CN117639044A - 一种电力系统源网荷储协调运行方法、介质及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电力系统源网荷储协调运行方法、介质及系统，属于电力系统技术领域，包括：采集电力系统运行状态以及碳排放数据，并进行预处理；建立电力需求预测模型；建立考虑低碳发电系统模型；根据得到的最优发电厂调度方案，根据电力交易规则，结合输电通道的网损参数和潮流流向，形成最优电网调度方案；建立考虑电力需求侧和供给侧的多元储能模型，并计算得出最优储能组合方式；整合所述电力需求预测模型、考虑低碳发电系统模型以及考虑电力需求侧和供给侧的多元储能模型，得出最终的满足碳约束和成本效益原则的电力系统模型，作为协调运行模型；利用协调运行模型并计算得到电力系统源网荷储协调参数发送给运维人员。

Description

一种电力系统源网荷储协调运行方法、介质及系统

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体而言，涉及一种电力系统源网荷储协调运行方法、介质及系统。

背景技术

目前，随着能源结构的转变和可再生能源的大规模接入，电力系统的运行面临着越来越多的挑战：首先，电力系统的运行需要解决如何提高可再生能源的利用率和稳定性，以及如何降低对传统化石能源的依赖。其次，随着电力需求的变化和电力市场的发展，电力系统需要不断提高运行效率和经济效益，以适应市场需求和应对能源价格波动。此外，电力系统的运行还需要考虑如何降低对环境的影响，包括减少碳排放、提高能源利用效率等。同时，电力系统的安全运行也是至关重要的，需要采取措施来保障电网的稳定和安全，防止出现大规模停电等事故。为了应对这些挑战，电力系统需要不断推进技术创新和管理优化，加强与政府、企业和社会各方面的合作与协调，实现可持续发展。

现有电力系统主要以追求经济优化为目标,没有将环境约束和用户侧调节资源有效利用引入调度目标中。这导致现有电力系统调度存在“碳排放过高”和“调节能力不足”的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电力系统源网荷储协调运行方法、介质及系统，用于解决现有电力系统调度存在“碳排放过高”和“调节能力不足”的技术问题。

本发明是这样实现的：

本发明第一方面提供一种电力系统源网荷储协调运行方法，其中，包括以下步骤：

S10、采集电力系统运行状态以及碳排放数据，并进行预处理；

S20、建立电力需求预测模型；

S30、建立考虑低碳发电系统模型，用于考虑发电机组的约束条件，制定最优发电厂调度方案；

S40、根据得到的最优发电厂调度方案，根据电力交易规则，结合输电通道的网损参数和潮流流向，融入可再生能源并网和输电通道线损导致的碳排放进行输电通道组合，找出成本最优且碳排放量最小的通道组合，形成最优电网调度方案；

S50、建立考虑电力需求侧和供给侧的多元储能模型，并计算得出最优储能组合方式；

S60、整合所述电力需求预测模型、考虑低碳发电系统模型以及考虑电力需求侧和供给侧的多元储能模型，得出最终的满足碳约束和成本效益原则的电力系统模型，作为协调运行模型；

S70、利用协调运行模型并计算得到电力系统源网荷储协调参数发送给运维人员。

在上述技术方案的基础上，本发明的一种电力系统源网荷储协调运行方法还可以做如下改进:

其中，所述S20的具体步骤包括：使用线性回归法对电力需求进行预测，收集电力需求量、天气情况、燃煤价格、特殊日期的历史数据，进行数据预处理，利用归一化公式和0-1公式将非数据化类型转化为可供计算的数据，建立多元线性回归模型，通过样本数据训练回归系数并预测电力需求，利用均方误差法对预测结果进行评估，确保模型训练精度符合要求。

进一步的，所述S30的具体步骤包括：模拟低碳生产行为，利用线性规划法，根据碳排放量的目标函数和供需条件，考虑发电机组的约束条件，制定最优发电厂调度方案，建立低碳发电系统模型，通过调整火电机组的发电量和燃料的使用量，在满足电量需求和成本最优的前提下，最小化碳排放量。

进一步的，所述S40的具体步骤包括：优化电网调度，结合输电通道的网损参数和潮流流向，考虑可再生能源并网和输电通道线损导致的碳排放进行输电通道组合，找出成本最优且碳排放量最小的通道组合，形成最优电网调度方案，通过寻找最优交易路径，计算各交易路径的输电成本和间接碳排放量，达到优化电网调度的目的。

进一步的，所述S50的具体步骤包括：根据储能方式组合权重成本平均法建立多元储能系统，将电力需求、火电机组发电量和跨省交易得到的电力供应进行整合，预测所需存储的电能量，选择最优的储能方式组合，确保储能成本最低，满足电能量需求和最大储能量要求。

