CN112084463B - 一种碳排放下的电力系统分布式光伏配置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳排放下的电力系统分布式光伏配置方法。采集获得电网的已知基础网络数据;设定优化初始安装分布式光伏的配置数量,根据配网的用电损耗、微型燃气轮机损耗和碳排放损耗进行第一层优化,根据分布式光伏预设配置量、分布式光伏节能量与供能碳排放损耗建进行第二层优化,重复步骤迭代优化,直至连续两次优化结果的分布式光伏单位数相同,输出最终优化结果的分布式光伏的配置数量并布置。本发明方法考虑多能互补与碳排放,充分利用配网各灵活资源的调控,为电力系统的优化运行提供更加合理的分布式光伏的容量选择配置,降低配置成本,减少全网总碳排放量。
Description
技术领域
本发明属于含多种能源形式的电力系统运行和控制技术领域的一种电力系统配置方法,具体是涉及了一种碳排放下的电力系统分布式光伏配置方法。
背景技术
近年来,随着气候的变化和人们环境意识的增强,传统能源系统逐步往低碳系统与可持续能源系统方向过渡。其中,作为一种提高能源效益的有效措施,能源互联网近年来发展迅速。
随着世界对低碳环保观念的增加,需求响应的思想也为电力系统的低碳规划提供了新的思路。
然而存在以下几点不足:随着经济发展、民生改善的影响,在空调等温控负荷增长快速,当前电网面临用电高峰增长迅速但持续时间短的问题,以最大负荷为刚性规划目标势必导致网络利用率不足问题。当前规划方法尚未完全适应此变化,按照规划与运行割裂的方式进行决策,导致规划手段和灵活资源运行控制手段衔接不足,配电网灵活性无法充分释放。
发明内容
针对上述背景技术中的问题,本发明提出了计及碳排放的电力系统分布式光伏配置方法,能适用于电力系统分布式光伏的容量确定,解决了现有技术中分布式光伏配置的高成本、低效益、高碳排放的技术问题。
本发明的技术方案是:
所述的电力系统包括电网、微型燃气轮机和分布式光伏的三个部分;电网中存在负荷节点,各负荷节点之间相连的线路为支路,以上级供电变压器成为源节点,上级供电变压器向电网输送提供电能;分布式光伏和空调设备连接到电网;微型燃气轮机和分布式光伏进行电能供应。
电力系统中的微型燃气轮机在发电时会产生碳排放,分布式光伏发电时不产生碳排放;电力系统中的微型燃气轮机与分布式光伏各自具有碳排放上限,与发电量有关,剩余的碳排放上限或不足的碳排放上限转换为储能。
本发明方法包括以下几个步骤:
1)在计算前通过电网中的传感器或者通过工具采集获得以下电网的已知基础网络数据,包括:
春、夏、冬三种典型日k;典型日k的年总持续时间Tk;
电力系统:总负荷节点数n;燃气价格Cgas;天然气低热值Ln;微型燃气轮机发电效率ηMT;微型燃气轮机产能典型日k的24h除空调外的电力负荷/> 分别代表第1,2,…,24小时的典型日k除空调外的电力负荷;用电系数cp;
分布式光伏:分布式光伏单位预设配置损耗CPI;分布式光伏单位运行维护损耗COM;典型日k的24h单位光伏发电量分别代表第1,2,…,24小时的典型日k的电力负荷;分布式光伏的配置数量x;
空调:空调电负荷PAC;
2)设定优化初始安装分布式光伏的配置数量x为1,即x=1;
3)进行第一层优化
输入变量为步骤1)所述变量,待求变量为空调电负荷PAC。
根据配网的用电损耗CP、微型燃气轮机损耗CMT和碳排放损耗建立以下全年能源互联网配网的总运行损耗C的优化目标函数:
3.A)其中,用电损耗CP由配网所需电量Pp与用电系数cp采用以下公式计算获得:
上述配网所需电量由全年三种典型日的24h除空调外的电力负荷/>空调的电负荷PAC与三种典型日的24h光伏发电量/>求得:
