CN116914845A - 一种需求响应与碳捕集调度耦合的电网调度方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种需求响应与碳捕集调度耦合的电网调度方法及系统，包括：将预设时段的调度数据输入预先构建的低碳经济优化调度模型中，获取电力系统的低碳经济优化调度计划；根据所述低碳经济优化调度计划，进行电网调度；其中，所述低碳经济优化调度模型是通过各交易主体的需求响应交易模型和碳捕集机组功率模型进行构建的；本发明通过将各交易主体的需求响应交易模型和碳捕获机组功率模型进行结合，建立电力系统的低碳经济优化调度模型，获取低碳经济优化调度计划，进行电网调度，不仅减少了节能减排的成本，而且充分考虑到减少碳排放的目标，因此在经济性和低碳性两方面都具有优越性，从而可充分降低成本投入、减少碳排放和环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统低碳化需求响应交易技术领域，具体涉及一种需求响应与碳捕集调度耦合的电网调度及系统。
背景技术
随着可再生能源发电并网的规模增加，电力行业作为最具有碳减排潜力的行业之一，既承担着减少碳排放的社会责任，又承受着维护电网稳定运行的压力。而以电动汽车、分布式能源为代表的新型负荷侧资源通过需求响应等方式，可以有效缓解电力系统用电高峰期的供电压力，帮助新能源的消纳和削峰填谷。
需求响应即电力需求响应的简称，是指当电力批发市场价格升高或者系统受到威胁时，用户接受到供电方发出的诱导性减少负荷的直接补偿通知或者电力价格上升信号后，改变其固有的习惯用电模式，达到减少或者推移某时段的用电负荷而响应电力供应，从而保障电网稳定，并抑制电价上升的短期行为。此外，需求响应的时段往往是用电高峰期，碳排放量大，可调节负荷资源参与需求响应后，发电侧可以减少发电量，也就是减少了碳排放量。因此，需求响应也可以更加高效地降低源荷双方的碳排放量。
碳捕集与封存技术是目前最为关键的低碳技术之一，对实现零碳排放和负碳排放的目标至关重要。目前，二氧化碳捕集、利用和封存技术受到了广泛关注，碳捕集电厂将逐步取代传统火电厂成为发电的重要组成成分。在未来一段时间里，传统的火力发电仍占据电源结构的主要部分，完成传统火电厂低碳化改造是实现碳达峰碳中和目标的必行之路。而碳捕集技术是一种以降低火电机组碳排放为目的的技术，因此广泛应用于传统火电厂低碳化改造。碳捕集电厂可以与需求响应协调配合，寻求更好的碳减排效益和经济效益。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种需求响应与碳捕集调度耦合的电网调度方法，包括：
将预设时段的调度数据输入预先构建的低碳经济优化调度模型中，获取电力系统的低碳经济优化调度计划；
根据所述低碳经济优化调度计划，进行电网调度；
其中，所述低碳经济优化调度模型是通过各交易主体的需求响应交易模型和碳捕集机组功率模型进行构建的。
优选的，所述交易主体至少包括下述中的一种或多种：电网运营商和负荷聚合商。
优选的，所述调度数据至少包括下述中的一种或多种：负荷聚合商可以提供的需求响应量、需求响应价格、电网运营商运行稳定性可靠性的等值收益、负荷聚合商在需求响应交易中获得的收益、负荷聚合商在需求响应交易中向内部聚合的负荷侧资源支付的成本、碳捕集机组的输出功率和总能耗。
优选的，所述各交易主体需求响应交易模型的构建过程，包括：
获取预设电力需求响应框架，基于所述电力需求响应框架确定交易主体；
基于所述交易主体，以最小化需求响应交易成本为目标，通过所述电网运营商为负荷聚合商发送预设时段的需求响应价格；
基于所述需求响应价格，以最大化其参与需求响应交易的利润为目标，通过所述负荷聚合商为所述电网运营商发送预设时段的需求响应量；
通过所述电网运营商接受到的所述预设时段的需求响应量，确定各预设时段的均衡价格和需求响应交易量；
根据所述各预设时段的均衡价格和需求响应交易量，构建电网运营商的需求响应交易模型和负荷聚合商的需求响应交易模型。
优选的，所述电网运营商的需求响应交易模型计算式如下：
式中：表示第t个时段电网运营商的需求响应交易成本；θt为第t个时段的需求响应价格；/>为第t个时段第i个负荷聚合商向电网运营商出售的响应容量；/>表示第t个时段电网运营商运行稳定性可靠性的等值收益。