进一步的，所述S60的具体步骤包括：整合前述步骤得到的数据和结果，考虑源网荷储环节的综合碳排放和成本效益原则，推演得到满足碳约束和成本效益原则的电力系统模型，计算电力系统总碳排放量和总成本，确保发电、输电和储能环节的碳排放和成本均符合最优化要求。

本发明第二方面提供一种计算机可读存储介质，内部存储有程序指令，所述程序指令运行时，用于执行上述的方法。

本发明第三方面提供一种电力系统源网荷储协调运行系统，包含上述的计算机可读存储介质。

与现有技术相比较，本发明提供的一种电力系统源网荷储协调运行方法、介质及系统的有益效果是：本发明将碳约束引入多目标函数,实现碳排放最小化的同时兼顾经济性；考虑用户侧储能高比例并网,扩大调节范围；建立协调运行动态模型,实时调度发挥协同效应。解决了现有电力系统调度存在“碳排放过高”和“调节能力不足”的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，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他实施方式，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，是本发明提供的一种电力系统源网荷储协调运行方法的流程图，本方法包括以下步骤：

S10、采集电力系统运行状态以及碳排放数据，并进行预处理；

S20、建立电力需求预测模型；

S30、建立考虑低碳发电系统模型，用于考虑发电机组的约束条件，制定最优发电厂调度方案；

S40、根据得到的最优发电厂调度方案，根据电力交易规则，结合输电通道的网损参数和潮流流向，融入可再生能源并网和输电通道线损导致的碳排放进行输电通道组合，找出成本最优且碳排放量最小的通道组合，形成最优电网调度方案；

S50、建立考虑电力需求侧和供给侧的多元储能模型，并计算得出最优储能组合方式；

S60、整合电力需求预测模型、考虑低碳发电系统模型以及考虑电力需求侧和供给侧的多元储能模型，得出最终的满足碳约束和成本效益原则的电力系统模型，作为协调运行模型；

S70、利用协调运行模型并计算得到电力系统源网荷储协调参数发送给运维人员。

下面是本发明的一个具体的实施例：

步骤S10：对电力系统运行状态和碳排放情况等进行监测和数据采集，为后续的模型推演提供数据支持。

收集整理关键省份的输电通道、碳排放因子、常用储能方法等数据，为后续电网调度优化、多元储能方法优化等提供对比数据。

步骤S20：考虑天气因素、燃煤价格等因素，利用线性回归法对进行电力需求预测；考虑天气因素等因素对新能源发电量进行预测。

考虑影响电力需求量和新能源发电量的因素，对电力需求和新能源发电量进行预测，为后续电网调度、储能协调等提供依据。

具体的，该步骤包括如下内容：

由于对电力需求和新能源发电量都采取线性回归法进行预测，二者预测过程中关键不同点在于影响因素的不同，因此只需要在预测过程中更改影响因素即可。下面以对电力需求预测为例进行具体步骤描述。

①收集数据

收集电力需求量、天气情况(包括气温、日照等)、燃煤价格、特殊日期等历史数据，并将数据进行预处理，将非数据化类型转化为可供计算的数据，利用归一化公式和0-1公式进行转化，具体公式如下：

归一化公式用于处理像天气情况这类的数据，0-1公式用于处理像特殊日期这类的数据。其中，x表示泛指的各类数据，f()表示0-1公式处理得到的数据，表示归一化处理得到的数据。统一整理将/>和f()表示的数据以x_i,(i＝1,2,...,p)表示。

②模型训练

建立线性回归模型，考虑到影响电力需求的因素大于三个，因此选择多元线性回归模型进行预测。其具体模型如下：

设因变量y与自变量x₁,x₂,···,x_p的线性回归模型为：

y＝β₁x₁+β₂x₂+···+β_px_p+ε (1)

其中，β₁,β₂,···,β_p是p个未知数，称为回归系数。Y称为因变量，也可以被称为解释变量，x₁,x₂,···,x_p是p个可以精确测量并可以控制的一般变量，通常称为自变量，也可以称为解释变量。方程(1)就是多元线性回归模型。其中ε称为随机误差。

如果有n个样本数据(x_i1,x_i2,···,x_ip；y_i)，i＝1,2,···,n,则将样本数据代入(1)式中可得到以下公式：

转换成矩阵形式是：

Y＝Xβ+ε (3)

其中

β的训练公式为：

β＝(X^TX)^-1X^TY

其中，X^T表示X矩阵的转置矩阵，(*)^-1表示*矩阵的逆矩阵。根据训练结果，反复输入β值，直到得出预测值与真实值的误差ε最小β组合。

③模型预测

将预测期的天气情况、特殊日期等数据代入②中训练得到的模型，得出预测值。

④结果评估

利用均方误差法对预测结果进行评估，根据精度要求，将均方误差值定为v。具体公式如下：

其中，MSE表示均方误差，n表示样本数量，y_i表示实际观测值，表示预测值。若MSE＞v，则模型训练精度不符合要求，需要重复②、③步骤；若MSE≤v，则模型训练精度符合要求，此时输出电力需求预测值。

