CN116882641A - 一种适用于地市电网公司的协同降碳方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于地市电网公司的协同降碳方法，它包括以下步骤：步骤一：通过统计目标电网公司所辖范围内电网相关数据，根据网络拓扑图，搭建电网数据模型，引入降碳的目标，通过优化输配电网络进行降碳；步骤二：构建在不同的电力交易中目标电网公司对应的系统收益模型；步骤三：构建并求解系统收益和低碳目标双目标优化模型并得出调度方案。本发明的目的是为了提高对电力系统碳排放量的计算精确度，而提供的适用于地市电网公司的协同降碳方法。

Description

一种适用于地市电网公司的协同降碳方法

技术领域

本发明涉及电力系统低碳、减碳技术领域，具体涉及一种适用于电网公司的现有电力资源优化分配及协同降碳方法。

背景技术

电力行业是减碳、降碳的主体，对于电力公司而言，既要保证对有效降碳起正向作用，又需要保证系统的运行效益。目前，相关专利或文献所提出的降碳调度方法大多是规划型，即如何更好的规划下一步新能源接入的数量或者位置，或是针对整个电力行业发、输、配、用各个环节进行整体设计，对于地市电网公司并不适用。

申请公布号为CN114243691A的专利文献公开了一种电力系统低碳优化调度方法，它采用的技术方案包括：步骤1，获取电力系统中发电端的基础数据和负荷数据；步骤2，将所获取的基础数据和负荷数据输入预先建立的低碳经济调度模型进行求解，获得低碳经济调度方案，所述低碳经济调度模型包括以发电端综合运行成本总和最小为目标函数以及相应的约束条件，所述发电端综合运行成本包括发电端发电能耗成本与发电端碳交易成本，所述发电端碳交易成本是基于所述发电端的碳排放量和碳排放配额构建碳交易成本模型，计算获得；步骤S3，根据所述低碳经济调度方案对所述电力系统进行优化调度。

它虽然能够在减少系统运行成本的同时降低碳排放量，但它对碳排放量的计算精确度欠缺，同时在如今电力市场机制下，地市电网公司在响应省域电网公司层面的低碳要求、整体调度方案的同时，还需考虑电网安全及用户响应规模和满意度。

因此，申请人提出一种适用于地市电网公司的协同降碳优化调度方法。

发明内容

本发明的目的是为了提高对电力系统碳排放量的计算精确度，而提供的适用于地市电网公司的协同降碳方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种适用于地市电网公司的协同降碳方法，它包括以下步骤：

步骤1：通过统计目标电网公司所辖范围内电网相关数据，根据网络拓扑图，搭建电网数据模型，引入降碳的目标，通过优化输配电网络进行降碳；

步骤2：构建在不同的电力交易中目标电网公司对应的系统收益模型；

步骤3：构建并求解系统收益和低碳目标双目标优化模型并得出调度方案。

在步骤1中，相关数据包括发电厂类型及发电量、网架结构、负荷情况、电气参数这些已有信息。

在步骤1中，在搭建电网数据模型时，采用以下步骤：

S1.1)获取电网数据模型的基本假设；

S1.2)确定目标区域内各发电厂的单位碳排放因子；

S1.3)计算电网公司所属省份碳排放因子；

S1.4)计算电网公司所属220kV环网分区内碳排放因子；

通过以上步骤搭建电网数据模型。

在步骤S1.1)中，所获取的电网数据模型的基本假设如下：

1)所有交换电量的电量成分均与其电量来源所属区域的消纳电量的成分相同；

2)电网公司所属区域内主网碳排放因子与全省的碳排放因子相同。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤S1.3)中，电网公司所属省份碳排放因子CEF如下：

式中，AD_fire、AD_green分别表示电网公司所述省份内消纳的火电和清洁能源电量；CEF_fire、CEF_green分别表示火力发电和清洁能源的碳排放因子。