优选的，所述负荷聚合商的需求响应交易模型计算式如下：
式中：表示第t个时段第i个负荷聚合商在需求响应交易中获得的收益；/>为第t个时段第i个负荷聚合商向电网运营商出售的响应容量；θt为第t个时段的需求响应价格；/>表示第t个时段第i个负荷聚合商中向内部聚合的第j个负荷侧资源支付的成本。
优选的，所述碳捕集机组功率模型计算式如下：
式中，表示碳捕集机组e在t时段的调度出力；/>表示碳捕集机组e在t时段的净输出功率；/>表示碳捕集机组e在t时段的总能耗；e、t分别代表碳捕集机组编号和调度时段。
优选的，所述电力系统的低碳经济优化调度模型的构建过程，包括：
根据所述各交易主体需求响应交易模型和碳捕集机组功率模型，以电力系统的低碳经济优化为目标，确定碳捕集机组的碳配额交易成本、需求响应交易成本和碳捕集机组的发电成本；
根据所述碳捕集机组的碳配额交易成本、需求响应交易成本和和碳捕集机组的发电成本，建立电力系统的低碳经济优化调度模型。
优选的，所述碳捕集机组的发电成本计算式如下：
式中，Cccpg表示所有碳捕集机组的总发电成本；表示碳捕集机组运行的3次项成本系数；/>表示碳捕集机组运行的2次项成本系数；/>表示碳捕集机组运行的1次项成本系数；/>表示碳捕集机组运行的常数项成本系数；Ye,t表示碳捕集机组e的开启状态；Ze,t表示碳捕集机组e的停止状态；/>表示碳捕集机组e的开启状态成本；/>表示碳捕集机组e的停止状态成本；EG表示碳捕集机组总数；/>表示表示碳捕集机组e在t时段的净输出功率；/>表示碳捕集机组e在t时段的总能耗；e、t分别表示碳捕集机组编号和调度时段；Ie,t表示碳捕集机组e在t时段的运行状态。
优选的，所述碳配额交易成本的计算式如下：
式中，Cct为碳配额交易成本；表示碳捕集机组e的3次项碳交易成本分配系数；表示碳捕集机组e的2次项碳交易成本分配系数；/>表示碳捕集机组e的1次项碳交易成本分配系数；/>表示碳捕集机组e的常数项碳交易成本分配系数；ΔEcar为碳捕集机组的CO2排放量减去碳排放配额后的碳排放量。
优选的，所述电力系统的低碳经济优化调度模型计算式如下：
minCtotal＝min(Cpay+Cct+Cccpg)
式中，Ctotal为系统总成本；Cpay为系统的需求响应交易成本；Cct为碳配额交易成本；Cccpg为所有碳捕集机组的总发电成本。
基于同一发明构思，本发明还提供一种需求响应与碳捕集调度耦合的电网调度系统，包括：
调度计划获取模块，用于将预设时段的调度数据输入预先构建的低碳经济优化调度模型中，获取电力系统的低碳经济优化调度计划；
电网调度模块，用于根据所述低碳经济优化调度计划，进行电网调度；
其中，所述低碳经济优化调度模型是通过各交易主体的需求响应交易模型和碳捕集机组功率模型进行构建的。
优选的，所述交易主体至少包括下述中的一种或多种：电网运营商和负荷聚合商。
优选的，所述调度计划获取模块中的调度数据至少包括下述中的一种或多种：负荷聚合商可以提供的需求响应量、需求响应价格、电网运营商运行稳定性可靠性的等值收益、负荷聚合商在需求响应交易中获得的收益、负荷聚合商在需求响应交易中向内部聚合的负荷侧资源支付的成本、碳捕集机组输出功率和总能耗。
优选的，所述各交易主体需求响应交易模型的构建过程，包括：
获取预设电力需求响应框架，基于所述电力需求响应框架确定交易主体；
基于所述交易主体，以最小化需求响应交易成本为目标，通过所述电网运营商为负荷聚合商发送预设时段的需求响应价格；
基于所述需求响应价格，以最大化其参与需求响应交易的利润为目标，通过所述负荷聚合商为所述电网运营商发送预设时段的需求响应量；
通过所述电网运营商接受到的所述预设时段的需求响应量，确定各预设时段的均衡价格和需求响应交易量；
根据所述各预设时段的均衡价格和需求响应交易量，构建电网运营商的需求响应交易模型和负荷聚合商的需求响应交易模型。
优选的，所述电网运营商的需求响应交易模型计算式如下：
式中：表示第t个时段电网运营商的需求响应交易成本；θt为第t个时段的需求响应价格；/>为第t个时段第i个负荷聚合商向电网运营商出售的响应容量；/>表示第t个时段电网运营商运行稳定性可靠性的等值收益。
优选的，所述负荷聚合商的需求响应交易模型计算式如下：
