CN115293645A - 一种考虑碳排放累积熵的区域源荷协调调度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种考虑碳排放累积熵的区域源荷协调调度方法,涉及电力系统调度与管理领域。一种考虑碳排放累积熵的区域源荷协调调度方法，包括：通信接口模块、能量管理优化模块和算法求解模块；所述通信接口模块传发电侧发电机组信息及负荷侧信息；所述能量管理优化模块建立考虑综合成本和碳排放累积熵的源荷协调的双层优化调度模型，所双层优化调度模型包括上层模型和下层模型，通过将发电侧产生的碳排放归算至负荷侧，所求得的调度方案可以在提高系统运行经济性的基础上兼顾负荷侧碳排放责任分摊的公平性。本发明所提供的调度方案可以在提高系统运行经济性的基础上兼顾负荷侧碳排放责任分摊的公平性。

Description

一种考虑碳排放累积熵的区域源荷协调调度方法
技术领域
本发明属于电力系统调度与管理领域，具体涉及一种考虑碳排放累积熵的区域源荷协调调度方法。
背景技术
过度消耗化石燃料所导致的全球变暖是当前人类社会生存与发展面临的最严峻的挑战之一，其中，CO2是加剧气候变暖趋势的主要原因。电力行业作为CO2减排的主力军，努力实现低碳化已经成为其可持续发展的一项必要措施。目前，传统发电侧仍使用煤炭等不可再生能源，直观而言，电力系统中只有发电环节存在直接的碳排放，所以，目前电力系统中低碳相关的研究也就比较偏重于在发电侧进行分析。事实上，虽然负荷侧并没有直接产生碳排放，但电力生产是为了满足负荷的电力需求，因而负荷侧间接造成了电力系统的碳排放。从该角度理解，负荷侧才是导致电力系统碳排放的根本原因。近年来，以“碳流”为核心的电力系统碳排放流分析理论，可以根据实时电网潮流任意线路和节点的碳流密度和碳排放密度，从而将发电侧的碳排放科学合理地归算至负荷侧。在此基础上，结合需求响应理论，可以进一步探索低碳背景下的源荷协调调度方法。
目前关于低碳调度的研究已有一定的成果，但是，现有的关于低碳调度的研究大多从发电侧出发，通过考虑发电侧的碳排放或者碳交易成本制定调度策略。事实上，负荷侧用能间接导致了发电侧的碳排放。
发明内容
本发明的目的在于提供一种考虑碳排放累积熵的区域源荷协调调度方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种考虑碳排放累积熵的区域源荷协调调度方法，包括：通信接口模块、能量管理优化模块和算法求解模块；所述通信接口模块传发电侧发电机组信息及负荷侧信息；所述能量管理优化模块建立考虑综合成本和碳排放累积熵的源荷协调的双层优化调度模型，所双层优化调度模型型包括上层模型和下层模型；
所述上层模型的建立步骤包括：以最小化综合成本为第一目标函数，然后确定第一约束条件，所述第一约束条件包括：机组出力约束、线路潮流约束、平衡节点约束和功率平衡约束；所述下层模型的建立步骤包括：以最大化碳排放累积熵为第二目标函数，然后确定第二约束条件，所述第二约束条件包括负荷响应量约束和碳排放约束；
所述算法求解模块对所述能量管理优化模块中的数学模型根据内置的求解算法进行求解。
进一步地，所述碳排放累积熵指标计算方法具体为
Figure BDA0003825469680000021
式中，NL表示负荷节点的数量；Ei表示负荷节点i的年度碳排放分摊量；Ei,lim表示负荷节点i的年度碳排放配额；
Figure BDA0003825469680000022
式中，D为每年的典型日数量；Nd为第d种典型日对应的天数；T为每一天对应的总时段数，一般取24；Ei,d,t为负荷节点i在每典型日中每小时的碳排放分摊量；
进一步地，所述第一目标函数的表达式为：minCtotal＝C1+C2+C3，式中，C1表示年度发电成本，C2表示年度碳排放成本，C3表示年度需求响应成本。
进一步地，所述捻度发电成本
Figure BDA0003825469680000023
式中，Ng表示发电机组的数量；cg表示机组g的单位发电成本；Pg,d,t表示机组g在每典型日中每小时的输出功率；所述年度碳排放成本
Figure BDA0003825469680000031
式中，eg表示机组g的碳排放系数，Elim表示发电侧碳排放配额，σ表示单位碳排放成本；所述年度需求相应成本