在步骤S1.4)中，通过下式计算电网公司所属220kV环网分区内碳排放因子：

式中，分别表示区域i消纳的火电和清洁能源电量；/>分别表示主网经500kV变压器下到区域i的火电和清洁能源电量；/>分别表示区域i经500kV变压器上主网的火电和清洁能源电量。

因Q^i-M来源归属为区域i，即可如式(3)所示：

式中，CEFⁱ表示区域i的碳排放因子，通过移相即可求出CEFⁱ，如式(4)所示：

在步骤二中，包括以下步骤：

S2.1)获取市场化交易中电网公司总收益；

S2.2)获取非市场化交易中输配电收益；

S2.3)获取直购电交易中电网公司可获得的收益；

在S2.1)中，假设参与市场化交易的发电企业q的核定上网电价为E_Sq0，该发电企业对应用户目录电价为E_Mq0，交易电量为Q_S0，则地市电网公司在发电企业q及其对应用户交易中所获得的输配电收益为：

C_q＝∑Q_S0×(E_Mq0-E_Sq0) (5)

在市场化交易中，涉及多个发、售电主体，各发、售电主体之间存在相应的竞争关系，当发电企业q的核定上网电价为E_Sq0高于或低于发电企业平均核定上网电价E_SA时，将对地市电网公司的收益造成影响，本发明将受影响程度简化为系数α：

目前的地市电网公司辖区内电力来源主要可以分为传统发电厂及绿电厂两种类型，本发明方法以供电可靠率作为用户对电能质量的评价标准，当电力系统高比例接入绿电后，对于整个供电可靠率产生影响，该影响可以以本辖区内用户平均停电时间进行计算，电能质量与用户满意度成反比例，当用户满意度降低，对其所获经济收益设置相应惩罚系数，用户满意度将对本公司市场化交易部分的交易电量产生影响，这部分影响程度简化为系数β：

其中为接入绿电前平均停电时间，/>为接入绿电后平均停电时间，h为当月总小时数，ξ为在过去用户情况分析中，停电时间对于用户量增减影响的概率值；

则地市电网公司在此发电企业购电并售电后，收益为：

C_q＝α×∑Q_S0×(E_Mq0-E_Sq0) (8)

对应多个发电企业，在市场化交易中地市电网公司总收益应为：

其中，C₁为市场化交易中地市电网公司总收益，i该地市电网在市场化交易中购入电力的各不同发电企业。

在步骤S2.2)中，

对于非市场化交易，电网公司在其中承担着政府相关政策(包括交叉补贴政策)的执行者，假设非市场化交易发电机核定上网电价为E_Sq1，非市场用户目录电价为E_Mq1，交易电量为Q_S1，非市场化交易不受市场价格等因素影响，则在非市场交易中地市电网公司所获得的输配电收益为：

C₂＝∑Q_S1×(E_Mq1-E_Sq1) (10)

式中，C₂为非市场交易中地市电网公司所获得的输配电收益。

在步骤S2.3)中，

当交易模式为大用户直购电时，电网公司仅提供其网架作为输配的路径，可定价不同发电类型(分为火电和绿电)单位电量单位距离输配价格，根据其通过网架的总电量、输送距离，进行计算；

假设火电单位电量单位距离输配价格为x，绿电为y，则大用户直购电交易中，地市电网公司可获得的收益为：

C₃＝x×∑Q_Sx×∑D_Sx+y×∑Q_Sy×∑D_Sy (11)

式中，C₃为大用户直购电交易中地市电网公司可以获得的收益，x为火电单位电量单位距离输配价格，Q_Sx为大用户直购电交易中火电的交易电量，D_Sx为所交易火电的输送距离，y为绿电单位电量单位距离输配价格，Q_Sy为大用户直购电交易中绿电的交易电量，D_Sy为所交易绿电的输送距离。