式中：表示第t个时段第i个负荷聚合商在需求响应交易中获得的收益；/>为第t个时段第i个负荷聚合商向电网运营商出售的响应容量；θt为第t个时段的需求响应价格；/>表示第t个时段第i个负荷聚合商中向内部聚合的第j个负荷侧资源支付的成本。
优选的，所述碳捕集机组功率模型计算式如下：
式中，表示碳捕集机组e在t时段的调度出力；/>表示碳捕集机组e在t时段的净输出功率；/>表示碳捕集机组e在t时段的总能耗；e、t分别代表碳捕集机组编号和调度时段。
优选的，所述电力系统的低碳经济优化调度模型的构建过程，包括：
根据所述各交易主体需求响应交易模型和碳捕集机组功率模型，以电力系统的低碳经济优化为目标，确定碳捕集机组的碳配额交易成本、需求响应交易成本和碳捕集机组的发电成本；
根据所述碳捕集机组的碳配额交易成本、需求响应交易成本和碳捕集机组的发电成本，建立电力系统的低碳经济优化调度模型。
优选的，所述碳捕集机组的发电成本计算式如下：
式中，Cccpg表示所有碳捕集机组的总发电成本；表示碳捕集机组运行的3次项成本系数；/>表示碳捕集机组运行的2次项成本系数；/>表示碳捕集机组运行的1次项成本系数；/>表示碳捕集机组运行的常数项成本系数；Ye,t表示碳捕集机组e的开启状态；Ze,t表示碳捕集机组e的停止状态；/>表示碳捕集机组e的开启状态成本；/>表示碳捕集机组e的停止状态成本；EG表示碳捕集机组总数；/>表示表示碳捕集机组e在t时段的净输出功率；/>表示碳捕集机组e在t时段的总能耗；e、t分别表示碳捕集机组编号和调度时段；Ie,t表示碳捕集机组e在t时段的运行状态。
优选的，所述碳配额交易成本的计算式如下：
式中，Cct为碳配额交易成本；表示碳捕集机组e的3次项碳交易成本分配系数；/>表示碳捕集机组e的2次项碳交易成本分配系数；/>表示碳捕集机组e的1次项碳交易成本分配系数；/>表示碳捕集机组e的常数项碳交易成本分配系数；ΔEcar为碳捕集机组的CO2排放量减去碳排放配额后的碳排放量。
优选的，所述电力系统的低碳经济优化调度模型计算式如下：
minCtotal＝min(Cpay+Cct+Cccpg)
式中，Ctotal为系统总成本；Cpay为系统的需求响应交易成本；Cct为碳配额交易成本；Cccpg为所有碳捕集机组的总发电成本。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
本发明提供一种需求响应与碳捕集调度耦合的电网调度方法及系统，包括：将预设时段的调度数据输入预先构建的低碳经济优化调度模型中，获取电力系统的低碳经济优化调度计划；根据所述低碳经济优化调度计划，进行电网调度；其中，所述低碳经济优化调度模型是通过各交易主体的需求响应交易模型和碳捕集机组功率模型进行构建的；本发明通过将各交易主体的需求响应交易模型和碳捕获机组功率模型进行结合，建立电力系统的低碳经济优化调度模型，并根据所述低碳经济优化调度模型，获取低碳经济优化调度计划，进行电网调度，不仅减少了节能减排的成本，而且充分考虑到减少碳排放的目标，因此在经济性和低碳性两方面都具有优越性，从而可充分降低成本投入、减少碳排放和环境污染。
附图说明
图1为本发明提供的一种需求响应与碳捕集调度耦合的电网调度方法；
图2为本发明提供的各交易主体的交易模型及过程图；
图3为本发明提供三种情景下的调度成本和碳排放量对比图；
图4为本发明提供的需求响应容量对交易成本和碳排放量的影响示意图；
图5为本发明提供的一种需求响应与碳捕集调度耦合的电网调度系统中模块连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
实施例1：
本发明提供的一种需求响应与碳捕集调度耦合的电网调度方法流程示意图如图1所示，包括：
步骤1：将预设时段的调度数据输入预先构建的低碳经济优化调度模型中，获取电力系统的低碳经济优化调度计划；
步骤2：根据所述低碳经济优化调度计划，进行电网调度；
其中，所述低碳经济优化调度模型是通过各交易主体的需求响应交易模型和碳捕集机组功率模型进行构建的。
具体的，在所述步骤1之前需要预先建立低碳经济优化调度模型：
其中，所述低碳经济优化调度模型是通过各交易主体的需求响应交易模型和碳捕集机组功率模型进行构建的；
所述交易主体至少包括下述中的一种或多种：电网运营商和负荷聚合商。
