一种跨国电力互联政策影响分析方法
技术领域
本发明涉及供电系统技术领域,特别涉及一种跨国电力互联政策影响分析方法。
背景技术
当前,跨国电力互联政策影响分析方法的主要不足之处在于:
一是定性分析较多,缺少量化支撑工具。跨国电力互联作为一种跨国互联互通行为,涉及因素较多,包括不同国家的电力发展情况、发展目标、对境外受入电力的需求度等,同时也受政治、经济等因素影响,是一个较为复杂的问题。当前已有分析侧重于定性判断一个区域内不同国家间的相关政策对电力互联的影响,缺少能够定量化模拟计算的数学模型。
二是多聚焦于跨国经济贸易政策,对能源电力政策考虑不足。当前许多对跨国电力互联的分析侧重将其作为一种跨国商品贸易行为进行分析。实际上,一个国家是否要出口或进口电力,与本国的电力系统发展现状与发展规划高度相关,并在一定程度上取决于电力转型发展中对电力供应经济性、清洁性等因素的考虑。因此,脱离各国的电力规划分析跨国电力互联潜力及政策影响是有失准确的。
三是多侧重于单一政策的分析,难以刻画涉及多个国家、多个组合政策的影响。现有的政策影响评估方法通常是针对某国的某项政策,且对于跨国能源电力互联的效果量化评估局限在项目层面。对于不同国家政策之间的交互以及带来的综合政策影响缺乏研究,更难以反映多个国家、多种政策组合下不同情景对电力互联的影响,难以有效刻画实际情况。
发明内容
本发明提供一种至少部分解决上述技术问题的跨国电力互联政策影响分析方法。
第一方面,本发明提供一种跨国电力互联政策影响分析方法,包括:
基于预先建立的优化模型,多次根据所述优化模型,获取规划期内各年份各国各类电源的装机容量和规划期内各年份各条跨国输电通道的容量;每次的所述优化模型中的政策参数为已知值,且不等;
所述优化模型包括目标函数和约束条件,所述目标函数为以规划期内系统总成本最小为目标的规划期内系统总成本、规划期内各年份各国各类电源的装机容量、规划期内各年份各条跨国输电通道的容量以及政策参数的关系模型;
根据所述规划期内各年份各条跨国输电通道的容量以及政策参数,获取规划期内各年份各条跨国输电通道的容量以及政策参数的关系。
优选地,根据所述优化模型,获取规划期内各年份各国各类电源的装机容量和规划期内各年份各条跨国输电通道的容量之前,所述方法还包括:
建立电源建设成本模型、电网建设成本模型、系统运行成本模型和碳排放成本模型;其中,所述电源建设成本模型为规划期内各年份各国各类电源的装机容量和规划期内电源建设成本的关系模型,所述电网建设成本模型为规划期内各年份各条跨国输电通道的容量和规划期内电网建设成本的关系模型,所述系统运行成本模型为规划期内各年份各国各类电源的装机容量和规划期内系统运行成本的关系模型,所述碳排放成本模型为规划期内各年份各国各类电源的装机容量和规划期内碳排放成本的关系模型;
根据电源建设成本模型、电网建设成本模型、系统运行成本模型和碳排放成本模型,并以规划期内系统总成本最小为目标,建立包括目标函数和约束条件的所述优化模型。
优选地,所述电源建设成本模型为
式中:t为年份序号;T为规划期时间长度,为已知量;r为国家序号;Ωr为规划问题中考虑的国家集合,为已知量;s为电源类型序号;Ωs为电源类型集合,为已知量;Css,r,t为第t年国家r第s种电源类型的装机容量;Qs,r,t为第t年国家r第s种电源类型的退役容量,为已知量;Ps为第s种电源的单位容量装机成本,为已知量;Sus,r为国家r第s种电源的单位容量补贴金额,为已知量;R为贴现率,为已知量。
优选地,所述电网建设成本模型为
式中:g为跨国输电通道序号;Ωg为跨国输电通道集合,为已知量;Cgg,t为第t年第g条跨国输电通道的容量;Pg为第g条跨国输电通道的单位容量扩展成本,为已知量。
优选地,所述系统运行成本模型为
式中:Hs为第s种电源的年利用小时,为已知量;Es为第s种电源的单位电量运行成本,为已知量。
优选地,所述碳排放成本模型为
式中:Mcs,t为第t年第s种电源的碳排放系数,为已知量;PrC为碳税价格,为已知量。
优选地,所述目标函数为
F=min(F1+F2+F3+F4)
式中:F为规划期内系统总成本。
优选地,所述约束条件包括各国电力平衡约束、各国电量平衡约束、输电容量约束、输电电量约束、各国系统调峰能力约束、各国系统调节速率约束、电源扩展规模约束、输电通道扩展规模约束、电源投资上限约束、输电通道投资上限约束、可再生能源发展目标约束、二氧化碳排放约束、二氧化硫排放约束、氮氧化物排放约束。
