CN106711997A - 一种基于碳排放电价的电力用户碳排放成本分摊方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于碳排放电价的电力用户碳排放成本分摊方法，本发明要解决电力行业的碳排放成本在发电侧无法传导到电力用户侧，因而不能起到促进用户参与节能减排的问题。本发明方法中，利用潮流追踪技术，确定电力用户的负荷量与系统碳排放之间的函数关系。利用最优潮流模型，确定用户负荷引起的系统边际碳排放量，以及相应的边际碳排放成本，该成本反映在用户的电价中。本发明方法通过电价的手段，让用户能意识到其电力消费对电力系统碳排放的影响，促进用户将其用电负荷转移到风电、光伏等清洁电源出力较大的时刻，从而客观上起到降低电力系统碳排放的作用。同时，本发明方法建立了科学合理的成本机制，捋顺了碳排放相关成本的分摊问题。

Description

一种基于碳排放电价的电力用户碳排放成本分摊方法

技术领域

本发明涉及电力系统调度与管理领域，具体涉及一种基于碳排放电价的电力用户碳排放成本分摊方法。

背景技术

我国电力系统中，火电占据主导地位，导致电力系统成为最大的碳排放源之一。传统的碳排放计量方法以电源作为碳排放源，以发电机组的碳排放强度和发电量作为其碳排放量，并对其征收碳排放费用。这种方法导致了碳排放成本无法有效传导到电力用户侧，造成碳排放价格扭曲。同时，电力用户无法感受到其用电行为导致的碳排放，因此没有动力参与节能减排。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于碳排放电价的电力用户碳排放成本分摊方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于碳排放电价的电力用户碳排放成本分摊方法，该方法包括以下步骤：

(1)确定系统发电机-负荷分配系数矩阵A，其中A中元素A_mn表示第m台发电机向第n个负荷的分配系数；

(2)利用发电机-负荷分配系数，确定所考察用户的碳排放量，并以此确定系统碳排放成本；

(3)建立考虑系统碳排放成本的最优潮流模型；

(4)求解最优潮流模型，以最优解下拉格朗日乘子作为负荷节点电价，节点电价所包含的边际碳排放成本部分，作为负荷碳排放价格。

(5)按照负荷碳排放价格，将系统碳排放成本进行分摊。

进一步地，所述步骤(1)具体包括以下子步骤：

(1.1)确定电力系统典型运行状态集合：其中S_i为第i个典型运行状态，N_s为系统电力运行状态的个数。

(1.2)确定典型运行状态权重值向量：

(1.3)确定每种状态下的发电机-负荷分配系数矩阵其中中元素表示在状态S_i下第m台发电机向第n个负荷的分配系数。

(1.4)确定系统发电机-负荷分配系数矩阵A，其中A中元素

进一步地，所述步骤(2)中确定系统碳排放成本，具体是指：

确定系统碳排放的函数：其中，E_Gm为第m个发电机的碳排放系数，单位tCO₂/MWh，P_Gm为第m个发电机的发电量，单位MW，N_G为发电机个数，N_L为用户负荷数；

确定系统碳排放成本的函数：其中C_Eu是碳排放的单位成本，单位元/tCO₂。

进一步地，所述步骤(3)中，考虑系统碳排放成本的最优潮流模型如下：

目标函数为：

其中，f_Gm(P_Gm)为第m个发电机的燃料费用。

约束条件为：

a.

其中，NG_i表示i节点上发电机集合，NL_i表示i节点上负荷集合，P_Dn表示第n个负荷的负荷量。V_i，V_j，θ_i，θ_j分别为节点i，节点j的电压幅值和相角，G_ij和B_ij为支路i-j的等效电导和电纳，N_b为系统节点个数。

b.

其中， P_Gm 分别为第m台发电机出力的上下限。

进一步地，所述步骤(3)建立考虑系统碳排放成本的最优潮流模型中，用户负荷P_Dn为变量，即用户会根据电价调整其用电行为。

进一步地，所述步骤(4)求解最优潮流模型，以最优解下拉格朗日乘子作为负荷节点电价，节点电价所包含的边际碳排放成本部分，作为负荷碳排放价格，具体为：

(4.1)建立步骤(3)描述的最优潮流模型的拉格朗日方程：

其中，λ_i、μ^- _m、μ⁺ _m均为引入的拉格朗日乘子。

(4.2)求解最优潮流模型，得到最优解下每个节点功率平衡方程对应的拉格朗日乘子λ_i。

(4.3)-λ_i作为节点i上负荷的节点电价，达到最优状态时有：

因此

(4.4)该电价中的部分即为边际碳排放成本部分，作为负荷碳排放价格。

进一步地，所述步骤(5)按照负荷碳排放价格，将系统碳排放成本进行分摊，具体是指：

电力用户n应承担的成本按照(-λ_i)×P_Dn，其中i为第n个负荷所在的节点编号。该用户所支付的成本中，包括为碳排放所支付的成本：

本发明的优点和积极效果是：

1.本发明方法利用典型运行状态下的潮流追踪结果，确定发电机-负荷的潮流分配关系，进而将发电机的碳排放量转化到用户侧，用户因此能够感受到其用电行为导致的系统碳排放量。