其中,k表示春夏冬典型日,k=1~3,k=1代表春,k=2代表夏,k=3代表冬;h表示小时参数,h=1,2,…,24代表第1,2,…,24小时;
3.B)所述的微型燃气轮机损耗CMT根据燃气系数Cgas、天然气低热值Ln、微型燃气轮机发电效率ηMT和微型燃气轮机产能采用以下公式处理获得:
3.C)所述的供能碳排放损耗由碳减排单位系数/>供能碳排放量Ep、碳排放上限Ec求得:
其中,为碳减排单位系数,Ep为供能碳排放量,Ec为供能碳排放上限;
并同时建立以下优化约束:
全网电负荷与电出力相同:
以上述优化目标函数最小为目标,求解上述优化目标函数得到空调电负荷PAC,进而采用上述电力系统的供能碳排放损耗
4)进行第二层优化
输入变量为第一层优化结果的供能碳排放损耗和步骤1)所述变量,待求变量为分布式光伏的配置数量x。
根据分布式光伏预设配置量Cinv、分布式光伏节能量与供能碳排放损耗/>建立以下分布式光伏配置量F的优化目标函数:
4.A)所述的分布式光伏预设配置量Cinv采用以下公式处理获得:
Cinv=x×CPI+x×COM
4.B)所述的分布式光伏节能节能量根据分布式光伏总出力/>三种典型日的24h光伏发电量/>与用电系数cp采用以下公式处理获得:
以上述优化目标函数最小为目标,求解上述优化目标函数得到分布式光伏的配置数量x;
5)将上述步骤求得的分布式光伏的配置数量x带入步骤3),再进行下一次迭代优化;
6)重复步骤3~步骤5),直至连续两次优化结果的分布式光伏单位数x相同,则退出迭代循环完成优化,输出最终优化结果的分布式光伏的配置数量x,用分布式光伏的配置数量x安装分布式光伏进行电力系统的布置。
本发明通过多次双层优化的迭代,直至双层优化计算所得分布式光伏的配置数量x不再变化,将其作为分布式光伏的安装单位,完成计及碳排放的电力系统分布式光伏配置。
本发明的有益效果:
本发明方法考虑需求响应与碳排放的配置处理,充分利用配网各灵活资源的调控,为电力系统的优化运行提供更加合理的分布式光伏的容量选择,避免不必要与不合理的分布式光伏配置,减少不必要的冗余配置,降低配置成本,减少全网总碳排放量。
本发明充分利用分布式光伏零碳排放的特点,考虑分布式光伏配置的节能减排的特性,为分布式光伏配置降低了安装容量与成本,优化配置了分布式光伏,提高了电力系统的工作效率,实现了电力系统整体最优。
附图说明
图1为碳排放下的电力系统分布式光伏配置方法流程图。
图2为本发明实施例的能源互联网示例图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施对本发明作进一步说明。
如图1所示,本发明的实施例及其实施过程如下:
1)搭建如图2所示的电力系统,通过步骤1)获取碳排放下的电力系统分布式光伏配置方法所需数据。
2)设定优化初始安装分布式光伏的配置数量为“1”;
3)将分布式光伏的配置数量提供给第一次优化,进行步骤3),得到优化结果与空调电负荷PAC,进而采用上述电力系统的供能碳排放损耗
4)将计算所得电力系统的供能碳排放损耗提供给第二次优化,进行步骤4),得到优化结果与安装分布式光伏的配置数量,为“15”;
5)将步骤4)所得的安装分布式光伏的配置数量与初始安装分布式光伏的配置数量进行对比,步骤4)所得的安装分布式光伏的配置数量与初始安装分布式光伏的配置数量不相同,记录优化安装分布式光伏的配置数量“14”;
6)将优化安装分布式光伏的配置数量“14”提供给第一次优化,重复进行步骤3)与步骤4),得到新的优化安装分布式光伏的配置数量“12”;
7)将新的优化安装分布式光伏的配置数量与记录优化安装分布式光伏的配置数量进行对比,直到新的优化安装分布式光伏的配置数量与记录优化安装分布式光伏的配置数量相同,得到最终安装分布式光伏的配置数量;
8)经过10次重复进行步骤3)与步骤4),得到最终的优化安装分布式光伏的配置数量“7”;