优选地,所述各国电力平衡约束为
式中:Ωr2x为国家r向外送电的输电通道集合,为已知量;Ptg,t为第t年通道g输送的电力值,为已知量;Ωx2r为国家r从外界受电的输电通道集合,为已知量;lg为通道g的输电线损率,为已知量;lr为国家r内输电的平均线损率,为已知量;η为备用系数,为已知量;Fpr,t为第t年国家r的最大负荷预测值,为已知量;
所述各国电量平衡约束为
式中:Etg,t为第t年通道g输送的电量值,为已知量;Fer,t第t年国家r的电量需求预测值,为已知量;
所述输电容量约束为Ptg,t≤Cgg,t
所述输电电量约束为Etg,t≤Cgg,t·Hg,max
式中:Hg,max为通道g的年最大利用小时数,为已知量;
所述各国系统调峰能力约束为
式中:Ωspr为具有调峰能力的电源集合,为已知量;μs,r为国家r第s类电源的平均调峰深度,为已知量;Ωdpr为具有调峰能力的需求响应资源集合,为已知量;λr,t为第t年国家r的负荷峰谷差率预测值,为已知量;Ωsv为不确定性电源集合,为已知量;υs为第s类电源的最低保证出力,为已知量;
所述各国系统调节速率约束为
式中:δs,r为国家r第s类电源的出力变化速率,为已知量;δd,r为国家r第d类需求响应资源的出力调节速率,为已知量;δl,r为国家r负荷需求单位时间变化率,为已知量;
所述电源扩展规模约束为0≤Css,r,t-Css,r,t-1+Qs,r,t≤Csms,r,t
式中:Csms,r,t为第t年国家r第s类电源的最大建设容量,为已知量;
所述输电通道扩展规模约束为0≤Cgg,t-Cgg,t-1≤Cgmg,t
式中:Cgmg,t为第t年跨国输电通道g的最大扩展容量,为已知量;
所述电源投资上限约束为
式中:Is为电源投资总额上限,为已知量;
所述输电通道投资上限约束为
式中:Ig为跨国输电通道投资总额上限,为已知量;
所述可再生能源发展目标约束为
式中:Ωsr为可再生电源类型集合,为已知量;αr,t为国家r第t年可再生电源占比目标值,为已知量。
优选地,所述二氧化碳排放约束为
式中:Ecr,t为国家r第t年电力系统二氧化碳排放上限,为已知量;
所述二氧化硫排放约束为
式中:Mss,t为第t年第s种电源的二氧化硫排放系数,为已知量;Esr,t为国家r第t年电力系统二氧化硫排放上限,为已知量;
所述氮氧化物排放约束为
式中:Mns,t为第t年第s种电源的氮氧化物排放系数,为已知量;Enr,t为国家r第t年电力系统氮氧化物排放上限,为已知量。
由上述技术方案可知,本发明实施例多次根据优化模型,得到多个规划期内各年份各条跨国输电通道的容量,从而获取规划期内各年份各条跨国输电通道的容量以及政策参数的关系,最终得出相关政策参数对跨国电力互联的影响。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的一种跨国电力互联政策影响分析方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅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。
图1为本发明一实施例提供的一种跨国电力互联政策影响分析方法的流程图。
如图1所示的一种跨国电力互联政策影响分析方法,包括:
S101、基于预先建立的优化模型,多次根据所述优化模型,获取规划期内各年份各国各类电源的装机容量和规划期内各年份各条跨国输电通道的容量;每次的所述优化模型中的政策参数为已知值,且不等;
所述优化模型包括目标函数和约束条件,所述目标函数为以规划期内系统总成本最小为目标的规划期内系统总成本、规划期内各年份各国各类电源的装机容量、规划期内各年份各条跨国输电通道的容量以及政策参数的关系模型;
可以理解的是,所述多次可以为三次、四次或五次,具体数量可根据实际需要设定。
值得说明的是,规划期内各年份各国各类电源的装机容量在优化模型中和规划期内各年份各条跨国输电通道的容量之间有耦合关系。
S102、根据所述规划期内各年份各条跨国输电通道的容量以及政策参数,获取规划期内各年份各条跨国输电通道的容量以及政策参数的关系。
本发明实施例多次根据优化模型,得到多个规划期内各年份各条跨国输电通道的容量,从而获取规划期内各年份各条跨国输电通道的容量以及政策参数的关系,最终得出相关政策参数对跨国电力互联的影响。