Figure BDA0003825469680000032
式中，ci表示节点i的单位响应功率成本系数；Di,d,t表示节点i在每典型日中每小时的响应量。
进一步地，所述机组出力约束为：Pmin,g≤Pg,d,t≤Pmax,g，式中，Pmax,g、Pmin,g分别表示机组g有功出力的上限和下限；所述线路潮流约束为：Pmin,l≤Pl,d,t≤Pmax,l，式中，Pl,d,t表示线路l在每典型日中每小时的有功潮流，Pmax,l、Pmin,l分别表示线路l传输功率的上下限，其中，为降低所述上层模型的复杂度，可采用直流潮流法计算Pl,d,t；所述平衡节点约束为：θref,d,t＝0，式中，θref,d,t为每典型日中每小时的平衡节点的相角；所述功率平衡约束为：
Figure BDA0003825469680000033
式中，Dexp,i,d,t为节点i在每典型日中每小时的负荷预测功率。
进一步地，所述第二目标函数的表达式为：
Figure BDA0003825469680000034
式中，Ei表示负荷节点i的年度碳排放分摊量，Ei,lim表示负荷节点i的年度碳排放配额。
进一步地，所述负荷响应量约包括：0.8Dexp,i,d,t≤Dexp,i,d,t-Di,d,t≤1.2Dexp,i,d,t，式中，Dexp,i,d,t-Di,d,t表示响应后的节点负荷功率，负荷变化量的上限和下限一般情况下假设为节点负荷的20％；
Figure BDA0003825469680000035
保证调度周期内响应前后系统总负荷不变；所述碳排放约束为：
Figure BDA0003825469680000036
Ei,d,t＝ei,d,t(Dexp,i,d,t-Di,d,t)
Figure BDA0003825469680000041
上式中，ei,d,t表示每典型日中每小时下节点i的节点碳势；N为包括发电节点和负荷节点在内的电力系统内所有节点数量；Ed,t表示每典型日中每小时下的节点碳势矩阵；PN,d,t表示每典型日中每小时下节点有功通量矩阵；PB,d,t表示每典型日中每小时下支路潮流分布矩阵；PG,d,t表示每典型日中每小时下机组注入分布矩阵；EG表示Ng台发电机组碳排放强度向量。
进一步地，所述算法求解模块根据上下层通过各自的决策变量，采用交替迭代求解策略实现所述上、下层模型的协调运行，从而确定最终的调度方案。
本发明的有益效果：本发明提出一种考虑碳排放累积熵的区域源荷协调调度方法，建立了考虑综合成本和碳排放累积熵的源荷协调双层优化调度模型。上层模型以最小化综合成本为目标，从而提高系统运行的经济性，下层模型以最大化碳排放累积熵为目标，从而提高碳排放责任分摊公平性，建立相应的数学模型，再将其输入到算法求解模块，从而得到最终的调度方案，所得的调度方案可以在提高系统运行经济性的基础上兼顾负荷侧碳排放责任分摊的公平性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明计算器的结构示意图；
图2是本发明计算器的算法流程示意图；
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种考虑碳排放累积熵的区域源荷协调调度方法，包括：通信接口模块、能量管理优化模块和算法求解模块；所述通信接口模块传发电侧发电机组信息及负荷侧信息；所述能量管理优化模块建立考虑综合成本和碳排放累积熵的源荷协调的双层优化调度模型，所双层优化调度模型型包括上层模型和下层模型；
所述上层模型的建立步骤包括：以最小化综合成本为第一目标函数，然后确定第一约束条件，所述第一约束条件包括：机组出力约束、线路潮流约束、平衡节点约束和功率平衡约束；所述下层模型的建立步骤包括：以最大化碳排放累积熵为第二目标函数，然后确定第二约束条件，所述第二约束条件包括负荷响应量约束和碳排放约束；
所述算法求解模块对所述能量管理优化模块中的数学模型根据内置的求解算法进行求解。
进一步地，所述碳排放累积熵指标计算方法具体为
Figure BDA0003825469680000051
式中，NL表示负荷节点的数量；Ei表示负荷节点i的年度碳排放分摊量；Ei,lim表示负荷节点i的年度碳排放配额；
Figure BDA0003825469680000052
