CN114971314A - 一种考虑低碳和经济损失的有序用电方案决策方法及其系统 - Google Patents

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CN114971314A CN202210610335.XA CN202210610335A CN114971314A CN 114971314 A CN114971314 A CN 114971314A CN 202210610335 A CN202210610335 A CN 202210610335A CN 114971314 A CN114971314 A CN 114971314A
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Abstract

本发明公开了一种考虑低碳和经济损失的有序用电方案决策方法及其系统，包括：根据国家有序用电管理办法确定参与有序用电用户集合；获取有序用电企业基本信息，包括参与有序用电方式、可压降量、碳排信息等；构建考虑执行有序用电方案经济损失和降碳的多目标调控模型；通过多目标求解算法求解调控模型，输出满足电网不同等级负荷缺口的有序用电方案。本发明综合考虑企业生产特性、社会经济和环保等因素，保证企业执行有序用电方案决策时，在满足电网负荷缺口的前提下，最小化社会经济损失，最大化降碳量，促进工业企业尤其是高耗能企业进行产业结构优化。同时还能为实现电网安全稳定运行提供理论支撑。

Description

一种考虑低碳和经济损失的有序用电方案决策方法及其系统
技术领域
本发明涉及电力系统调度规划技术领域，尤其涉及一种考虑低碳和经济损失的有序用电方案决策方法及其系统。
背景技术
受国民经济稳定增长、极端寒潮、空调负荷急剧增长等因素影响，电力负荷发生巨大变化，高峰负荷大幅增长，电力供需不平衡状况日益凸显，并且缺电问题已经以负荷性缺电为主导，负荷性缺电时常出现在冬、夏两季午晚高峰时段，电力保供压力不断增大，当电网出现负荷缺口时，不合理的决策不仅会影响电网安全稳定性，也会严重影响社会经济的发展。
电力负荷短缺具有短暂性、时段性等特征，单纯地依靠扩大投资规模、增加装机容量来满足峰值用电，较为低效、供电处成本高。科学有序用电可高效填充电力缺口，有序用电是缓解电力供需不平衡的有效方式，也是节能减排、实现生态文明建设的重要举措。然而，实际制定有序用电方案时主要考虑的是根据预测负荷缺口分解指标，没有过多考虑执行有序用电方案时造成的经济损失。因此，需要统筹工业企业资源，在满足负荷缺口的同时，最小化经济损失，最大化降碳量，实现有序用电方案决策部署工作，促进工业企业产业转型，尤其是促进高耗能、高污染企业进行产业结构优化。
发明内容
鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种考虑低碳和经济损失的有序用电方案决策方法及其系统。本发明综合考虑企业生产特性、社会经济和环保等因素，保证企业执行有序用电方案策略时，在满足电网负荷缺口的前提下，最小化社会经济损失，最大化降碳量，促进工业企业产业转型，尤其是促进高耗能企业进行产业结构优化。同时还能为实现电网安全稳定运行提供理论支撑。
为实现上述目的，本发明提供了一种考虑低碳和经济损失的有序用电方案决策方法，所述方法包括以下步骤：
步骤(1)根据国家有序用电管理办法确定参与有序用电用户集合；
步骤(2)获取有序用电企业基本信息，包括但不限于参与有序用电方式、可压降量、碳排信息；
步骤(3)构建考虑执行有序用电方案经济损失和降碳的多目标调控模型；
步骤(4)通过多目标求解算法对调控模型求解，输出满足电网不同等级负荷缺口的有序用电方案。
进一步的，所述步骤(1)中：首先获取区域内所有企业，根据国家有序用电管理办法，把电信、交通等关系国家安全和社会秩序、停电会导致重大人身伤亡、农业生产等重点保护类企业剔除；其次把日均电量在一定值之下的用户剔除掉，此类用户对电网负荷缺口贡献力度微乎其微。通过以上两个操作即可形成参与有序用电企业集合。
进一步的，所述步骤(2)中：错峰、避峰、限电和拉闸是有序用电常规管理措施，有序用电管理措施又可分为日时间尺度和周时间尺度，本文研究日时间尺度。错峰指将部分电力负荷转移到其他时间段，不会减少企业的用电量，用户损失基本为0，对电网公司的损失最小；避峰指高峰时段减少负荷使用；限电和拉闸会对企业产生巨大影响，错/避峰是有序用电方案常采取的措施。企业压降潜力是制定有序用电方案的基础，电网出现负荷缺口时，各企业需参与填充缺口。企业执行有序用电，减少用电量的使用，一定程度上进行了降碳操作。
制定有序用电方案需综合考虑用户意愿和企业特性，根据用户意愿和企业特性获取企业参与错/避峰方式；调研和数据分析获取企业的压降潜力；获取企业的碳排因子。
进一步的，所述步骤(3)中：执行有序用电方案会导致用户负荷削减，虽进行了降碳，但一方面影响了用户生产，给用户带来了经济损失；另一方面用电量的减少也影响了电网公司售电收入。本研究以最小化经济损失、最大化降碳量为目标建立多目标调控模型。