作为一种优选实施例,所述步骤S101之前,所述方法还包括:
建立电源建设成本模型、电网建设成本模型、系统运行成本模型和碳排放成本模型;其中,所述电源建设成本模型为规划期内各年份各国各类电源的装机容量和规划期内电源建设成本的关系模型,所述电网建设成本模型为规划期内各年份各条跨国输电通道的容量和规划期内电网建设成本的关系模型,所述系统运行成本模型为规划期内各年份各国各类电源的装机容量和规划期内系统运行成本的关系模型,所述碳排放成本模型为规划期内各年份各国各类电源的装机容量和规划期内碳排放成本的关系模型;
根据电源建设成本模型、电网建设成本模型、系统运行成本模型和碳排放成本模型,并以规划期内系统总成本最小为目标,建立包括目标函数和约束条件的所述优化模型。
需要说明的是,本发明实施例首先要执行下述步骤:
(1)分析影响跨国电力互联的相关政策
分析各国电力发展与跨国电力互联的关系,提出对跨国电力互联有影响的各国自身电力转型发展相关政策,如电源结构发展目标、碳税、污染物排放限制等,明确相关政策因素在电力规划模型中的体现方式,在本发明构建的模型中体现的相应参数为可再生电源占比目标值、碳税价格、二氧化碳排放上限、二氧化硫排放上限、氮氧化物排放上限。
(2)整理规划所需基础数据
分析某区域内各个国家煤电、气电、核电、水电、风电、太阳能发电等各类电源的已有装机容量、建设成本、运行成本、出力波动、排放系数、资源禀赋等,不同国家间已有输电通道容量、通道扩容潜力与成本,以及各个国家未来的负荷与电量需求等,收集整理本发明中优化模型的所有已知量参数取值。
基于上述,作为一种优选实施例,,所述电源建设成本模型为
式中:t为年份序号;T为规划期时间长度,为已知量;r为国家序号;Ωr为规划问题中考虑的国家集合,为已知量;s为电源类型序号;Ωs为电源类型集合,为已知量;Css,r,t为第t年国家r第s种电源类型的装机容量;Qs,r,t为第t年国家r第s种电源类型的退役容量,为已知量;Ps为第s种电源的单位容量装机成本,为已知量;Sus,r为国家r第s种电源的单位容量补贴金额,为已知量;R为贴现率,为已知量。
基于上述,作为一种优选实施例,所述电网建设成本模型为
式中:g为跨国输电通道序号;Ωg为跨国输电通道集合,为已知量;Cgg,t为第t年第g条跨国输电通道的容量;Pg为第g条跨国输电通道的单位容量扩展成本,为已知量。
基于上述,作为一种优选实施例,所述系统运行成本模型为
式中:Hs为第s种电源的年利用小时,为已知量;Es为第s种电源的单位电量运行成本,为已知量。
基于上述,作为一种优选实施例,所述碳排放成本模型为
式中:Mcs,t为第t年第s种电源的碳排放系数,为已知量;PrC为碳税价格,为已知量。
基于上述,作为一种优选实施例,所述目标函数为
F=min(F1+F2+F3+F4)
式中:F为规划期内系统总成本。
基于上述,作为一种优选实施例,所述约束条件包括各国电力平衡约束、各国电量平衡约束、输电容量约束、输电电量约束、各国系统调峰能力约束、各国系统调节速率约束、电源扩展规模约束、输电通道扩展规模约束、电源投资上限约束、输电通道投资上限约束、可再生能源发展目标约束、二氧化碳排放约束、二氧化硫排放约束、氮氧化物排放约束。
基于上述,作为一种优选实施例,所述各国电力平衡约束为
式中:Ωr2x为国家r向外送电的输电通道集合,为已知量;Ptg,t为第t年通道g输送的电力值,为已知量;Ωx2r为国家r从外界受电的输电通道集合,为已知量;lg为通道g的输电线损率,为已知量;lr为国家r内输电的平均线损率,为已知量;η为备用系数,为已知量;Fpr,t为第t年国家r的最大负荷预测值,为已知量;
该约束旨在保证各国电力供需平衡,其中考虑了跨国输电以及输电线损。
所述各国电量平衡约束为
式中:Etg,t为第t年通道g输送的电量值,为已知量;Fer,t第t年国家r的电量需求预测值,为已知量;
该约束旨在保证各国电量供需平衡,其中考虑了跨国输电以及输电线损;
所述输电容量约束为Ptg,t≤Cgg,t
该约束旨在保证各通道输电功率不超过其通道容量。
所述输电电量约束为Etg,t≤Cgg,t·Hg,max
式中:Hg,max为通道g的年最大利用小时数,为已知量;
该约束旨在保证各通道年输送电量不超过其年最大输电量。
所述各国系统调峰能力约束为