式中，D为每年的典型日数量；Nd为第d种典型日对应的天数；T为每一天对应的总时段数，一般取24；Ei,d,t为负荷节点i在每典型日中每小时的碳排放分摊量；
进一步地，所述第一目标函数的表达式为：minCtotal＝C1+C2+C3，式中，C1表示年度发电成本，C2表示年度碳排放成本，C3表示年度需求响应成本。
进一步地，所述捻度发电成本
Figure BDA0003825469680000053
式中，Ng表示发电机组的数量；cg表示机组g的单位发电成本；Pg,d,t表示机组g在每典型日中每小时的输出功率；所述年度碳排放成本
Figure BDA0003825469680000061
式中，eg表示机组g的碳排放系数，Elim表示发电侧碳排放配额，σ表示单位碳排放成本；所述年度需求相应成本
Figure BDA0003825469680000062
式中，ci表示节点i的单位响应功率成本系数；Di,d,t表示节点i在每典型日中每小时的响应量。
进一步地，所述机组出力约束为：Pmin,g≤Pg,d,t≤Pmax,g，式中，Pmax,g、Pmin,g分别表示机组g有功出力的上限和下限；所述线路潮流约束为：Pmin,l≤Pl,d,t≤Pmax,l，式中，Pl,d,t表示线路l在每典型日中每小时的有功潮流，Pmax,l、Pmin,l分别表示线路l传输功率的上下限，其中，为降低所述上层模型的复杂度，可采用直流潮流法计算Pl,d,t；所述平衡节点约束为：θref,d,t＝0，式中，θref,d,t为每典型日中每小时的平衡节点的相角；所述功率平衡约束为：
Figure BDA0003825469680000063
式中，Dexp,i,d,t为节点i在每典型日中每小时的负荷预测功率。
进一步地，所述第二目标函数的表达式为：
Figure BDA0003825469680000064
式中，Ei表示负荷节点i的年度碳排放分摊量，Ei,lim表示负荷节点i的年度碳排放配额。
进一步地，所述负荷响应量约包括：0.8Dexp,i,d,t≤Dexp,i,d,t-Di,d,t≤1.2Dexp,i,d,t，式中，Dexp,i,d,t-Di,d,t表示响应后的节点负荷功率，负荷变化量的上限和下限一般情况下假设为节点负荷的20％；
Figure BDA0003825469680000065
保证调度周期内响应前后系统总负荷不变；所述碳排放约束为：
Figure BDA0003825469680000066
Ei,d,t＝ei,d,t(Dexp,i,d,t-Di,d,t)
Figure BDA0003825469680000071
上式中，ei,d,t表示每典型日中每小时下节点i的节点碳势；N为包括发电节点和负荷节点在内的电力系统内所有节点数量；Ed,t表示每典型日中每小时下的节点碳势矩阵；PN,d,t表示每典型日中每小时下节点有功通量矩阵；PB,d,t表示每典型日中每小时下支路潮流分布矩阵；PG,d,t表示每典型日中每小时下机组注入分布矩阵；EG表示Ng台发电机组碳排放强度向量。
如图2所示，所述算法求解模块根据上下层通过各自的决策变量，采用交替迭代求解策略实现所述上、下层模型的协调运行，从而确定最终的调度方案。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (8)

1.一种考虑碳排放累积熵的区域源荷协调调度方法，其特征在于，包括：通信接口模块、能量管理优化模块和算法求解模块；
所述通信接口模块传发电侧发电机组信息及负荷侧信息；所述能量管理优化模块建立考虑综合成本和碳排放累积熵的源荷协调的双层优化调度模型，所双层优化调度模型型包括上层模型和下层模型；
所述上层模型的建立步骤包括：以最小化综合成本为第一目标函数，然后确定第一约束条件，所述第一约束条件包括：机组出力约束、线路潮流约束、平衡节点约束和功率平衡约束；所述下层模型的建立步骤包括：以最大化碳排放累积熵为第二目标函数，然后确定第二约束条件，所述第二约束条件包括负荷响应量约束和碳排放约束；
所述算法求解模块对所述能量管理优化模块中的数学模型根据内置的求解算法进行求解。
2.根据权利要求1所述的一种考虑碳排放累积熵的区域源荷协调调度方法,其特征在于，所述碳排放累积熵指标计算方法具体为
Figure FDA0003825469670000011