2.本发明方法通过将用户侧碳排放成本纳入经济调度的目标函数中，实现了对于电力系统发电成本和碳排放成本的统一优化。

3.本发明方法通过将用户侧碳排放成本纳入经济调度的目标函数中，使得节点电价中包括了碳排放成本部分，实现了系统碳排放成本的分摊。

4.本发明方法中，每个用户的碳排放量和碳排放价格均为单独确定的，因此试用于诸如用户碳排放差异化定价等各种情景。

附图说明

图1为本发明的算法流程图。

具体实施方法

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种基于碳排放电价的电力用户碳排放成本分摊方法，该方法包括以下步骤：

(1)确定系统发电机-负荷分配系数矩阵A，其中A中元素A_mn表示第m台发电机向第n个负荷的分配系数；具体包括以下子步骤：

(1.1)确定电力系统典型运行状态集合：其中S_i为第i个典型运行状态，N_s为系统电力运行状态的个数。

(1.2)确定典型运行状态权重值向量：

(1.3)确定每种状态下的发电机-负荷分配系数矩阵其中中元素表示在状态S_i下第m台发电机向第n个负荷的分配系数。

(1.4)确定系统发电机-负荷分配系数矩阵A，其中A中元素

利用典型运行状态下的潮流追踪结果，确定发电机-负荷的潮流分配关系，进而将发电机的碳排放量转化到用户侧，用户因此能够感受到其用电行为导致的系统碳排放量。

(2)利用发电机-负荷分配系数，确定所考察用户的碳排放量，并以此确定系统碳排放成本；确定系统碳排放成本，具体是指：

确定系统碳排放的函数：其中，E_Gm为第m个发电机的碳排放系数，单位tCO₂/MWh，P_Gm为第m个发电机的发电量，单位MW，N_G为发电机个数，N_L为用户负荷数；

确定系统碳排放成本的函数：其中C_Eu是碳排放的单位成本，单位元/tCO₂。

(3)建立考虑系统碳排放成本的最优潮流模型：

目标函数为：

其中，f_Gm(P_Gm)为第m个发电机的燃料费用。将用户侧碳排放成本纳入经济调度的目标函数中，实现了对于电力系统发电成本和碳排放成本的统一优化，使得节点电价中包括了碳排放成本部分，实现了系统碳排放成本的分摊。

约束条件为：

a.

其中，NG_i表示i节点上发电机集合，NL_i表示i节点上负荷集合，P_Dn表示第n个负荷的负荷量，用户负荷P_Dn为变量，即用户会根据电价调整其用电行为。V_i，V_j，θ_i，θ_j分别为节点i，节点j的电压幅值和相角，G_ij和B_ij为支路i-j的等效电导和电纳，N_b为系统节点个数。

b.

其中， P_Gm 分别为第m台发电机出力的上下限。

(4)求解最优潮流模型，以最优解下拉格朗日乘子作为负荷节点电价，节点电价所包含的边际碳排放成本部分，作为负荷碳排放价格。具体为：

(4.1)建立步骤(3)描述的最优潮流模型的拉格朗日方程：

其中，λ_i、μ^- _m、μ⁺ _m均为引入的拉格朗日乘子。

(4.2)求解最优潮流模型，得到最优解下每个节点功率平衡方程对应的拉格朗日乘子λ_i。

(4.3)-λ_i作为节点i上负荷的节点电价，达到最优状态时有：

因此

(4.4)该电价中的部分即为边际碳排放成本部分，作为负荷碳排放价格。

(5)按照负荷碳排放价格，将系统碳排放成本进行分摊。具体是指：

电力用户n应承担的成本按照(-λ_i)×P_Dn，其中i为第n个负荷所在的节点编号。该用户所支付的成本中，包括为碳排放所支付的成本：

Claims (7)

1.一种基于碳排放电价的电力用户碳排放成本分摊方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)确定系统发电机-负荷分配系数矩阵A，其中A中元素A_mn表示第m台发电机向第n个负荷的分配系数；

(2)利用发电机-负荷分配系数，确定所考察用户的碳排放量，并以此确定系统碳排放成本；

(3)建立考虑系统碳排放成本的最优潮流模型；

(4)求解最优潮流模型，以最优解下拉格朗日乘子作为负荷节点电价，节点电价所包含的边际碳排放成本部分，作为负荷碳排放价格。

(5)按照负荷碳排放价格，将系统碳排放成本进行分摊。

2.根据权利要求1所述的一种基于碳排放电价的电力用户碳排放成本分摊方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括以下子步骤：