在步骤三中，包括以下步骤：

S3.1)获取本区域的总碳排量；

S3.2)获取地市电网公司在输配电环节系统总收益；

在步骤S3.1)中，包括以下步骤：

S3.1.1)在完成电网数据模型搭建后，基于各机组运行的状态，构建出相应的直流潮流模型；

S3.1.2)计算辖区内电力网络涉及的总碳排放量；

以此S3.1.1中的模型作为电力网的规划模型，在地市电网公司辖区内，在不考虑新建网架及发电站等情况下，首先明确本辖区电网消纳电量的来源，电量来源于不同的发电类型，根据现有的碳排放计算方法，得出辖区内电力网络涉及的总碳排放量W，如下式所示：

其中，green指辖区内绿电，fire指辖区内火电，CEF_k是该类发电类型所对应的碳排放因子，是指该发电类型对应的消纳电量；

S3.1.3)计算辖区内消纳的总电量AD_all；

除辖区内总碳排量外，还需计算在消纳电量不发生改变的情况下，辖区内消纳的总电量，如下式所示：

在步骤S3.2)中，

地市电网公司在输配电环节系统总收益应该为：

C＝C₁+C₂+C₃ (14)

为实现低碳目标和系统收益的双优化，设总碳排放量W为第一目标函数，电网公司在输配电环节系统收益C为第二目标函数；第一目标函数和第二目标函数组成优化后的多目标函数；利用多目标优化算法对上述的多目标优化模型进行优化求解，可以得出本辖区内来自于不同类型发电站的电力。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

1)本发明提供了一种具有高准确性的碳排放量计算方法，本发明将所属区域内火电、绿电发电厂的碳排放量基于不同的碳排放因子分别计算，更为准确的表征了区域内的排放情况，其次将用户满意度对于电网公司业务影响考虑到方案中，具有更高的适用性；

2)本发明通过建立地市电网公司所辖范围内的电网数据模型，引入上级电网公司的降碳目标要求，建立负荷侧用户模型，设置系统收益和低碳目标为双层目标，最终得出优化调度方法。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

一种适用于地市电网公司的协同降碳方法，它包括以下步骤：

步骤一，通过统计地市电网公司所辖范围内电网相关数据，其中主要含有发电厂类型及发电量、网架结构、负荷情况、电气参数等已有信息，根据网络拓扑图，搭建电网数据模型，引入上级有关部门对于降碳的要求，重点通过优化输配电网络进行降碳；

步骤二，考虑地市电网公司电改后在市场交易中的角色，构建在不同的电力交易中其对应的系统收益模型；

步骤三，构建并求解系统收益和低碳目标双目标优化模型并得出调度方案。

步骤一的具体计算流程如下：

S1.1、计算模型基本假设：

1)本发明中所有交换电量的电量成分均与其电量来源所属区域的消纳电量的成分相同；

2)电网公司所属区域内主网碳排放因子与全省的碳排放因子相同。

S1.2、确定所述区域内各发电厂的单位碳排放因子

对火力发电厂而言，单位综合发电量碳排放量与机组装机容量及机组类型相关，数值变异系数为3.25％，相对极差为7.67％，数值差异较小。在单位碳排放因子计算模型探索阶段，仅需考虑燃煤机组碳排放水平，可不考虑机组装机容量差异，因此火力发电厂的单位碳排放因子按0.78(tCO₂/MWh)计算；对绿色能源发电厂而言，因在发电阶段并不产生碳排放，因此单位碳排放因子按0计算。

S1.3、计算电网公司所属省份碳排放因子

根据得出的全省消纳各类型发电量，即可求出全省用电侧碳排放因子CEF。

式中，AD_fire、AD_green分别表示电网公司所述省份内消纳的火电和清洁能源电量；CEF_fire、CEF_green分别表示火力发电和清洁能源的碳排放因子，由S4.1S4.2可知：主网碳排放因子CEF^M＝CEF；由S4.2可知：CEF_fire＝0.78tCO₂/MWh、CEF_green＝0。