所述调度数据至少包括下述中的一种或多种：负荷聚合商可以提供的需求响应量、需求响应价格、电网运营商运行稳定性可靠性的等值收益、负荷聚合商在需求响应交易中获得的收益、负荷聚合商在需求响应交易中向内部聚合的负荷侧资源支付的成本、碳捕集机组输出功率和总能耗；
所述各交易主体需求响应交易模型的构建过程，包括：
获取预设电力需求响应框架，基于所述电力需求响应框架确定交易主体；
基于所述交易主体，以最小化需求响应交易成本为目标，通过所述电网运营商为负荷聚合商发送预设时段的需求响应价格；
基于所述需求响应价格，以最大化其参与需求响应交易的利润为目标，通过所述负荷聚合商为所述电网运营商发送预设时段的需求响应量；
通过所述电网运营商接受到的所述预设时段的需求响应量，确定各预设时段的均衡价格和需求响应交易量；
根据所述各预设时段的均衡价格和需求响应交易量，构建电网运营商的需求响应交易模型和负荷聚合商的需求响应交易模型。
所述电网运营商的需求响应交易模型计算式如下：
式中：表示第t个时段电网运营商的需求响应交易成本；θt为第t个时段的需求响应价格；/>为第t个时段第i个负荷聚合商向电网运营商出售的响应容量；/>表示第t个时段电网运营商运行稳定性可靠性的等值收益。
其中，电网运营商运行稳定性可靠性的等值收益：
式中：τi,t为第t个时段电网运营商分配给第i个负荷聚合商成本比例；为第t个时段第i个负荷聚合商向电网运营商出售的响应容量；n表示负荷聚合商总数；Fi表示的二次函数；
式中：为第t个时段第i个负荷聚合商向电网运营商出售的响应容量；/>为第t个时段发电机组的总运行成本；/>表示第t0个时段发电机组的初始运行成本；T表示总时间段；I表示负荷聚合商总数。
所述负荷聚合商的需求响应交易模型计算式如下：
式中：表示第t个时段第i个负荷聚合商在需求响应交易中获得的收益；/>为第t个时段第i个负荷聚合商向电网运营商出售的响应容量；θt为第t个时段的需求响应价格；/>表示第t个时段第i个负荷聚合商中向内部聚合的第j个负荷侧资源支付的成本；
其中，
式中：ζi,j为第i个负荷聚合商中第j个负荷侧资源的经济折算系数；Hi,j,t为第i个负荷聚合商中第j个负荷侧资源的用电满意度系数；
式中，Hi,j,t为第i个负荷聚合商中第j个负荷侧资源的用电满意度系数；ω和为用于描述用电满意度和计算电满意度相关的常数；/>为第i个负荷聚合商中第j个负荷侧资源t时段参与需求响应之前的用电负荷；/>为第i个负荷聚合商中第j个负荷侧资源t时段向电网运营商出售的响应容量。
其中，如图2所示，在平台为主导模式下的需求响应交易框架下，有两个交易主体：
①电网运营商(Power Grid Operators,PGO)，通过购买需求响应服务，提高配电网(DN)的运行可靠性，将参与需求响应交易所耗费的成本最小化；
②负荷聚合商(Load Aggregator，LA)，则是通过聚合柔性负荷资源来提供需求响应服务，将参与需求响应交易所获得的利润最大化；
各交易主体的交易过程如下：个交易过程可分为三个阶段。在第一个阶段中，假设一天有T个时段需要进行需求响应，PGO作为先行者，为LA群发布一天内T个时段的需求响应价格，每个时段t,(t∈T)内的价格是统一的，目的在于将PGO参与响应交易所花费的成本最小化；
然后，每个LA接收到不同时刻所对应的需求响应价格后，将会决定其在不同时段的需求响应量，以最大化其参与需求响应交易的利润。最后，当PGO收到所有LA对于不同时段的需求响应量后，对需求响应市场进行出清，发布最终各时段对应的均衡交易价格和交易量。
具体的，所述碳捕集机组功率模型计算式如下：
式中，表示碳捕集机组e在t时段的调度出力；/>表示碳捕集机组e在t时段的净输出功率；/>表示碳捕集机组e在t时段的总能耗；e、t分别代表碳捕集机组编号和调度时段；
其中，
式中，Ie,t表示碳捕集机组e在t时段的运行状态；Re表示碳捕集机组e的总档位；re,t表示碳捕集机组e在t时段的档位；表示碳捕集机组e在t时段的最大运行能耗；/>为碳捕集机组e在t时段的维持能耗。
所述电力系统的低碳经济优化调度模型的构建过程，包括：
根据所述各交易主体需求响应交易模型和碳捕集机组功率模型，以电力系统的低碳经济优化为目标，确定碳捕集机组的碳配额交易成本、需求响应交易成本和碳捕集机组的发电成本；
根据所述碳捕集机组的碳配额交易成本、需求响应交易成本和和碳捕集机组的发电成本，建立电力系统的低碳经济优化调度模型。
所述碳捕集机组的发电成本计算式如下：