步骤S30：模拟低碳生产行为，利用线性规划法，根据碳排放量的目标函数和供需条件，考虑发电机组的约束条件，制定最优发电厂调度方案，建立考虑低碳发电系统模型，同时计量成本。

通过对目标区域内所有发电机组在满足机组最小和最大出力以及电力供需平衡等约束条件下，设置碳排放量的目标函数，利用多种发电燃料组合，在实现区域碳排放量最低的目标下进行发电厂调度，建立低碳发电系统模型。

具体的，该步骤包括如下内容：

①根据S20得出的目标区域电力需求量和新能源发电量得出火电机组需要满足的电力需求量。

火电机组发电量＝目标区域电力需求量-目标区域新能源发电量

②以满足火电机组发电量、发电机组的最大和最小出力以及燃料组合发电成本最优等约束条件下，构建碳排放量的目标函数。

具体构建过程如下：

决策变量：

x_i：第i个火电机组的发电量

y_j：第j种燃料的使用量

目标函数：总碳排放量最小

C_i代表第i个火电机组的单位碳排放量，D_j代表第j种燃料的单位碳排放，F代表总碳排放量。

约束条件：

1)发电量需求约束：火电机组总发电量等于需求量。

2)机组最大和最小出力：每个火电机组的发电量在最大和最小值之间。

x_i,min≤x_i≤x_i,max

3)燃料组合发电成本最优：确保燃料组合发电成本最低。

其中，E_j代表第j中燃料的单位成本。

4)燃料使用量限制：每种燃料的使用量在最小和最大值之间。

y_j,min≤y_i≤y_i,max

5)碳排放量限制：总碳排放量不能超过最大限值。

F≤F_max

该过程的目标是最小化碳排放量，同时满足各种约束条件，通过调整火电机组的发电量和燃料的使用量，在满足电量需求和成本最优的前提下，最小化碳排放量。

③发电厂发电量调度分配

根据②的计算结果，找出碳排放量最小、成本最低且满足电力需求的各发电机组发电量和燃料组合，据此制定低碳发电方案，建立低碳发电模型。

步骤S40：优化电网调度，构建全网输电通道组合方法，考虑高比例可再生能源并网和输电通道线损导致的碳排放，优化全景电网运行情况，同时计量成本。

根据电力交易规则，结合输电通道的网损参数和潮流流向，融入可再生能源并网和输电通道线损导致的碳排放进行输电通道组合，找出成本最优且碳排放量最小的通道组合，形成最优电网调度。

具体步骤如下：

①根据电力市场申报数据，将各省分为买方组和卖方组。

②找出所有买方省份和卖方省份之间的左右跨省区交直流输电通道和省内重要输电通道，找出某买方到任一卖方的所有路径，整理各通道的网损参数和潮流流向以及间接碳排放因子。

③从目标买方省份出发，遍寻其所有的下游省份，将发现的省份通过输电通道连接。此时的省份选择条件包括：1、该段通道是否第一次出现在本路径；2、发现的省份是否为目标卖方省份。在满足条件1时进行条件2的判断。

④判断第③步寻找到的省份：若发现的线路省份是目标卖方省份，啧该线路发现成功；若最终发现的线路省份非卖方省份，则重复第③步，以此迭代直至寻找完所有的通道及其省份。

⑤根据第④步找出的目标买方和目标卖方之间的所有线路和途径省份，理清目标买方到目标卖方的交易路径，并收集途径输电通道的线损率、过网费以及碳排放因子。

⑥重复第③至⑤步，找出每一个目标买方到所有卖方之间的交易路径，将找出的所有交易路径的输电成本和间接碳排放量进行计算和对比，找出最优交易路径，达到优化电网调度的目的。

在交易路径寻优过程中，输电成本计算公式为：

其中，C_m表示总输电成本，c_i表示某条输电通道的输电成本。

间接碳排放量选用电网平均排放因子法，公式如下：

F_power＝AD_power×EF_power

其中，F_power表示总用电间接碳排放量；AD_power表示经通道输电电量；EF_power表示电网平均碳排放因子。其中，平均碳排放因子主要根据全国、区域或省级电网的全年燃料统计值和发电量计算得到。

步骤S50：根据储能方式组合权重成本平均法建立考虑电力需求侧和供给侧的多元储能系统。

将S20预测得到的需求、S30预测得到的火电机组发电量和S40根据通道组合得到的可以通过跨省交易得到的电力供应进行整合，同时考虑未来时段的电力波动情况进行所需存储的电能量的预测，以满足该电能量需求的同时，利用组合权重成本平均法选择最优的储能方式组合。