(1)目标函数
1)经济损失最小
Figure BDA0003673000500000031
式中，T＝{0-t1,t1-t2,…,tr-24}为有序用电实施日细分区间；Ω＝{1,2,…,n}为参与错避峰企业集合；ΔSi,t为i用户在t时段负荷变化量；
Figure BDA0003673000500000032
表示i用户在t时段用电量的变化；
Figure BDA0003673000500000033
表示该时段用电量增加，反之减少；Pt为电价；
Figure BDA0003673000500000034
表示电网电费收入的变化；
Figure BDA0003673000500000035
为所有错/避峰用户缴纳电费损失；
错峰实际上对用户的影响很小，其执行有序用电计划造成的经济损失可视为0，故经济损失一般限于避峰用户Ψ＝{1,2,…,m}，并且
Figure BDA0003673000500000036
Li,t(ΔSi,t)为t时段因执行有序用电用户造成的经济损失，
Figure BDA0003673000500000037
表示所有避峰用户经济损失。
2)降碳量最大
Figure BDA0003673000500000038
有序用电管理措施中错峰日电量不变，碳排并不会发生变化，本文降排指标仅考虑避峰用户；Ψ＝{1,2,…,m}为避峰用户集合；
Φ为电网出现负荷缺口时段集合；αi为用户i碳排因子；
Figure BDA0003673000500000039
为避峰用户i降排量。
(2)约束条件
1)缺口平衡约束
Figure BDA00036730005000000310
式中，ΔSt为t时段缺口指标；Φ为电网出现负荷缺口时段；避峰用户Ψ＝{1,2,…,m} 一般为午晚高峰时段。
2)错峰用户约束
Figure BDA00036730005000000311
由错峰定义可知，错峰方式仅会引起某一时间段变化，但有序用电执行日当天总量并不会发生变化。
ΔSi,t＞0,t∈Φ (5)
式中，Φ表示电网负荷缺口出现时段，该时段错峰用户负荷须减少。
Figure BDA00036730005000000312
式中，
Figure BDA0003673000500000041
分别表示负荷变化上下限，
Figure BDA0003673000500000042
可为负，表示该时间段负荷增加，
Figure BDA0003673000500000043
为用户压降潜力，可分四个层次，按压降深度从轻到重为非生产负荷、辅助生产负荷、主要生产负荷、保安负荷外负荷。
3)避峰用户约束
Figure BDA0003673000500000044
式中，避峰用户i在电网负荷缺口时段参与有序用电，原则上应为相应层级最大潜力，企业实际响应量不一定满足，但须大于0。
进一步的，所述步骤(4)中：选择合适的多目标求解算法求解调控模型，并不局限于一种智能算法，输出有序用电方案。
一种考虑低碳和经济损失的有序用电方案决策系统，考虑低碳和经济损失的有序用电方案决策系统包括：网络接口，存储器和处理器；其中，
所述网络接口，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；
所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；
所述处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行上述考虑低碳和经济损失的有序用电方案决策方法的步骤。
一种计算机存储介质，计算机存储介质存储有考虑低碳和经济损失的有序用电方案决策的程序，所述考虑低碳和经济损失的有序用电方案决策的程序被至少一个处理器执行时实现上述考虑低碳和经济损失的有序用电方案决策方法的步骤。
本发明的有益效果是：
1、针对冬、夏两季高峰用电时段可能出现的负荷缺口以及电网突发事故等情况，保证在满足电网负荷缺口的前提下，最小化社会经济损失，最大化降碳量；
2、通过多目标调控模型调度企业参与有序用电，促进工业企业产业转型，尤其是促进高耗能、高污染企业进行产业结构优化。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供了一种考虑低碳和经济损失的有序用电方案决策方法，所述方法包括以下步骤：
步骤(1)根据国家有序用电管理办法确定参与有序用电用户集合；
步骤(2)获取有序用电企业基本信息，包括参与有序用电方式、可压降量、碳排信息等；
步骤(3)构建考虑执行有序用电方案经济损失和降碳的多目标调控模型；
步骤(4)通过多目标求解算法对多目标调控模型求解，输出满足电网不同等级负荷缺口的有序用电方案。
