CN117674168B - 一种计及电力需求响应的区域电力低碳调节方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种计及电力需求响应的区域电力低碳调节方法，该方法先针对高负荷用电区域，采用第一电力调度模型确定该用电区域在调度日的电力调度策略，然后基于调度日的电力调度策略，以该用电区域的预估电力需求响应总效益最大为目标确定该用电区域中各子区域的电力需求响应系数，再按照调度日的电力调度策略进行调度，并在调度日结束时计算各子区域的实际电力需求响应效益占比，最后通过比较实际电力需求响应效益占比与电力需求响应系数调整下个调度日各子区域的电力需求响应系数，并采用第二电力调度模型确定下个调度日的电力调度策略后进行下一次循环。本发明在保障电力稳定安全供应的同时能减少电力碳排放，实现电力低碳调度效益最大化。
Description
技术领域
本发明属于电网调度领域，具体涉及一种计及电力需求响应的区域电力低碳调节方法及系统。
背景技术
实施需求响应可移峰填谷，保障电力安全供应，提升电力系统经济性。随着电力保供形势日益严峻，需求响应将与发电资源处于同等地位，将电力需求响应计入区域电力低碳调节方法中，并提供需求响应可量化的节碳效益，不仅能有效缓解电力供需矛盾，还能最大程度降低电力隐含碳排放，促进节能减排。
现有计及电力需求响应的区域电力低碳调节方法尚处于探索阶段，无法针对不同的区域进行差异化的效益计算分析，也无法评估电力需求响应资源对调度影响。同时，区域电力低碳调度策略无法根据市场需求响应状态，进行实时调整，难以实现需求响应和低碳调节效益最大化。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种计及电力需求响应的区域电力低碳调节方法及系统。
为实现以上目的，本发明的技术方案如下：
第一方面，本发明提出一种计及电力需求响应的区域电力低碳调节方法，包括：
S1、针对高负荷用电区域，采用第一电力调度模型确定该用电区域在调度日的电力调度策略；
S2、基于调度日的电力调度策略，以该用电区域的预估电力需求响应总效益最大为目标确定该用电区域中各子区域的电力需求响应系数；
S3、按照调度日的电力调度策略进行调度，并在调度日结束时计算各子区域的实际电力需求响应效益占比；
S4、通过比较与/>调整下个调度日各子区域的电力需求响应系数，包括：
若，则增大/>后将其作为下个调度日该子区域的电力需求响应系数；
若，则减小/>后将其作为下个调度日该子区域的电力需求响应系数；
S5、基于下个调度日各子区域的电力需求响应系数，采用第二电力调度模型确定下个调度日的电力调度策略后返回S3进行下一次循环；
所述第一电力调度模型、第二电力调度模型均以预估电力调度总成本最小为目标。
；
上式中，、/>分别为第i种新能源的预估用电量和上网电价，/>为火电的预估用电量，/>为用电区域的预估电力需求响应电量，/>为电力需求响应补贴，/>为用电区域的平均电力碳排放因子，/>、/>分别为碳价、火电上网价格，/>为新能源的种类数；
所述第二电力调度模型的目标函数包括：
；
；
上式中，为第j个子区域的预估电力需求响应电量，/>为用电区域内子区域的数量，/>为第j个子区域的电力需求响应系数；
所述第一电力调度模型、第二电力调度模型的约束条件包括电力供需平衡约束、机组发电功率约束、机组爬坡约束、需求响应的功率约束、线路潮流约束。
所述S2中，以该用电区域的预估电力需求响应总效益最大为目标的函数表达式包括：
；
；
；
上式中，为第j个子区域的预估电力需求响应效益，/>为用电区域内子区域的数量，/>、/>分别为碳价、火电上网价格，/>、/>分别为需求响应前、后第j个子区域的火电预估用电量，/>、/>分别为需求响应前、后第j个子区域的电力碳排放因子，/>为第j个子区域的电力需求响应系数，/>为用电区域的预估电力需求响应电量；
约束条件包括电力供需平衡约束、电力需求响应系数约束；
所述电力需求响应系数约束为：
。
所述S3中，各子区域的实际电力需求响应效益占比根据以下公式计算得到：
