CN117634757A - 一种虚拟电厂运营商数据优化调度方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力系统调度技术领域，本发明提供了一种虚拟电厂运营商数据优化调度方法及系统，以虚拟电厂运营商总收益最大和总碳排放量最小为目标函数，以各类型能量供需和转换平衡为约束条件，建立虚拟电厂运营商优化调度模型；基于电碳权重的线性加权和法为采用电碳权重替代线性加权模型中的权重，求解虚拟电厂运营商优化调度模型；根据得到的求解虚拟电厂运营商优化调度模型的结果，得到虚拟电厂运营商的电能和热能定价结果以及此时的收益和碳排放量。本发明可以使得虚拟电厂运营商在权衡总收益和总碳排放量的情况下合理制定售卖电能及热能的定价策略，保证具体应用时，优化调度策略的可行性、准确性。
Description
技术领域
本发明属于电力系统调度技术领域，涉及一种虚拟电厂运营商数据优化调度方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
随着科学技术的发展和人类需求的提升，能源需求也不断增长，过度使用化石能源会导致环境污染问题等意识也在逐步普及，新能源、可再生能源在近些年得到了大力发展。
虚拟电厂是一种通过先进信息通信技术和软件系统，实现分布式电源DG、储能系统、可控负荷、电动汽车等分布式能源资源的聚合和协调优化，以作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统。虚拟电厂最具吸引力的功能在于能够聚合电源协调管理系统参与电力市场和辅助服务市场运行，为配电网和输电网提供管理和辅助服务。
而虚拟电厂的运行模式是将各类可调负荷资源汇聚，根据电网削峰填谷的需求，进行线上填报，计划下发，执行反馈，类似于线上工单派单系统。电网给调度指令计划，需求响应调控计划，提前设定时间再下发计划，虚拟电厂运营商，将计划告知客户，确定负荷的投运/停运时段。对于虚拟电厂的优化调度，可以有效的缓解分布式发电的负面效应，提高电网运行稳定性，高效利用和促进分布式能源发电，以市场手段促进发电资源的优化配置，具有较高的技术、应用价值。
据发明人了解，现有的虚拟电厂的优化配置研究中，常用线性加权和法进行目标优化，但这种优化过程中往往会忽略虚拟电厂电价定价问题，且权重的设置也通常使用线性加权模型中的本身的权重，容易出现优化目标求解不准确，无法直接实现虚拟电厂电价优化和碳排放量优化的平衡。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种虚拟电厂运营商数据优化调度方法及系统，本发明可以使得虚拟电厂运营商在权衡总收益和总碳排放量的情况下合理制定售卖电能及热能的定价策略，保证具体应用时，优化调度策略的可行性、准确性。
根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
一种虚拟电厂运营商数据优化调度方法，包括以下步骤：
以虚拟电厂运营商总收益最大和总碳排放量最小为目标函数，以各类型能量供需和转换平衡为约束条件，建立虚拟电厂运营商优化调度模型；
采用基于电碳权重的线性加权和法求解虚拟电厂运营商优化调度模型，基于电碳权重的线性加权和法为采用电碳权重替代线性加权模型中的权重；
根据得到的求解虚拟电厂运营商优化调度模型的结果，得到虚拟电厂运营商的电能和热能定价结果以及此时的收益和碳排放量。
作为可选择的实施方式，所述虚拟电厂运营商总收益由虚拟电厂运营商售电与售热收入、从电网购买电能成本、购买天然气成本、碳市场交易收益构成。
作为可选择的实施方式，所述虚拟电厂运营商碳排放为燃气轮机和燃气锅炉消耗天然气产生的碳排放量之和。
作为可选择的实施方式，所述约束条件包括能量供需平衡约束、能量转换平衡约束和储能约束；
所述能量供需平衡约束至少包含电能供需平衡和热能供需平衡。
作为可选择的实施方式，在求解目标函数时，为使得虚拟电厂运营商收益达到最大，碳排放量达到最小，综合考虑电碳价格对收益和碳排放量的影响，按照电碳价格制定权重。
作为可选择的实施方式，所述电碳的权重由电碳平均价格、实时价格及电碳价格折算系数决定。
作为进一步的，虚拟电厂运营商总收益f1的权重为λ1，碳排放量f2的权重为λ2，其中：
其中k为电碳价格折算系数，p1为每个标准日平均电价，p2为每个标准日平均碳排放价格，p(t)为实时电价，q(t)为实时碳排放价格。
一种虚拟电厂运营商数据优化调度系统，包括：
模型构建模块，被配置为以虚拟电厂运营商总收益最大和总碳排放量最小为目标函数，以各类型能量供需和转换平衡为约束条件，建立虚拟电厂运营商优化调度模型；
模型求解模块，被配置为采用基于电碳权重的线性加权和法求解虚拟电厂运营商优化调度模型，基于电碳权重的线性加权和法为采用电碳权重替代线性加权模型中的权重；
优化数据确定模块，被配置为根据得到的求解虚拟电厂运营商优化调度模型的结果，得到虚拟电厂运营商的电能和热能定价结果以及此时的收益和碳排放量。