式中，Cccpg表示所有碳捕集机组的总发电成本；表示碳捕集机组运行的3次项成本系数；/>表示碳捕集机组运行的2次项成本系数；/>表示碳捕集机组运行的1次项成本系数；/>表示碳捕集机组运行的常数项成本系数；Ye,t表示碳捕集机组e的开启状态；Ze,t表示碳捕集机组e的停止状态；/>表示碳捕集机组e的开启状态成本；/>表示碳捕集机组e的停止状态成本；EG表示碳捕集机组总数；/>表示表示碳捕集机组e在t时段的净输出功率；/>表示碳捕集机组e在t时段的总能耗；e、t分别表示碳捕集机组编号和调度时段；Ie,t表示碳捕集机组e在t时段的运行状态。
所述碳配额交易成本的计算式如下：
式中，Cct为碳配额交易成本；表示碳捕集机组e的3次项碳交易成本分配系数；表示碳捕集机组e的2次项碳交易成本分配系数；/>表示碳捕集机组e的1次项碳交易成本分配系数；/>表示碳捕集机组e的常数项碳交易成本分配系数；ΔEcar为碳捕集机组的CO2排放量减去碳排放配额后的碳排放量；
其中，ΔEcar＝E-Q
式中，Q为碳捕集机组分配到的总碳排放配额；γ为单位碳排放配额分配系数；EG为碳捕集机组总数；表示碳捕集机组e在t时段的净输出功率；/>表示碳捕集机组e在t时段的总能耗；e、t分别代表碳捕集机组编号和调度时段；E为碳捕集机组的CO2排放量；T表示总时间段。
其中，
式中：E为碳捕集机组的CO2排放量；表示碳捕集机组e的3次项排放系数；/>表示碳捕集机组e的2次项排放系数；/>表示碳捕集机组e的1次项排放系数；/>表示碳捕集机组e的常数项排放系数；η为碳捕集效率；Ie,t表示碳捕集机组e在t时段的运行状态；/>表示碳捕集机组e在t时段的净输出功率；/>表示碳捕集机组e在t时段的总能耗；EG表示碳捕集机组总数；T表示总时间段。
具体的，所述电力系统的低碳经济优化调度模型计算式如下：
minCtotal＝min(Cpay+Cct+Cccpg)
式中，Ctotal为系统总成本；Cpay为系统的需求响应交易成本；Cct为碳配额交易成本；Cccpg为所有碳捕集机组的总发电成本。
其中，
式中，Cccpg表示所有碳捕集机组的总发电成本；表示碳捕集机组运行的3次项成本系数；/>表示碳捕集机组运行的2次项成本系数；/>表示碳捕集机组运行的1次项成本系数；/>表示碳捕集机组运行的常数项成本系数；Ye,t表示碳捕集机组e的开启状态；Ze,t表示碳捕集机组e的停止状态；/>表示碳捕集机组e的开启状态成本；/>表示碳捕集机组e的停止状态成本；EG表示碳捕集机组总数；/>表示表示碳捕集机组e在t时段的净输出功率；/>表示碳捕集机组e在t时段的总能耗；e、t分别表示碳捕集机组编号和调度时段；Ie,t表示碳捕集机组e在t时段的运行状态。
实施例2：根据本发明提供的一种需求响应与碳捕集调度耦合的电网调度方法对预设地区的电力系统进行如下分析：
将该电力系统中的火电机组数量设为6台，其中1号和2号为碳捕集机组，即在常规的火电机组上增加碳捕集装置，并且将这两个机组视作常开机组，其中，3，4，5，6号机组为需求侧资源。
本发明将DR的每个时间段内所调度的响应上限设置为对应该时间段总负荷的7％，将日总响应上限设置为280MW·h，参与需求响应侧的资源不仅包括电动汽车，还包括5G基站、数据中心以及储能电站等。
本实施例只考虑电动汽车以及储能电站，假设参与本文需求响应交易的电动车数量为10000量，每辆车的电池容量为24kWh，放电功率12kWh，储能电站数量为2台，每个储能电站的容量为600MWh，功率为30MW，为了不影响电动车车主群体的正常通行，将电动车向电网提供的总电量设置为不超过电动汽车参与调度总容量的50％，即125MW。
将5:00至22:00这一段时间定义为其可参与调度的时间段；本章的分布式电源主要包括光伏式发电机组以及小型风电机组，其中光伏式发电机组是未来分布式电源的主力军，设分布式电源在白天(具体大致时间设为06:00-18:00)时拥有较高的功率输出，其中白天最高输出功率为28MW，最低输出功率为13MW。
分布式电源一天总的调度量下限为210MW。碳捕集机组中碳捕集装置捕集单位CO2所消耗的能量为0.274MWh/。碳交易价格K取22美元/t，假设该电网的区域电量边际排放因子OM为0.899，容量边际排放因子为0.4178，将两者的权重各视作50％，通过加权平均最终得到该电网的排放因子基准为0.651。