具体操作如下：

目标函数：总单位储能成本最低。

其中，C_s表示总单位储能成本，∝_i表示第i种储能方式所占的权重，k_i表示第i中储能方式的单位成本。

约束条件：

1、满足电能量需求：

D_d＝D_s

其中，D_d表示储能需求，D_s表示储能量。

2、满足最大储能量要求：

0≤Q_i≤maxQ_i

其中，Q_i表示利用第i种储能方式存储的电能量，maxQ_i表示第i种储能方式的最大储能量。

根据上述计算过程得出最优储能组合方式。

步骤S60：将S10～S150得到的数据和结果进行整合训练，考虑源网荷储环节的综合碳排放和成本效益原则，推演得到电力系统低碳转型动态模型。

根据S10的历史数据，将S20～S50的源网荷储环境产生的碳排放量以及成本进行整合，得出最终的满足碳约束和成本效益原则的电力系统模型。

具体计算公式如下：

F_总＝F+F_power

其中，F是指发电环节产生的碳排放量，F_power是指输电环节产生的碳排放量。

C_总＝C_p+C_m+C_s

其中，C_总表示总成本，C_p表示发电环节的成本，C_m表示输电环节的成本，C_s表示储能环节的成本。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种电力系统源网荷储协调运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、采集电力系统运行状态以及碳排放数据，并进行预处理；

S20、建立电力需求预测模型；

S30、建立考虑低碳发电系统模型，用于考虑发电机组的约束条件，制定最优发电厂调度方案；

S40、根据得到的最优发电厂调度方案，根据电力交易规则，结合输电通道的网损参数和潮流流向，融入可再生能源并网和输电通道线损导致的碳排放进行输电通道组合，找出成本最优且碳排放量最小的通道组合，形成最优电网调度方案；

S50、建立考虑电力需求侧和供给侧的多元储能模型，并计算得出最优储能组合方式；

S60、整合所述电力需求预测模型、考虑低碳发电系统模型以及考虑电力需求侧和供给侧的多元储能模型，得出最终的满足碳约束和成本效益原则的电力系统模型，作为协调运行模型；

S70、利用协调运行模型并计算得到电力系统源网荷储协调参数发送给运维人员。

2.根据权利要求1所述的一种电力系统源网荷储协调运行方法，其特征在于，所述S20的具体步骤包括：使用线性回归法对电力需求进行预测，收集电力需求量、天气情况、燃煤价格、特殊日期的历史数据，进行数据预处理，利用归一化公式和0-1公式将非数据化类型转化为可供计算的数据，建立多元线性回归模型，通过样本数据训练回归系数并预测电力需求，利用均方误差法对预测结果进行评估，确保模型训练精度符合要求。

3.根据权利要求2所述的一种电力系统源网荷储协调运行方法，其特征在于，所述S30的具体步骤包括：模拟低碳生产行为，利用线性规划法，根据碳排放量的目标函数和供需条件，考虑发电机组的约束条件，制定最优发电厂调度方案，建立低碳发电系统模型，通过调整火电机组的发电量和燃料的使用量，在满足电量需求和成本最优的前提下，最小化碳排放量。

4.根据权利要求3所述的一种电力系统源网荷储协调运行方法，其特征在于，所述S40的具体步骤包括：优化电网调度，结合输电通道的网损参数和潮流流向，考虑可再生能源并网和输电通道线损导致的碳排放进行输电通道组合，找出成本最优且碳排放量最小的通道组合，形成最优电网调度方案，通过寻找最优交易路径，计算各交易路径的输电成本和间接碳排放量，达到优化电网调度的目的。

5.根据权利要求4所述的一种电力系统源网荷储协调运行方法，其特征在于，所述S50的具体步骤包括：根据储能方式组合权重成本平均法建立多元储能系统，将电力需求、火电机组发电量和跨省交易得到的电力供应进行整合，预测所需存储的电能量，选择最优的储能方式组合，确保储能成本最低，满足电能量需求和最大储能量要求。

6.根据权利要求5所述的一种电力系统源网荷储协调运行方法，其特征在于，所述S60的具体步骤包括：整合前述步骤得到的数据和结果，考虑源网荷储环节的综合碳排放和成本效益原则，推演得到满足碳约束和成本效益原则的电力系统模型，计算电力系统总碳排放量和总成本，确保发电、输电和储能环节的碳排放和成本均符合最优化要求。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，内部存储有程序指令，所述程序指令运行时，用于执行权利要求1-6任一项所述的方法。

8.一种电力系统低碳转型效率评估系统，其特征在于，包含权利要求7所述的计算机可读存储介质。