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述方法中的步骤。
一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的方法中的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明针对电碳市场背景下虚拟电厂运营商特点，提出了虚拟电厂运营商优化调度模型，改变了传统电力市场下的虚拟电厂运营商服从市场电能定价的策略，可实现电碳市场背景下虚拟电厂运营商在权衡总收益和总碳排放量的情况下合理制定售卖电能及热能的定价策略，有助于平衡总收益和总碳排放量的同时，达到总收益最大化和总碳排放量最小化，有利于环境保护、生态发电。
本发明提出基于电碳权重求解虚拟电厂运营商优化调度模型，解决了线性加权和求解方法中对两个目标函数合理制定权重的问题，为制定权重提供了新方法，可以使得求解相对容易并更符合实际，保证了求解结果的准确性，能够适用于实际电力系统。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本实施例的基于电碳权重的虚拟电厂运营商优化调度方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
基于电碳权重的虚拟电厂运营商优化调度方法，如图1所示，包括以下步骤：
1)以虚拟电厂运营商总收益最大和总碳排放量最小为目标函数，以各类型能量供需和转换平衡为约束条件，建立虚拟电厂运营商优化调度模型。
(1)目标函数一(虚拟电厂运营商总收益)：
以虚拟电厂运营商的收益最大为目标函数其中有n个标准日，从电网购买电能成本购买天然气成本为/>碳市场交易成本为/>Et为虚拟电厂运营商售电与售热收入，虚拟电厂运营商的总收益为f1。
(1.1)t时段购买电能成本
式中，为t时段购买电能的量，/>为t时段购买的电能价格。
(1.2)t时段购买天然气成本
式中，为t时段购买天然气的价格，/>为t时段购买天然气的量。
(1.3)售电与售热收入
式中，为t时段虚拟电厂运营商出售给用户的电能价格，/>为t时段用户电负荷总量，/>为t时段虚拟电厂运营商出售给用户的热能价格，/>为t时段用户热能负荷。
(1.4)n个标准日内碳市场交易收入
国内多地正在试行碳交易市场，健全碳交易市场能够在一定程度上促进各行业的低碳减排。通过设计固定的碳排放配额，当虚拟电厂运营商产生的碳排放低于该配额时，可将剩余配额拿到碳交易市场进行出售，反之则需要购买超额部分的配额，因此如下设计碳市场交易。
式中，为n个标准日内虚拟电厂运营商碳交易市场售出额度的收益，/>为日总碳排放量，/>为平均每天碳排放量额度，pcm为交易市场碳排放量单位额度的价格。kGB为燃气锅炉消耗天然气的碳排放系数，kGT为燃气轮机消耗天然气的碳排放系数，/>为燃气锅炉消耗天然气的数量，/>为燃气轮机消耗天然气的数量。
(2)目标函数二(虚拟电厂运营商总碳排放量)：
系统的总碳排放量等于燃气轮机和燃气锅炉消耗天然气产生的碳排放量之和：
式中，为燃气锅炉产生的热能，/>为燃气轮机产生的电能，ηGT和ηGB为分别为燃气轮机的发电效率，燃气锅炉的效率，ε为天然气的燃烧热值。
(3)约束条件：
在虚拟电厂综合能源系统中，各类型能量应该保持平衡
(3.1)能量供需平衡约束
①电能在t时段保持供需平衡：
式中，为t时段电负荷，/>为t时段从电网购入电能，/>为风机发出的电能，为t时段燃气轮机产生的电能，/>为t时段储能发出的电能，为正代表储能设备放电，为负代表储能设备充电，/>为时段燃气锅炉产生的热能。
②热能保持供需平衡：
式中，为用户侧热能负荷，/>为t时段燃气锅炉产生热能，/>为t时段燃气轮机产生的热能。
(3.2)能量转换平衡
在虚拟电厂综合能源系统的梯级利用设备中，各设备之间存在不同能量的转换，因此存在以下平衡：
式中，为燃气轮机产生的电能，ηGT和ηGB分别为燃气轮机的发电效率，燃气锅炉的效率；/>为燃气轮机和燃气锅炉的进气量，/>为燃气锅炉产生的热能。
(3.3)储能
式中，为储能k的t时段电荷/热/冷状态，σk为储能k的自放电系数，/>为储能k的充电效率，/>为储能i的放电效率，Δt为时间的间隔，Ek为储能k的容量，/>为t时段储能k的充电功率，/>为t时段储能k的放电功率。
2)采用基于电碳权重的线性加权和法求解虚拟电厂运营商优化调度模型。
评价函数方法是一类求解多目标规划问题的方法。是通过构造一个把多个目标转化为单个数值目标的评价函数，将多目标规划问题归结为求解相应评价函数的数值最优化问题的方法的统称。一般地，采用不同形式的评价函数可求得多目标规划问题的不同意义下的解。常用的评价函数方法有线性加权和法、极大-极小法和理想点法。
线性加权和法是一种评价函数方法。是按各目标的重要性赋予它相应的权系数，然后对其线性组合进行寻优的求解多目标规划问题的方法。即归结为求：
的最优解，其中λk≥0(k＝1,2,……，m)为权系数，且：