S1.4、计算电网公司所属220kV环网分区内碳排放因子

式中，分别表示区域i消纳的火电和清洁能源电量；/>分别表示主网经500kV变压器下到区域i的火电和清洁能源电量；/>分别表示区域i经500kV变压器上主网的火电和清洁能源电量。

因Q^i-M来源归属为区域i，即可如式(3)所示：

式中，CEFⁱ表示区域i的碳排放因子，通过移相即可求出CEFⁱ，如式(4)所示：

步骤二的具体计算流程如下：

对于地市电网公司而言，本发明考虑两种主要参与交易模式：电网公司向发电厂购入电力，进行合理调度后，再向用户售出；另一种主要的交易模式为大用户直购电后电力由发电厂发出经由电网公司网架向用户侧传输。基于电力市场交易情况，地市电网公司承担的角色同时为交易性和非交易性主体，既作为运输、调度电力的服务部门，也作为售电商。

S2.1、计算市场化交易中电网公司总收益

假设参与市场化交易的发电企业q的核定上网电价为E_Sq0，该发电企业对应用户目录电价为E_Mq0，交易电量为Q_S0，则地市电网公司在发电企业q及其对应用户交易中所获得的输配电收益为：

C_q＝∑Q_S0×(E_Mq0-E_Sq0) (5)

在市场化交易中，涉及多个发、售电主体，各发、售电主体之间存在相应的竞争关系，当发电企业q的核定上网电价为E_Sq0高于或低于发电企业平均核定上网电价E_SA时，将对地市电网公司的收益造成影响，本发明将受影响程度简化为系数α：

目前的地市电网公司辖区内电力来源主要可以分为传统发电厂及绿电厂两种类型，本发明方法以供电可靠率作为用户对电能质量的评价标准，当电力系统高比例接入绿电后，对于整个供电可靠率产生影响，该影响可以以本辖区内用户平均停电时间进行计算，电能质量与用户满意度成反比例，当用户满意度降低，对其所获经济收益设置相应惩罚系数。用户满意度将对本公司市场化交易部分的交易电量产生影响，这部分影响程度简化为系数β：

其中为接入绿电前平均停电时间，/>为接入绿电后平均停电时间，h为当月总小时数，ξ为在过去用户情况分析中，停电时间对于用户量增减影响的概率值。

则地市电网公司在此发电企业购电并售电后，收益为：

C_q＝α×∑Q_S0×(E_Mq0-E_Sq0) (8)

对应多个发电企业，在市场化交易中地市电网公司总收益应为：

其中，i该地市电网在市场化交易中购入电力的各不同发电企业。

S2.2、计算非市场化交易中输配电收益

对于非市场化交易，电网公司在其中承担着政府相关政策(包括交叉补贴政策)的执行者，假设非市场化交易发电机核定上网电价为E_Sq1，非市场用户目录电价为E_Mq1，交易电量为Q_S1，非市场化交易不受市场价格等因素影响，则在非市场交易中地市电网公司所获得的输配电收益为：

C₂＝∑Q_S1×(E_Mq1-E_Sq1) (10)

当交易模式为大用户直购电时，电网公司仅提供其网架作为输配的路径，可定价不同发电类型(分为火电和绿电)单位电量单位距离输配价格，根据其通过网架的总电量、输送距离，进行计算。

S2.3、计算直购电交易中电网公司可获得的收益

假设火电单位电量单位距离输配价格为x，绿电为y，则大用户直购电交易中，地市电网公司可获得的收益为：

C₃＝x×∑Q_Sx×∑D_Sx+y×∑Q_Sy×∑D_Sy (11)

步骤三的具体计算流程如下：

S3.1、碳排放部分：

在完成电网数据模型搭建后，基于各机组运行的状态，可以构建出相应的直流潮流模型，以此作为电力网的规划模型，根据现有的碳排放计算方法，在理论上，可以得出辖区内电力网络涉及的总碳排放量。