式中:Ωspr为具有调峰能力的电源集合,为已知量;μs,r为国家r第s类电源的平均调峰深度,为已知量;Ωdpr为具有调峰能力的需求响应资源集合,为已知量;λr,t为第t年国家r的负荷峰谷差率预测值,为已知量;Ωsv为不确定性电源集合,为已知量;υs为第s类电源的最低保证出力,为已知量;
系统各类电源的总调峰能力须满足负荷波动与不确定性电源(风光电等)出力波动对调峰容量的需求。
所述各国系统调节速率约束为
式中:δs,r为国家r第s类电源的出力变化速率,为已知量;δd,r为国家r第d类需求响应资源的出力调节速率,为已知量;δl,r为国家r负荷需求单位时间变化率,为已知量;
单位时间内系统各类电源的总调节能力须满足负荷波动与不确定性电源(风光电等)出力波动对系统调节速率的需求。
所述电源扩展规模约束为0≤Css,r,t-Css,r,t-1+Qs,r,t≤Csms,r,t
式中:Csms,r,t为第t年国家r第s类电源的最大建设容量,为已知量;
为反映各国家各类电源资源禀赋的差异,设置各国家各类电源扩展规模约束。
所述输电通道扩展规模约束为0≤Cgg,t-Cgg,t-1≤Cgmg,t
式中:Cgmg,t为第t年跨国输电通道g的最大扩展容量,为已知量;
根据实际情况,可设置跨国输电通道扩展规模约束。
所述电源投资上限约束为
式中:Is为电源投资总额上限,为已知量;
根据实际情况,可以设置电源投资总额上限。
所述输电通道投资上限约束为
式中:Ig为跨国输电通道投资总额上限,为已知量;
根据实际情况,可以设置跨国输电通道投资总额上限。
所述可再生能源发展目标约束为
式中:Ωsr为可再生电源类型集合,为已知量;αr,t为国家r第t年可再生电源占比目标值,为已知量。
根据各国对可再生能源发展设定的目标,设置该约束。
基于上述,作为一种优选实施例,所述二氧化碳排放约束为
式中:Ecr,t为国家r第t年电力系统二氧化碳排放上限,为已知量;
为减少电力系统碳排放,促进电力系统低碳化发展,设置系统二氧化碳排放总量上限约束。
所述二氧化硫排放约束为
式中:Mss,t为第t年第s种电源的二氧化硫排放系数,为已知量;Esr,t为国家r第t年电力系统二氧化硫排放上限,为已知量;
为减少电力系统污染物排放,设置系统二氧化硫排放总量上限约束。
所述氮氧化物排放约束为
式中:Mns,t为第t年第s种电源的氮氧化物排放系数,为已知量;Enr,t为国家r第t年电力系统氮氧化物排放上限,为已知量。
为减少电力系统污染物排放,设置系统氮氧化物排放总量上限约束。
下面通过一个具体例子对本发明应用场景进行说明。
例如,以东北亚电力互联为例,涉及到蒙古和俄罗斯两个资源富集国家、日本和韩国两个电力需求大但资源匮乏的国家、以及作为中间转送国的中国。可分析日本、韩国是否要求能源转型,淘汰燃煤发电、燃气发电、燃油发电,降低化石能源发电所占比重,即决定了其本国将来电力供应能力是否会进一步吃紧,进而从科学优化规划的角度得出应当加大跨国电力互联的结果。另外,可分析蒙古、俄罗斯未来是主要开发更具经济性的燃煤发电,还是更加清洁环保的太阳能发电与风力发电,也将影响电力跨境送到日本、韩国时的经济性,从日本、韩国的角度得到受入电力规模的优化解。
本发明可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如,计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上,或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到,或者在载体信号上提供,或者以任何其他形式提供。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制,并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中,不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中,这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
以上实施方式仅适于说明本发明,而并非对本发明的限制,有关技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以做出各种变化和变型,因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴,本发明的专利保护范围应由权利要求限定。