线性加权模型，其优点在于实现简单，仅用缩放后的值来代表原目标，求解也相对比较容易。其缺陷在于刻画目标和解不够精细。而制定权重过程需要依据的用户、供应商对不同目标的偏好程度，即使在已了解偏好程度的情况下，如何准确地制定权重仍然是棘手的问题。本发明中，在求解目标函数时，为使得虚拟电厂运营商收益达到最大，碳排放量达到最小，综合考虑电碳价格对收益和碳排放量的影响，按照电碳价格制定权重。
定义虚拟电厂运营商总收益f1的权重为λ1，碳排放量f2的权重为λ2，其中：
其中k为电碳价格折算系数，p1为每个标准日平均电价，p2为每个标准日平均碳排放价格，p(t)为实时电价，q(t)为实时碳排放价格。
3)根据步骤2)得到的求解虚拟电厂运营商优化调度模型的结果，得到虚拟电厂运营商的电能和热能定价结果以及此时的收益和碳排放量。
实施例二
一种虚拟电厂运营商数据优化调度系统，包括：
模型构建模块，被配置为以虚拟电厂运营商总收益最大和总碳排放量最小为目标函数，以各类型能量供需和转换平衡为约束条件，建立虚拟电厂运营商优化调度模型；
模型求解模块，被配置为采用基于电碳权重的线性加权和法求解虚拟电厂运营商优化调度模型，基于电碳权重的线性加权和法为采用电碳权重替代线性加权模型中的权重；
优化数据确定模块，被配置为根据得到的求解虚拟电厂运营商优化调度模型的结果，得到虚拟电厂运营商的电能和热能定价结果以及此时的收益和碳排放量。
实施例三
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行实施例一所述方法中的步骤。
实施例四
一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行实施例一所述的方法中的步骤。
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。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种虚拟电厂运营商数据优化调度方法，其特征是，包括以下步骤：
1)以虚拟电厂运营商总收益最大和总碳排放量最小为目标函数，以各类型能量供需和转换平衡为约束条件，建立虚拟电厂运营商优化调度模型；
2)采用基于电碳权重的线性加权和法求解虚拟电厂运营商优化调度模型，基于电碳权重的线性加权和法为采用电碳权重替代线性加权模型中的权重；
3)根据步骤2)得到的求解虚拟电厂运营商优化调度模型的结果，得到虚拟电厂运营商的电能和热能定价结果以及此时的收益和碳排放量。
2.如权利要求1所述的一种虚拟电厂运营商数据优化调度方法，其特征是，所述虚拟电厂运营商总收益由虚拟电厂运营商售电与售热收入、从电网购买电能成本、购买天然气成本、碳市场交易收益构成。
3.如权利要求1所述的一种虚拟电厂运营商数据优化调度方法，其特征是，所述虚拟电厂运营商碳排放为燃气轮机和燃气锅炉消耗天然气产生的碳排放量之和。
4.如权利要求1所述的一种虚拟电厂运营商数据优化调度方法，其特征是，所述约束条件包括能量供需平衡约束、能量转换平衡约束和储能约束；
所述能量供需平衡约束至少包含电能供需平衡和热能供需平衡。
5.如权利要求1所述的一种虚拟电厂运营商数据优化调度方法，其特征是，在求解目标函数时，为使得虚拟电厂运营商收益达到最大，碳排放量达到最小，综合考虑电碳价格对收益和碳排放量的影响，按照电碳价格制定权重。
6.如权利要求1所述的一种虚拟电厂运营商数据优化调度方法，其特征是，所述电碳的权重由电碳平均价格、实时价格及电碳价格折算系数决定。
7.如权利要求6所述的一种虚拟电厂运营商数据优化调度方法，其特征是，虚拟电厂运营商总收益f1的权重为λ1，碳排放量f2的权重为λ2，其中：
其中k为电碳价格折算系数，p1为每个标准日平均电价，p2为每个标准日平均碳排放价格，p(t)为实时电价，q(t)为实时碳排放价格。
8.一种虚拟电厂运营商数据优化调度系统，其特征是，包括：
模型构建模块，被配置为以虚拟电厂运营商总收益最大和总碳排放量最小为目标函数，以各类型能量供需和转换平衡为约束条件，建立虚拟电厂运营商优化调度模型；
模型求解模块，被配置为采用基于电碳权重的线性加权和法求解虚拟电厂运营商优化调度模型，基于电碳权重的线性加权和法为采用电碳权重替代线性加权模型中的权重；
优化数据确定模块，被配置为根据得到的求解虚拟电厂运营商优化调度模型的结果，得到虚拟电厂运营商的电能和热能定价结果以及此时的收益和碳排放量。
9.一种计算机可读存储介质，其特征是，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述方法中的步骤。
10.一种终端设备，其特征是，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的方法中的步骤。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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