在地市电网公司辖区内，在不考虑新建网架及发电站等情况下，首先明确本辖区电网消纳电量的来源，电量来源于不同的发电类型，由此可以计算出本区域的总碳排量。

碳排放总量为：

其中，L指辖区内绿电，H指辖区内火电，CEF_k是该类发电类型所对应的碳排放因子，是指该发电类型对应的消纳电量。

在消纳电量不发生改变的情况下，

S3.2、系统收益部分：

地市电网公司在输配电环节系统总收益应该为：

C＝C₁+C₂+C₃ (14)

为实现低碳目标和系统收益的双优化，设总碳排放量W为第一目标函数，电网公司在输配电环节系统收益C为第二目标函数。第一目标函数和第二目标函数组成优化后的多目标函数。利用多目标优化算法对上述的多目标优化模型进行优化求解，可以得出本辖区内来自于不同类型发电站的电力。

Claims (8)

1.一种适用于地市电网公司的协同降碳方法，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤一：通过统计目标电网公司所辖范围内电网相关数据，根据网络拓扑图，搭建电网数据模型，引入降碳的目标，通过优化输配电网络进行降碳；

步骤二：构建在不同的电力交易中目标电网公司对应的系统收益模型；

步骤三：构建并求解系统收益和低碳目标双目标优化模型并得出调度方案。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，相关数据包括发电厂类型及发电量、网架结构、负荷情况、电气参数这些已有信息。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，在搭建电网数据模型时，采用以下步骤：

S1.1)获取电网数据模型的基本假设；

S1.2)确定目标区域内各发电厂的单位碳排放因子；

S1.3)计算电网公司所属省份碳排放因子；

S1.4)计算电网公司所属220kV环网分区内碳排放因子；

通过以上步骤搭建电网数据模型。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤S1.1)中，所获取的电网数据模型的基本假设如下：

1)所有交换电量的电量成分均与其电量来源所属区域的消纳电量的成分相同；

2)电网公司所属区域内主网碳排放因子与全省的碳排放因子相同。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤S1.3)中，电网公司所属省份碳排放因子CEF如下：

式中，AD_fire、AD_green分别表示电网公司所述省份内消纳的火电和清洁能源电量；CEF_fire、CEF_green分别表示火力发电和清洁能源的碳排放因子。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤S1.4)中，通过下式计算电网公司所属220kV环网分区内碳排放因子:

式中，分别表示区域i消纳的火电和清洁能源电量；/>分别表示主网经500kV变压器下到区域i的火电和清洁能源电量；/>分别表示区域i经500kV变压器上主网的火电和清洁能源电量；

因Q^i-M来源归属为区域i，即可如式(3)所示：

式中，CEFⁱ表示区域i的碳排放因子，通过移相即可求出CEFⁱ，如式(4)所示:

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤二中，包括以下步骤：

S2.1)获取市场化交易中电网公司总收益；

S2.2)获取非市场化交易中输配电收益；

S2.3)获取直购电交易中电网公司可获得的收益；

在S2.1)中，假设参与市场化交易的发电企业q的核定上网电价为E_Sq0，该发电企业对应用户目录电价为E_Mq0，交易电量为Q_S0，则地市电网公司在发电企业q及其对应用户交易中所获得的输配电收益为：

C_q＝∑Q_S0×(E_Mq0-E_Sq0) (5)

在市场化交易中，涉及多个发、售电主体，各发、售电主体之间存在相应的竞争关系，当发电企业q的核定上网电价为E_Sq0高于或低于发电企业平均核定上网电价E_SA时，将对地市电网公司的收益造成影响，本发明将受影响程度简化为系数α：