为了体现所提模型的有效性和优越性，设计了三种不同情景进行比较分析:
情景1:调度时不考虑碳捕集设备和需求响应交易；
情景2:考虑需求响应交易的调度模型，但机组没有碳捕集设备；
情景3:系统考虑需求响应交易，且机组加装碳捕集设备进行调度，即本发明所提模型。
三种情景的调度成本和碳排放量对比如图3所示，图3左轴为交易成本相关数据，右轴为碳排放量相关数据。从图3中可以看出，三种情景的调度成本依次减小；
情景2中由于需求响应的参与，发电成本相较情景1更小，因此总成本降低了；
情景3相较情景1和情景2而言，情景3不仅由于需求响应降低了机组的发电成本，而且由于增加了碳捕集设备，碳交易成本也大幅降低，因此总成本相较情景2可以进一步下降，为三类情景中成本最小的。
从碳排放量来看，三种情景的碳排放量也是依次降低的。情景2由于需求响应的存在，机组出力减少，因此碳排放量比情景1更低。情景3中，由于不仅存在需求响应，而且机组加装了碳捕集设备，因此碳排放量进一步下降，为三种情景中的最小碳排放量情景。
为了进一步分析需求响应对于调度成本及碳排放量的影响，分别假设需求响应容量为50MW、100MW和150MW。同时，为了鼓励需求响应资源参与调度，假设需求响应价格实行阶梯价格模式，响应量越高则响应价格越高，分别为0.25$/kW、0.3$/kW和0.35$/kW。则三种需求响应容量下的调度成本及碳排放量情况如图4所示，从图4可以看出，随着需求响应容量的增加，虽然需求响应的成本在上升，但调度总成本在仍然在降低。从碳排放量来看，随着需求响应容量的上升，碳排放量在迅速下降。
实施例3：
本发明提供的一种需求响应与碳捕集调度耦合的电网调度系统模块连接示意图如图5所示，包括：
调度计划获取模块，用于将预设时段的调度数据输入预先构建的低碳经济优化调度模型中，获取电力系统的低碳经济优化调度计划；
电网调度模块，用于根据所述低碳经济优化调度计划，进行电网调度；
其中，所述低碳经济优化调度模型是通过各交易主体的需求响应交易模型和碳捕集机组功率模型进行构建的。
具体的，所述调度计划获取模块用于：
用于将预设时段的调度数据输入预先构建的低碳经济优化调度模型中，获取电力系统的低碳经济优化调度计划；
其中，所述低碳经济调度模型是通过各交易主体的需求响应交易模型和碳捕集机组功率模型进行构建的；
所述交易主体至少包括下述中的一种或多种：电网运营商和负荷聚合商；
所述调度计划获取模块中的调度数据至少包括下述中的一种或多种：负荷聚合商可以提供的需求响应量、需求响应价格、电网运营商运行稳定性可靠性的等值收益、负荷聚合商在需求响应交易中获得的收益、负荷聚合商在需求响应交易中向内部聚合的负荷侧资源支付的成本、碳捕集机组的输出功率和总能耗。
所述各交易主体需求响应交易模型的构建过程，包括：
获取预设电力需求响应框架，基于所述电力需求响应框架确定交易主体；
基于所述交易主体，以最小化需求响应交易成本为目标，通过所述电网运营商为负荷聚合商发送预设时段的需求响应价格；
基于所述需求响应价格，以最大化其参与需求响应交易的利润为目标，通过所述负荷聚合商为所述电网运营商发送预设时段的需求响应量；
通过所述电网运营商接受到的所述预设时段的需求响应量，确定各预设时段的均衡价格和需求响应交易量；
根据所述各预设时段的均衡价格和需求响应交易量，构建电网运营商的需求响应交易模型和负荷聚合商的需求响应交易模型。
所述电网运营商的需求响应交易模型计算式如下：
式中：表示第t个时段电网运营商的需求响应交易成本；θt为第t个时段的需求响应价格；/>为第t个时段第i个负荷聚合商向电网运营商出售的响应容量；/>表示第t个时段电网运营商运行稳定性可靠性的等值收益。。
所述负荷聚合商的需求响应交易模型计算式如下：
式中：表示第t个时段第i个负荷聚合商在需求响应交易中获得的收益；/>为第t个时段第i个负荷聚合商向电网运营商出售的响应容量；θt为第t个时段的需求响应价格；/>表示第t个时段第i个负荷聚合商中向内部聚合的第j个负荷侧资源支付的成本。
所述碳捕集机组功率模型计算式如下：
式中，表示碳捕集机组e在t时段的调度出力；/>表示碳捕集机组e在t时段的净输出功率；/>表示碳捕集机组e在t时段的总能耗；e、t分别代表碳捕集机组编号和调度时段；
具体的，所述电力系统的低碳经济优化调度模型的构建过程，包括：
