中，w(i,j)表示第i层的第j个节点的参与虚拟电厂的情况，例如：若该节点参与虚拟电厂，则w(i,j)＝1，若该节点不参与虚拟电厂，则w(i,j)＝0；t
tot
(i,j)表示第i层的第j个节点到虚拟电厂控制中心的通信时延，n表示多叉树模型第i层有n个节点，m表示多叉树模型有m层。
[0035]
本发明实施例利用发送时延、传播时延、处理时延及排队时延之和，作为节点的通信时延，计算公式如下：
[0036]
t
tot
＝t
send
t
spread
t
handle
t
line
(2)
[0037]
式中，t
send
为发送时延，t
spread
为传播时延，t
handle
为处理时延，t
line
为排队时延，其中，发送时延计算公式如式(3)所示，传播时延计算公式如式(4)所示。
[0038][0039]
式中，l
data
为数据帧长度，w
channel
为信道带宽。
[0040][0041]
式中，l
channel
为信道长度，v
channel
为信道传播速度。
[0042]
具体地，本发明实施例以备选用户是否参与聚合作为决策变量，即以w(i,j)为变量，利用遍历方法，确定每个叶子节点(用户层节点)的w(i,j)，其中，确定w(i,j)的约束条件为：
[0043]
(1)由于个体传输时间过长会导致影响整体的虚拟电厂工作效率，从个体传输时间上进行限制如下：
[0044]
0≤t
tot
≤t
max
(5)
[0045]
式中，t
max
为每次传输时间的上限值。
[0046]
(2)出于对虚拟电厂的统筹能力考虑，设置聚合用户总容量：
[0047][0048]
式中，n为根据实际情况设置的聚合容量。
[0049]
基于上述目标函数及约束条件，如图3所示，以总通信时间最短为目标，以备选用户是否参与聚合作为决策变量，对多叉树模型进行优化的过程，包括：
[0050]
步骤s21：对于多叉树模型每层每个节点进行标记，得到每个节点在多叉树模型中的位置。
[0051]
具体地，对于多叉树模型中每层每个节点的位置均进行标记，例如：对于第i层第j个节点，用(i,j)坐标表示其在多叉树模型中的位置。
[0052]
步骤s22：将多叉树模型中的分支节点的是否参与虚拟电厂标记置位，根据虚拟电厂的额定容量配额，将多叉树模型中部分叶子节点的是否参与虚拟电厂标记置位，将剩下的叶子节点的是否参与虚拟电厂标记置空。
[0053]
具体地，本发明实施例中以备选用户是否参与聚合作为决策变量进行优化求解，即将节点的是否参与虚拟电厂标记置位(w(i,j)＝1)，以表示该节点参与虚拟电厂；将节点的是否参与虚拟电厂标记置空(w(i,j)＝0)，以表示该节点不参与虚拟电厂。
[0054]
具体地，在本发明实施例建立的多叉树模型中，将总信息中心及各级信息中心作为分支节点，将用户层的备选用户作为叶子节点，由于总信息中心及各级信息中心必然要参与虚拟电厂，因此将分支节点的是否参与虚拟电厂标记置位，即令它们的w(i,j)＝1；然后根据额定容量配额n，选取并假设部分叶子节点参与虚拟电厂，令它们的w(i,j)＝1；将剩下的叶子节点的是否参与虚拟电厂标记置空，令它们的w(i,j)＝0。示例性地，以图2所示的多叉树模型为例，步骤s22的操作结果如图3所示。
[0055]
步骤s23：基于多叉树模型及每个节点在多叉树模型中的位置，依次遍历所有拥有是否参与虚拟电厂标记被置空的叶子节点，并在遍历每个叶子节点的过程中，依据当前最大通信时延，修改当前遍历的叶子节点的是否参与虚拟电厂标记。
[0056]
具体地，如图4所示，在遍历每个叶子节点的过程中，依据当前最大通信时延，修改当前遍历的叶子节点的是否参与虚拟电厂标记的过程，包括：
[0057]
步骤s31：计算当前所遍历的叶子节点的通信时延。
[0058]
步骤s32：将当前所遍历的叶子节点的通信时延与当前最大通信时延比较。
[0059]
步骤s33：当当前所遍历的叶子节点的通信时延比当前最大通信时延小时，则将当前所遍历的叶子节点的是否参与虚拟电厂标记置位，将具有当前最大通信时延的叶子节点的是否参与虚拟电厂标记置空。
[0060]
步骤s34：在已经遍历的叶子节点的通信时延、拥有初始被置位的是否参与虚拟电厂标记的叶子节点的通信时延中，选取最大通信时延作为遍历下一叶子节点的当前最大通信时延。
[0061]
具体地，本发明实施例根据节点间的连接关系，对t
tot
进行计算，并记录叶子节点的t
tot
最大值t
max
及其所在位置(i,j)，然后遍历所有初始w(i,j)为0的叶子节点，如果其t
tot
interconnect，简称pci)总线或扩展工业标准结构(extended industry standard architecture，简称eisa)总线等。通信总线402可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图6中仅用一条线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
[0076]
其中，存储器404可以包括易失性存储器(英文：volatile memory)，例如随机存取存储器(英文：random-access memory，缩写：ram)；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non-volatile memory)，例如快闪存储器(英文：flash memory)，硬盘(英文：hard disk drive，缩写：hdd)或固降硬盘(英文：solid-state drive，缩写：ssd)；存储器404还可以包括上述种类的存储器的组合。
[0077]
其中，处理器401可以是中央处理器(英文：central processing unit，缩写：cpu)，网络处理器(英文：network processor，缩写：np)或者cpu和np的组合。
[0078]
其中，处理器401还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(英文：application-specific integrated circuit，缩写：asic)，可编程逻辑器件(英文：programmable logic device，缩写：pld)或其组合。上述pld可以是复杂可编程逻辑器件(英文：complex programmable logic device，缩写：cpld)，现场可编程逻辑门阵列(英文：field-programmable gate array，缩写：fpga)，通用阵列逻辑(英文：generic array logic,缩写：gal)或其任意组合。
[0079]
可选地，存储器404还用于存储程序指令。处理器401可以调用程序指令，实现如本技术执行实施例1中的虚拟电厂分布式电源优化聚合方法。
[0080]
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行实施例1的虚拟电厂分布式电源优化聚合方法。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)、随机存储记忆体(random access memory，ram)、快闪存储器(flash memory)、硬盘(hard disk drive，缩写：hdd)或固降硬盘(solid-state drive，ssd)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
[0081]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。