9)同时,依据第11次步骤3)与步骤4)的计算,可以得到分布式光伏预设配置量、分布式光伏节能量与供能碳排放损耗。
表1碳排放下的电力系统分布式光伏配置方法配置结果
由上述记载和实施可见,本发明方法能兼容多种发电方式及空调负荷需求响应,同时综合考虑了光伏配置过程中以及使用时的碳排放量,为电力系统的优化运行提供更加合理的光伏配置容量选择,避免不必要与不合理的光伏的资源浪费与碳排放。
Claims (2)
1.一种碳排放下的电力系统分布式光伏配置方法,其特征在于:
方法包括以下几个步骤:
1)在计算前通过电网中的传感器或者通过工具采集获得以下电网的已知基础网络数据,包括:
电力系统:总负荷节点数n;燃气价格Cgas;天然气低热值Ln;微型燃气轮机发电效率ηMT;微型燃气轮机产能典型日k的24h除空调外的电力负荷/>用电系数cp;
分布式光伏:分布式光伏单位预设配置损耗CPI;分布式光伏单位运行维护损耗COM;典型日k的24h单位光伏发电量分布式光伏的配置数量x;
空调:空调电负荷PAC;
2)设定优化初始安装分布式光伏的配置数量x为1;
3)进行第一层优化
根据配网的用电损耗CP、微型燃气轮机损耗CMT和碳排放损耗建立以下全年能源互联网配网的总运行损耗C的优化目标函数:
3.A)其中,用电损耗CP由配网所需电量Pp与用电系数cp采用以下公式计算获得:
上述配网所需电量由全年三种典型日的24h除空调外的电力负荷/>空调的电负荷PAC与三种典型日的24h光伏发电量/>求得:
其中,k表示春夏冬典型日,k=1~3,k=1代表春,k=2代表夏,k=3代表冬;h表示小时参数,h=1,2,…,24代表第1,2,…,24小时;
3.B)所述的微型燃气轮机损耗CMT根据燃气系数Cgas、天然气低热值Ln、微型燃气轮机发电效率ηMT和微型燃气轮机产能采用以下公式处理获得:
3.C)所述的碳排放损耗由碳减排单位系数/>供能碳排放量Ep、碳排放上限Ec求得:
其中,为碳减排单位系数,Ep为供能碳排放量,Ec为供能碳排放上限;
并同时建立以下优化约束:
全网电负荷与电出力相同:
以上述优化目标函数最小为目标,求解上述优化目标函数得到空调电负荷PAC,进而采用上述电力系统的供能碳排放损耗
4)进行第二层优化
根据分布式光伏预设配置量Cinv、分布式光伏节能量与供能碳排放损耗/>建立以下分布式光伏配置量F的优化目标函数:
4.A)所述的分布式光伏预设配置量Cinv采用以下公式处理获得:
Cinv=x×CPI+x×COM
4.B)所述的分布式光伏节能节能量根据分布式光伏总出力/>三种典型日的24h光伏发电量/>与用电系数cp采用以下公式处理获得:
以上述优化目标函数最小为目标,求解上述优化目标函数得到分布式光伏的配置数量x;
5)将上述步骤求得的分布式光伏的配置数量x带入步骤3),再进行下一次迭代优化;
6)重复步骤3~步骤5),直至连续两次优化结果的分布式光伏单位数x相同,则退出迭代循环完成优化,输出最终优化结果的分布式光伏的配置数量x,用分布式光伏的配置数量x安装分布式光伏进行电力系统的布置。
2.根据权利要求1所述的一种碳排放下的电力系统分布式光伏配置方法,其特征在于:
所述的电力系统包括电网、微型燃气轮机和分布式光伏的三个部分;电网中存在负荷节点,各负荷节点之间相连的线路为支路,以上级供电变压器成为源节点,上级供电变压器向电网输送提供电能;分布式光伏和空调设备连接到电网;微型燃气轮机和分布式光伏进行电能供应。
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GR01 | Patent grant | ||
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