根据所述各交易主体需求响应交易模型和碳捕集机组功率模型，以电力系统的低碳经济为目标，确定碳捕集机组的碳配额交易成本、需求响应交易成本和碳捕集机组的发电成本；
根据约束条件、所述碳捕集机组的碳配额交易成本、需求响应交易成本和碳捕集机组的发电成本，建立电力系统的低碳经济优化调度模型。
所述碳捕集机组的发电成本计算式如下：
式中，Cccpg表示所有碳捕集机组的总发电成本；表示碳捕集机组运行的3次项成本系数；/>表示碳捕集机组运行的2次项成本系数；/>表示碳捕集机组运行的1次项成本系数；/>表示碳捕集机组运行的常数项成本系数；Ye,t表示碳捕集机组e的开启状态；Ze,t表示碳捕集机组e的停止状态；/>表示碳捕集机组e的开启状态成本；/>表示碳捕集机组e的停止状态成本；EG表示碳捕集机组总数；/>表示表示碳捕集机组e在t时段的净输出功率；/>表示碳捕集机组e在t时段的总能耗；e、t分别表示碳捕集机组编号和调度时段；Ie,t表示碳捕集机组e在t时段的运行状态。
所述碳配额交易成本的计算式如下：
式中，Cct为碳配额交易成本；表示碳捕集机组e的3次项碳交易成本分配系数；表示碳捕集机组e的2次项碳交易成本分配系数；/>表示碳捕集机组e的1次项碳交易成本分配系数；/>表示碳捕集机组e的常数项碳交易成本分配系数；ΔEcar为碳捕集机组的CO2排放量减去碳排放配额后的碳排放量。
具体的，所述电力系统的低碳经济优化调度模型计算式如下：
minCtotal＝min(Cpay+Cct+Cccpg)
式中，Ctotal为系统总成本；Cpay为系统的需求响应交易成本；Cct为碳配额交易成本；Cccpg为所有碳捕集机组的总发电成本。
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。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本发明后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (12)
1.一种需求响应与碳捕集调度耦合的电网调度方法，其特征在于，包括：
将预设时段的调度数据输入预先构建的低碳经济优化调度模型中，获取电力系统的低碳经济优化调度计划；
根据所述低碳经济优化调度计划，进行电网调度；
其中，所述低碳经济优化调度模型是通过各交易主体的需求响应交易模型和碳捕集机组功率模型进行构建的。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交易主体至少包括下述中的一种或多种：电网运营商和负荷聚合商。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述调度数据至少包括下述中的一种或多种：负荷聚合商可以提供的需求响应量、需求响应价格、电网运营商运行稳定性可靠性的等值收益、负荷聚合商在需求响应交易中获得的收益、负荷聚合商在需求响应交易中向内部聚合的负荷侧资源支付的成本、碳捕集机组的净输出功率和总能耗。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各交易主体需求响应交易模型的构建过程，包括：
获取预设电力需求响应框架，基于所述电力需求响应框架确定交易主体；
基于所述交易主体，以最小化需求响应交易成本为目标，通过所述电网运营商为负荷聚合商发送预设时段的需求响应价格；
基于所述需求响应价格，以最大化其参与需求响应交易的利润为目标，通过所述负荷聚合商为所述电网运营商发送预设时段的需求响应量；
通过所述电网运营商接受到的所述预设时段的需求响应量，确定各预设时段的均衡价格和需求响应交易量；
根据所述各预设时段的均衡价格和需求响应交易量，构建电网运营商的需求响应交易模型和负荷聚合商的需求响应交易模型。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电网运营商的需求响应交易模型计算式如下：
式中：表示第t个时段电网运营商的需求响应交易成本；θt为第t个时段的需求响应价格；/>为第t个时段第i个负荷聚合商向电网运营商出售的响应容量；/>表示第t个时段电网运营商运行稳定性可靠性的等值收益。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述负荷聚合商的需求响应交易模型计算式如下：