(1.1)确定电力系统典型运行状态集合：其中S_i为第i个典型运行状态，N_s为系统电力运行状态的个数。

(1.2)确定典型运行状态权重值向量：

(1.3)确定每种状态下的发电机-负荷分配系数矩阵其中中元素表示在状态S_i下第m台发电机向第n个负荷的分配系数。

(1.4)确定系统发电机-负荷分配系数矩阵A，其中A中元素

3.根据权利要求1所述的一种基于碳排放电价的电力用户碳排放成本分摊方法，其特征在于，所述步骤(2)中确定系统碳排放成本，具体是指：

确定系统碳排放的函数：其中，E_Gm为第m个发电机的碳排放系数，单位tCO₂/MWh，P_Gm为第m个发电机的发电量，单位MW，N_G为发电机个数，N_L为用户负荷数；

确定系统碳排放成本的函数：其中C_Eu是碳排放的单位成本，单位元/tCO₂。

4.根据权利要求1所述的一种基于碳排放电价的电力用户碳排放成本分摊方法，其特征在于，所述步骤(3)中，考虑系统碳排放成本的最优潮流模型如下：

目标函数为：

$Minf=\underset{m=1}{\overset{N_G}{\Σ}}{f}_{Gm}\left(P_{Gm}\right)+C_{Eu}\underset{m=1}{\overset{N_G}{\Σ}}(\underset{n=1}{\overset{N_L}{\Σ}}{A}_{mn}\×E_{Gm})P_{Gm}$

其中，f_Gm(P_Gm)为第m个发电机的燃料费用。

约束条件为：

a.

其中，NG_i表示i节点上发电机集合，NL_i表示i节点上负荷集合，P_Dn表示第n个负荷的负荷量。V_i，V_j，θ_i，θ_j分别为节点i，节点j的电压幅值和相角，G_ij和B_ij为支路i-j的等效电导和电纳，N_b为系统节点个数。

b.

其中， P_Gm 分别为第m台发电机出力的上下限。

5.根据权利要求1所述的一种基于碳排放电价的电力用户碳排放成本分摊方法，其特征在于，所述步骤(3)建立考虑系统碳排放成本的最优潮流模型中，用户负荷P_Dn为变量，即用户会根据电价调整其用电行为。

6.根据权利要求1所述的一种基于碳排放电价的电力用户碳排放成本分摊方法，其特征在于，所述步骤(4)求解最优潮流模型，以最优解下拉格朗日乘子作为负荷节点电价，节点电价所包含的边际碳排放成本部分，作为负荷碳排放价格，具体为：

(4.1)建立步骤(3)描述的最优潮流模型的拉格朗日方程：

$\begin{array}{c}L=\underset{m=1}{\overset{N_G}{\mathrm{\Σ}}}{f}_{Gm}\left(P_{Gm}\right)+C_{Eu}\underset{m=1}{\overset{N_G}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{n=1}{\overset{N_L}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{mn}\×E_{Gm}\right)P_{Gm}+\\ \underset{i=1}{\overset{N_b}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_i\left(\underset{m\∈{\mathrm{NG}}_i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{Gm}-\underset{n\∈{\mathrm{NL}}_i}{\mathrm{\Σ}}{P}_{Dn}-V_i\underset{j=1}{\overset{N_b}{\mathrm{\Σ}}}{V}_j\left(G_{ij}\cos \left({\mathrm{\θ}}_i-{\mathrm{\θ}}_j\right)+B_{ij}\sin \left({\mathrm{\θ}}_i-{\mathrm{\θ}}_j\right)\right)\right)+\\ \underset{m=1}{\overset{N_G}{\mathrm{\Σ}}}{{\mathrm{\μ}}^{-}}_m\left(P_{Gm}-\stackrel{\‾}{P_{Gm}}\right)+\underset{m=1}{\overset{N_G}{\mathrm{\Σ}}}{{\mathrm{\μ}}^{+}}_m\left(-P_{Gm}+\underset{\‾}{P_{Gm}}\right)\end{array}$

其中，λ_i、μ^- _m、μ⁺ _m均为引入的拉格朗日乘子。

(4.2)求解最优潮流模型，得到最优解下每个节点功率平衡方程对应的拉格朗日乘子λ_i。

(4.3)-λ_i作为节点i上负荷的节点电价，达到最优状态时有：

因此

$-{\mathrm{\λ}}_i=\frac{{\mathrm{df}}_{Gm}\left(P_{Gm}\right)}{{\mathrm{dP}}_{Gm}}+C_{Eu}\underset{m=1}{\overset{N_G}{\Σ}}(\underset{n=1}{\overset{N_L}{\Σ}}{A}_{mn}\×E_{Gm})+{{\mathrm{\μ}}^{-}}_m-{{\mathrm{\μ}}^{+}}_m$

(4.4)该电价中的部分即为边际碳排放成本部分，作为负荷碳排放价格。

7.根据权利要求1所述的一种基于碳排放电价的电力用户碳排放成本分摊方法，其特征在于，所述步骤(5)按照负荷碳排放价格，将系统碳排放成本进行分摊，具体是指：

电力用户n应承担的成本按照(-λ_i)×P_Dn，其中i为第n个负荷所在的节点编号。该用户所支付的成本中，包括为碳排放所支付的成本：