本实施例中，所述步骤(1)中：首先获取区域内所有企业，根据国家有序用电管理办法，把电信、交通等关系国家安全和社会秩序、停电会导致重大人身伤亡、农业生产等重点保护类企业剔除；其次把日均电量在一定值之下的用户剔除掉，此类用户对电网负荷缺口贡献力度微乎其微。通过以上两个操作即可形成参与有序用电企业集合。
本实施例中，所述步骤(2)中：错峰、避峰、限电和拉闸是有序用电常规管理措施，有序用电管理措施又可分为日时间尺度和周时间尺度，本文研究日时间尺度。错峰指将部分电力负荷转移到其他时间段，不会减少企业的用电量，用户损失基本为0，对电网公司的损失最小；避峰指高峰时段减少负荷使用；限电和拉闸会对企业产生巨大影响，错/避峰是有序用电方案常采取的措施。企业压降潜力是制定有序用电方案的基础，电网出现负荷缺口时，各企业需参与填充缺口。企业执行有序用电，减少用电量的使用，一定程度上进行了降碳操作。
制定有序用电方案需综合考虑用户意愿和企业特性，根据用户意愿和企业特性获取企业参与错/避峰方式；调研和数据分析获取企业的压降潜力；获取企业的碳排因子。
本实施例中，所述步骤(3)中：执行有序用电方案会导致用户负荷削减，虽进行了降碳，但一方面影响了用户生产，给用户带来了经济损失；另一方面用电量的减少也影响了电网公司售电收入。本研究以最小化经济损失、最大化降碳量为目标建立多目标调控模型。
(1)目标函数
1)经济损失最小
Figure BDA0003673000500000061
式中，T＝{0-t1,t1-t2,…,tr-24}为有序用电实施日细分区间，Ω＝{1,2,…,n}为参与错避峰企业集合；ΔSi,t为i用户在t时段负荷变化量；
Figure BDA0003673000500000062
表示i用户在t时段用电量的变化；
Figure BDA0003673000500000063
表示该时段用电量增加，反之减少；Pt为电价；
Figure BDA0003673000500000064
表示电网电费收入的变化；
Figure BDA0003673000500000065
为所有错/避峰用户缴纳电费损失；
错峰实际上对用户的影响很小，其执行有序用电计划造成的经济损失可视为0，故经济损失一般限于避峰用户Ψ＝{1,2,…,m}，并且
Figure BDA0003673000500000066
Li,t(ΔSi,t)为t时段因执行有序用电用户造成的经济损失，
Figure BDA0003673000500000067
表示所有避峰用户经济损失。
2)降碳量最大
Figure BDA0003673000500000068
有序用电管理措施中错峰日电量不变，碳排并不会发生变化，本文降排指标仅考虑避峰用户；Ψ＝{1,2,…,m}为避峰用户集合；
Φ为电网出现负荷缺口时段集合；αi为用户i碳排因子；
Figure BDA0003673000500000069
为避峰用户i降排量。
(2)约束条件
1)缺口平衡约束
Figure BDA00036730005000000610
式中，ΔSt为t时段缺口指标；Φ为电网出现负荷缺口时段，避峰用户Ψ＝{1,2,…,m} 一般为午晚高峰时段。
2)错峰用户约束
Figure BDA00036730005000000611
由错峰定义可知，错峰方式仅会引起某一时间段变化，但有序用电执行日当天总量并不会发生变化。
ΔSi,t＞0,t∈Φ (5)
式中，Φ表示电网负荷缺口出现时段，该时段错峰用户负荷须减少。
Figure BDA00036730005000000612
式中，
Figure BDA0003673000500000071
分别表示负荷变化上下限，
Figure BDA0003673000500000072
可为负，表示该时间段负荷增加，
Figure BDA0003673000500000073
为用户压降潜力，可分四个层次，按压降深度从轻到重为非生产负荷、辅助生产负荷、主要生产负荷、保安负荷外负荷。
3)避峰用户约束
Figure BDA0003673000500000074
式中，避峰用户i在电网负荷缺口时段参与有序用电，原则上应为相应层级最大潜力，企业实际响应量不一定满足，但须大于0。
本实施例中，所述步骤(4)中：选择合适的多目标求解算法求解调控模型，并不局限于一种智能算法，输出有序用电方案。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/ 或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种考虑低碳和经济损失的有序用电方案决策方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)根据国家有序用电管理办法确定参与有序用电用户集合；
步骤(2)获取有序用电企业基本信息，包括但不限于参与有序用电方式、可压降量、碳排信息；
步骤(3)构建考虑执行有序用电方案经济损失和降碳的多目标调控模型；
步骤(4)通过多目标求解算法对所述多目标调控模型求解，输出满足电网不同等级负荷缺口的有序用电方案。