式中：表示第t个时段第i个负荷聚合商在需求响应交易中获得的收益；/>为第t个时段第i个负荷聚合商向电网运营商出售的响应容量；θt为第t个时段的需求响应价格；表示第t个时段第i个负荷聚合商中向内部聚合的第j个负荷侧资源支付的成本。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳捕集机组功率模型计算式如下：
式中，表示碳捕集机组e在t时段的调度出力；/>表示碳捕集机组e在t时段的净输出功率；/>表示碳捕集机组e在t时段的总能耗；e、t分别代表碳捕集机组编号和调度时段。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电力系统的低碳经济优化调度模型的构建过程，包括：
根据所述各交易主体需求响应交易模型和碳捕集机组功率模型，以电力系统的低碳经济优化为目标，确定碳捕集机组的碳配额交易成本、需求响应交易成本和碳捕集机组的发电成本；
根据所述碳捕集机组的碳配额交易成本、需求响应交易成本和和碳捕集机组的发电成本，建立电力系统的低碳经济优化调度模型。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述碳捕集机组的发电成本计算式如下：
式中，Cccpg表示所有碳捕集机组的总发电成本；表示碳捕集机组运行的3次项成本系数；/>表示碳捕集机组运行的2次项成本系数；/>表示碳捕集机组运行的1次项成本系数；/>表示碳捕集机组运行的常数项成本系数；Ye,t表示碳捕集机组e的开启状态；Ze,t表示碳捕集机组e的停止状态；/>表示碳捕集机组e的开启状态成本；/>表示碳捕集机组e的停止状态成本；EG表示碳捕集机组总数；/>表示表示碳捕集机组e在t时段的净输出功率；/>表示碳捕集机组e在t时段的总能耗；e、t分别表示碳捕集机组编号和调度时段；Ie,t表示碳捕集机组e在t时段的运行状态。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述碳配额交易成本的计算式如下：
式中，Cct表示碳配额交易成本；表示碳捕集机组e的3次项碳交易成本分配系数；/>表示碳捕集机组e的2次项碳交易成本分配系数；/>表示碳捕集机组e的1次项碳交易成本分配系数；/>表示碳捕集机组e的常数项碳交易成本分配系数；ΔEcar为碳捕集机组的CO2排放量减去碳排放配额后的碳排放量。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电力系统的低碳经济优化调度模型计算式如下：
minCtotal＝min(Cpay+Cct+Cccpg)
式中，Ctotal为系统总成本；Cpay为系统的需求响应交易成本；Cct为碳配额交易成本；Cccpg为所有碳捕集机组的总发电成本。
12.一种需求响应与碳捕集调度耦合的电网调度系统，其特征在于，包括：
调度计划获取模块，用于将预设时段的调度数据输入预先构建的低碳经济优化调度模型中，获取电力系统的低碳经济优化调度计划；
电网调度模块，用于根据所述低碳经济优化调度计划，进行电网调度；
其中，所述低碳经济优化调度模型是通过各交易主体的需求响应交易模型和碳捕集机组功率模型进行构建的。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117974169A (zh) * | 2024-03-29 | 2024-05-03 | 浙江省发展规划研究院 | 一种重点排放行业的减排技术布局方法及装置 |
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2023
- 2023-06-02 CN CN202310645639.4A patent/CN116914845A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117974169A (zh) * | 2024-03-29 | 2024-05-03 | 浙江省发展规划研究院 | 一种重点排放行业的减排技术布局方法及装置 |
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