目前的地市电网公司辖区内电力来源主要可以分为传统发电厂及绿电厂两种类型，本发明方法以供电可靠率作为用户对电能质量的评价标准，当电力系统高比例接入绿电后，对于整个供电可靠率产生影响，该影响可以以本辖区内用户平均停电时间进行计算，电能质量与用户满意度成反比例，当用户满意度降低，对其所获经济收益设置相应惩罚系数，用户满意度将对本公司市场化交易部分的交易电量产生影响，这部分影响程度简化为系数β：

其中为接入绿电前平均停电时间，/>为接入绿电后平均停电时间，h为当月总小时数，ξ为在过去用户情况分析中，停电时间对于用户量增减影响的概率值；

则地市电网公司在此发电企业购电并售电后，收益为：

C_q＝α×∑Q_S0×(E_Mq0-E_Sq0) (8)

对应多个发电企业，在市场化交易中地市电网公司总收益应为：

其中，C₁为市场化交易中地市电网公司总收益，i该地市电网在市场化交易中购入电力的各不同发电企业；

在步骤S2.2)中，

对于非市场化交易，电网公司在其中承担着政府相关政策(包括交叉补贴政策)的执行者，假设非市场化交易发电机核定上网电价为E_Sq1，非市场用户目录电价为E_Mq1，交易电量为Q_S1，非市场化交易不受市场价格等因素影响，则在非市场交易中地市电网公司所获得的输配电收益为：

C₂＝∑Q_S1×(E_Mq1-E_Sq1) (10)

式中，C₂为非市场交易中地市电网公司所获得的输配电收益；

当交易模式为大用户直购电时，电网公司仅提供其网架作为输配的路径，可定价不同发电类型(分为火电和绿电)单位电量单位距离输配价格，根据其通过网架的总电量、输送距离，进行计算；

在步骤S2.3)中，

假设火电单位电量单位距离输配价格为x，绿电为y，则大用户直购电交易中，地市电网公司可获得的收益为：

C₃＝x×∑Q_Sx×∑D_Sx+y×∑Q_Sy×∑D_Sy (11)

式中，C₃为大用户直购电交易中地市电网公司可以获得的收益，x为火电单位电量单位距离输配价格，Q_Sx为大用户直购电交易中火电的交易电量，D_Sx为所交易火电的输送距离，y为绿电单位电量单位距离输配价格，Q_Sy为大用户直购电交易中绿电的交易电量，D_Sy为所交易绿电的输送距离。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤三中，包括以下步骤：

S3.1)获取本区域的总碳排量；

S3.2)获取地市电网公司在输配电环节系统总收益；

在步骤S3.1)中，包括以下步骤：

S3.1.1)在完成电网数据模型搭建后，基于各机组运行的状态，构建出相应的直流潮流模型；

S3.1.2)计算辖区内电力网络涉及的总碳排放量；

以此S3.1.1中的模型作为电力网的规划模型，在地市电网公司辖区内，在不考虑新建网架及发电站等情况下，首先明确本辖区电网消纳电量的来源，电量来源于不同的发电类型，根据现有的碳排放计算方法，得出辖区内电力网络涉及的总碳排放量W，如下式所示：

其中，green指辖区内绿电，fire指辖区内火电，CEF_k是该类发电类型所对应的碳排放因子，是指该发电类型对应的消纳电量；

S3.1.3)计算辖区内消纳的总电量AD_all；

除辖区内总碳排量外，还需计算在消纳电量不发生改变的情况下，辖区内消纳的总电量，如下式所示：

在步骤S3.2)中，

地市电网公司在输配电环节系统总收益应该为：

C＝C₁+C₂+C₃ (14)

为实现低碳目标和系统收益的双优化，设总碳排放量W为第一目标函数，电网公司在输配电环节系统收益C为第二目标函数；第一目标函数和第二目标函数组成优化后的多目标函数；利用多目标优化算法对上述的多目标优化模型进行优化求解，可以得出本辖区内来自于不同类型发电站的电力。