2.如权利要求1所述的一种考虑低碳和经济损失的有序用电方案决策方法，其特征在于：所述步骤(1)中首先获取区域内所有企业，根据国家有序用电管理办法，把党政军机关、电信、交通这些关系国家安全和社会秩序、停电会导致重大人身伤亡、农业生产的重点保护类企业剔除；其次把日均电量在一定值之下的用户剔除掉；通过以上两个操作即可形成参与有序用电企业集合。
3.如权利要求1所述的一种考虑低碳和经济损失的有序用电方案决策方法，其特征在于：所述步骤(2)根据用户意愿和企业特性获取企业参与错/避峰用电方式，调研和数据分析获取企业的压降潜力，获取企业的碳排信息。
4.如权利要求1所述的一种考虑低碳和经济损失的有序用电方案决策方法，其特征在于：所述步骤(3)以最小化经济损失、最大化降碳量为目标建立多目标调控模型，具体为：
(1)目标函数
1)经济损失最小
Figure FDA0003673000490000011
式中，T＝{0-t1,t1-t2,…,tr-24}为有序用电实施日细分区间；Ω＝{1,2,…,n}为参与错/避峰企业集合；ΔSi,t为i用户在t时段负荷变化量；
Figure FDA0003673000490000012
表示i用户在t时段用电量的变化；
Figure FDA0003673000490000013
表示该时段用电量增加，反之减少；Pt为电价；
Figure FDA0003673000490000014
表示电网电费收入的变化；
Figure FDA0003673000490000015
为所有错/避峰用户缴纳电费损失；
错峰实际上对用户的影响很小，其执行有序用电计划造成的经济损失可视为0，故经济损失一般限于避峰用户Ψ＝{1,2,…,m}，并且
Figure FDA0003673000490000016
Li,t(ΔSi,t)为t时段因执行有序用电用户造成的经济损失，
Figure FDA0003673000490000021
表示所有避峰用户经济损失；
2)降碳量最大
Figure FDA0003673000490000022
有序用电管理措施中错峰日电量不变，碳排并不会发生变化，本文降排指标仅考虑避峰用户；Ψ＝{1,2,…,m}为避峰用户集合；
Φ为电网出现负荷缺口时段集合；αi为用户i碳排因子；
Figure FDA0003673000490000023
为避峰用户i降排量；
(2)约束条件
1)缺口平衡约束
Figure FDA0003673000490000024
式中，ΔSt为t时段缺口指标；Φ为电网出现负荷缺口时段；避峰用户Ψ＝{1,2,…,m}一般为午晚高峰时段；
2)错峰用户约束
Figure FDA0003673000490000025
由错峰定义可知，错峰方式仅会引起某一时间段变化，但有序用电执行日当天总量并不会发生变化；
ΔSi,t＞0,t∈Φ (5)
式中，Φ表示电网负荷缺口出现时段，该时段错峰用户负荷须减少；
Figure FDA0003673000490000026
式中，
Figure FDA0003673000490000027
分别表示负荷变化上下限，
Figure FDA0003673000490000028
可为负，表示该时间段负荷增加；
Figure FDA0003673000490000029
为用户压降潜力，可分四个层次，按压降深度从轻到重为非生产负荷、辅助生产负荷、主要生产负荷、保安负荷外负荷；
3)避峰用户约束
Figure FDA00036730004900000210
式中，避峰用户i在电网负荷缺口时段参与有序用电，原则上应为相应层级最大潜力，企业实际响应量不一定满足，但须大于0。
5.如权利要求1所述的一种考虑低碳和经济损失的有序用电方案决策方法，其特征在于，所述步骤(4)选择合适的多目标求解算法求解调控模型，不局限于一种智能算法，输出有序用电方案。
6.一种考虑低碳和经济损失的有序用电方案决策系统，其特征在于，考虑低碳和经济损失的有序用电方案决策系统包括：网络接口，存储器和处理器；其中，
所述网络接口，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；
所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；
所述处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行权利要求1至5任一项所述考虑低碳和经济损失的有序用电方案决策方法的步骤。
7.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有考虑低碳和经济损失的有序用电方案决策的程序，所述考虑低碳和经济损失的有序用电方案决策的程序被至少一个处理器执行时实现权利要求1至5任一项所述考虑低碳和经济损失的有序用电方案决策方法的步骤。
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