李潤生，費 淼

(遼寧科技學院 電氣與信息工程學院，遼寧 本溪117004)

以往對微網(wǎng)的優(yōu)化研究集中在微網(wǎng)獨立運行，不考慮微網(wǎng)與鄰近微網(wǎng)聯(lián)合運行。隨著配電網(wǎng)中分布式能源發(fā)電滲透率逐漸增加，區(qū)域配電網(wǎng)存在多個微網(wǎng)構成微網(wǎng)群。由于不同微網(wǎng)中發(fā)電設備種類和負荷特性的差異，導致微網(wǎng)存在出力與負荷不對等的情況，因此微網(wǎng)群中微網(wǎng)與鄰近微網(wǎng)進行通信和能源交互可以降低微網(wǎng)對大電網(wǎng)依賴，減少經(jīng)濟成本并增加區(qū)域電網(wǎng)供電的可靠性，同時有利于可再生能源消納[1]。進行能源交互的微網(wǎng)需要依賴通訊設備進行微網(wǎng)間信息交互和微網(wǎng)與交易市場中管理中心進行信息交互，從而實現(xiàn)微網(wǎng)的經(jīng)濟運行[2]。目前對鄰近傳感器間有信息交互的傳感器網(wǎng)絡分布式濾波問題的研究較少，其研究正處于起步階段[3]。

參考文獻[4]采用基于Send-on-Delta的事件觸發(fā)通信方式，減少系統(tǒng)測量值的傳輸，但上述算法在高噪聲的情況下效果并不是很好，為此參考文獻[5]提出了區(qū)域觸發(fā)、事件觸發(fā)的傳感器調(diào)度機制。特里姆佩等[6]提出了一種基于協(xié)方差的事件觸發(fā)策略，它具有精度高、離線操作等優(yōu)點，可以明顯地減少傳感器節(jié)點的能耗。在文獻 [7] 中，采用了基于創(chuàng)新的事件觸發(fā)方案，并設計了最小均方誤差濾波器以提高估計的準確性。文獻[8]采用了類似的機制來調(diào)度由事件觸發(fā)的傳感器，并將狀態(tài)估計問題與有限的測量值結合起來。韓多等[9]提出了一種由事件觸發(fā)的隨機傳感器調(diào)度機制，可以保持系統(tǒng)狀態(tài)的高斯特性。Weerakkody等[10]將此觸發(fā)機制擴展到多傳感器系統(tǒng)，并獲得了良好的估計結果。

在多能源交易市場中，系統(tǒng)呈現(xiàn)出一種非線性特征。對于非線性系統(tǒng)，非線性本身將影響傳感器性能，因此非線性系統(tǒng)濾波器的設計具有非常重要的意義。文章將傳感器裝置增設到多微網(wǎng)協(xié)作運行系統(tǒng)中，基于綜合能源背景下針對受丟包影響的網(wǎng)絡化非線性系統(tǒng)，設計事件觸發(fā)無跡卡爾曼濾波器。

1 可靠性濾波算法研究

含濾波器和傳感器的微網(wǎng)群結構中各微網(wǎng)通過電能傳輸線路和熱能傳輸線路進行電能和熱能交互，通過通信線路進行信息傳輸，通過傳感器和濾波器采集微網(wǎng)出力和負荷數(shù)據(jù)并傳輸數(shù)據(jù)。其中管理中心與各微網(wǎng)信息通信連接，收集各子微網(wǎng)電能剩余、電能需求和子微網(wǎng)各設備出力等信息，以此確定微網(wǎng)內(nèi)部交易電價并將價格信息傳輸至子微網(wǎng)能源管理系統(tǒng)。

對于事件觸發(fā)，引入變量建模測量值的傳輸，采用的觸發(fā)條件如下：

(1)

對于濾波器，在k時刻接收到的微網(wǎng)數(shù)據(jù)測量值可以表示為：

(2)

同時，在信息流沿著通信線路傳輸過程可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，數(shù)據(jù)丟失將影響管理中心對與多能源交易市場能源價格和各位網(wǎng)博弈微網(wǎng)經(jīng)濟性造成影響，對于數(shù)據(jù)包丟失的影響建模如下：

(3)

其中：閾值σ→∞；I為常系數(shù)矩陣；λk為標記數(shù)據(jù)包丟失情況。

考慮數(shù)據(jù)丟包與事件觸發(fā)組合，可表示為：

(4)

其中：?i為權重系數(shù)，其加和值為1；Lk+1和Kk+1均表示濾波器的增益系數(shù)。要說明的是，只有在數(shù)據(jù)包不丟失和觸發(fā)同時存在時，測量值yk才會用于濾波器的設計，即λk=1和γk=1。

此時，估計誤差協(xié)方差上界為：

(5)

針對多能源交易市場內(nèi)部各微網(wǎng)具有事件觸發(fā)傳感器的調(diào)度和數(shù)據(jù)丟包的非線性系統(tǒng)濾波算法表示見圖1。當閾值增大時濾波器的估計效果隨之下降。因此，降低通信率雖然可以降低丟包的影響，但會使濾波器的估計質(zhì)量下降。事件觸發(fā)方案減少測量值傳輸，降低網(wǎng)絡寬帶占用，使丟包現(xiàn)象降低。所以合理的閾值設計十分有必要，一般閾值設計在20以下，可避免出現(xiàn)發(fā)散情況。

圖1 算法流程圖

2 算法測試及數(shù)據(jù)分析

通過蒙特卡洛仿真分析可以得知，當閾值設計在20時，系統(tǒng)通訊率僅有15%。通信率的降低，可以降低系統(tǒng)的丟包現(xiàn)象發(fā)生。本文數(shù)據(jù)分析以35%丟包率的伯努利分布，可以計算對微網(wǎng)經(jīng)濟性的影響。微網(wǎng)購售電價為(0.5～1.5)元/kW，網(wǎng)間購售電價為0.75元/kW。調(diào)度周期為5分鐘。

從表中數(shù)據(jù)分析可知，文章應用算法控制閾值有效降低丟包率，可時微網(wǎng)降低因丟包而產(chǎn)生的經(jīng)濟損失，對微網(wǎng)運行和能源交易市場穩(wěn)定運行起到了積極作用，表1為應用算法與全通信率下微網(wǎng)經(jīng)濟性對比。

表1 應用算法與全通信率下微網(wǎng)經(jīng)濟性對比

3 結語

本研究將具有事件觸發(fā)傳感器調(diào)度和丟包的非線性系統(tǒng)的完整濾波算法應用到多微網(wǎng)協(xié)同運行的多能源交易市場中，降低系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟包率影響，可提高多能源交易市場的穩(wěn)定性。

在一般通信過程中，狀態(tài)量均方誤差滿足要求即認為濾波器是合格的。但是在多能源交易市場中，數(shù)據(jù)丟包將會對微網(wǎng)經(jīng)濟運行產(chǎn)生影響，尤其是當微網(wǎng)出力和負荷同時丟失情況下對微網(wǎng)交易價格和微網(wǎng)運行穩(wěn)定性造成很大影響。因此，該算法設計減少丟包現(xiàn)象的發(fā)生但是不能避免丟包現(xiàn)象的發(fā)生，后續(xù)將對多能源體數(shù)據(jù)傳輸過程中丟包現(xiàn)象出現(xiàn)后處理方法進行研究。