式中，NL表示负荷节点的数量；Ei表示负荷节点i的年度碳排放分摊量；Ei,lim表示负荷节点i的年度碳排放配额；
Figure FDA0003825469670000012
式中，D为每年的典型日数量；Nd为第d种典型日对应的天数；T为每一天对应的总时段数，一般取24；Ei,d,t为负荷节点i在每典型日中每小时的碳排放分摊量。
3.根据权利要求1所述的一种考虑碳排放累积熵的区域源荷协调调度方法,其特征在于，所述第一目标函数的表达式为：minCtotal＝C1+C2+C3，式中，C1表示年度发电成本，C2表示年度碳排放成本，C3表示年度需求响应成本。
4.根据权利要求3所述的一种考虑碳排放累积熵的区域源荷协调调度方法,其特征在于，所述捻度发电成本
Figure FDA0003825469670000021
式中，Ng表示发电机组的数量；cg表示机组g的单位发电成本；Pg,d,t表示机组g在每典型日中每小时的输出功率；所述年度碳排放成本
Figure FDA0003825469670000022
式中，eg表示机组g的碳排放系数，Elim表示发电侧碳排放配额，σ表示单位碳排放成本；所述年度需求相应成本
Figure FDA0003825469670000023
式中，ci表示节点i的单位响应功率成本系数；Di,d,t表示节点i在每典型日中每小时的响应量。
5.根据权利要求1所述的一种考虑碳排放累积熵的区域源荷协调调度方法,其特征在于，所述机组出力约束为：Pmin,g≤Pg,d,t≤Pmax,g，式中，Pmax,g、Pmin,g分别表示机组g有功出力的上限和下限；所述线路潮流约束为：Pmin,l≤Pl,d,t≤Pmax,l，式中，Pl,d,t表示线路l在每典型日中每小时的有功潮流，Pmax,l、Pmin,l分别表示线路l传输功率的上下限，其中，为降低所述上层模型的复杂度，可采用直流潮流法计算Pl,d,t；所述平衡节点约束为：θref,d,t＝0，式中，θref,d,t为每典型日中每小时的平衡节点的相角；所述功率平衡约束为：
Figure FDA0003825469670000024
式中，Dexp,i,d,t为节点i在每典型日中每小时的负荷预测功率。
6.根据权利要求1所述的一种考虑碳排放累积熵的区域源荷协调调度方法,其特征在于，所述第二目标函数的表达式为：
Figure FDA0003825469670000025
式中，Ei表示负荷节点i的年度碳排放分摊量，Ei,lim表示负荷节点i的年度碳排放配额。
7.根据权利要求1所述的一种考虑碳排放累积熵的区域源荷协调调度方法,其特征在于，所述负荷响应量约包括：0.8Dexp,i,d,t≤Dexp,i,d,t-Di,d,t≤1.2Dexp,i,d,t，式中，Dexp,i,d,t-Di,d,t表示响应后的节点负荷功率，负荷变化量的上限和下限一般情况下假设为节点负荷的20％；
Figure FDA0003825469670000031
保证调度周期内响应前后系统总负荷不变；所述碳排放约束为：
Figure FDA0003825469670000032
Ei,d,t＝ei,d,t(Dexp,i,d,t-Di,d,t)
Figure FDA0003825469670000033
上式中，ei,d,t表示每典型日中每小时下节点i的节点碳势；N为包括发电节点和负荷节点在内的电力系统内所有节点数量；Ed,t表示每典型日中每小时下的节点碳势矩阵；PN,d,t表示每典型日中每小时下节点有功通量矩阵；PB,d,t表示每典型日中每小时下支路潮流分布矩阵；PG,d,t表示每典型日中每小时下机组注入分布矩阵；EG表示Ng台发电机组碳排放强度向量。
8.根据权利要求1所述的一种考虑碳排放累积熵的区域源荷协调调度方法,其特征在于，所述算法求解模块根据上下层通过各自的决策变量，采用交替迭代求解策略实现所述上、下层模型的协调运行，从而确定最终的调度方案。
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CN116128262A (zh) * 2023-04-19 2023-05-16 山东科技大学 一种综合能源系统低碳调度方法及系统
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