；
上式中，为第j个子区域的实际电力需求响应效益占比，/>为第j个子区域的实际电力需求响应效益，/>为用电区域内子区域的数量。
所述S4基于以下公式调整下个调度日各子区域的电力需求响应系数：
；
上式中，为调整后的电力需求响应系数，/>为调整系数，/>为需增大电力需求响应系数的子区域集合，/>为需减小电力需求响应系数的子区域集合。
第二方面，本发明提出一种计及电力需求响应的区域电力低碳调节系统，包括电力调度策略制定模块、电力需求响应系数计算模块、电力调度模块、电力需求响应系数调整模块；
所述电力调度策略制定模块用于：
针对高负荷用电区域，采用第一电力调度模型确定该用电区域在调度日的电力调度策略；
基于下个调度日各子区域的电力需求响应系数，采用第二电力调度模型确定下个调度日的电力调度策略后激活电力需求响应系数计算模块；
所述电力需求响应系数计算模块用于基于调度日的电力调度策略，以该用电区域的预估电力需求响应总效益最大为目标确定各子区域的电力需求响应系数；
所述电力调度模块用于按照调度日的电力调度策略进行调度，并在调度日结束时计算各子区域的实际电力需求响应效益占比；
所述电力需求响应系数调整模块用于通过比较与/>调整下个调度日各子区域的电力需求响应系数，包括：
若，则增大/>后将其作为下个调度日该子区域的电力需求响应系数；
若，则减小/>后将其作为下个调度日该子区域的电力需求响应系数；
所述第一电力调度模型、第二电力调度模型均以预估电力调度总成本最小为目标。
所述第一电力调度模型的目标函数包括：
；
上式中，、/>分别为第i种新能源的预估用电量和上网电价，/>为火电的预估用电量，/>为用电区域的预估电力需求响应电量，/>为电力需求响应补贴，/>为用电区域的平均电力碳排放因子，/>、/>分别为碳价、火电上网价格，/>为新能源的种类数；
所述第二电力调度模型的目标函数包括：
；
；
上式中，为第j个子区域的预估电力需求响应电量，/>为用电区域内子区域的数量，/>为第j个子区域的电力需求响应系数；
所述第一电力调度模型、第二电力调度模型的约束条件包括电力供需平衡约束、机组发电功率约束、机组爬坡约束、需求响应的功率约束、线路潮流约束。
所述以该用电区域的预估电力需求响应总效益最大为目标的函数表达式包括：
；
；
；
上式中，为第j个子区域的预估电力需求响应效益，/>为用电区域内子区域的数量，/>、/>分别为碳价、火电上网价格，/>、/>分别为需求响应前、后第j个子区域的火电预估用电量，/>、/>分别为需求响应前、后第j个子区域的电力碳排放因子，/>为第j个子区域的电力需求响应系数，/>为用电区域的预估电力需求响应电量；
约束条件包括电力供需平衡约束、电力需求响应系数约束；
所述电力需求响应系数约束为：
。
所述电力调度模块根据以下公式计算各子区域的实际电力需求响应效益占比：
；
上式中，为第j个子区域的实际电力需求响应效益占比，/>为第j个子区域的实际电力需求响应效益，/>为用电区域内子区域的数量。
所述电力需求响应系数调整模块基于以下公式调整下个调度日各子区域的电力需求响应系数：
；
上式中，为调整后的电力需求响应系数，/>为调整系数，/>为需增大电力需求响应系数的子区域集合，/>为需减小电力需求响应系数的子区域集合。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提出的一种计及电力需求响应的区域电力低碳调节方法先针对高负荷用电区域，采用第一电力调度模型确定该用电区域在调度日的电力调度策略，然后基于调度日的电力调度策略，以该用电区域的预估电力需求响应总效益最大为目标确定该用电区域中各子区域的电力需求响应系数，再按照调度日的电力调度策略进行调度，并在调度日结束时计算各子区域的实际电力需求响应效益占比/>，最后通过比较/>与/>调整下个调度日各子区域的电力需求响应系数，并采用第二电力调度模型确定下个调度日的电力调度策略后进行下一次循环，该方法在保障电力稳定安全供应的同时，能减少电力碳排放，有效实现电力低碳调度效益最大化。
附图说明
图1为实施例1所述方法的流程图。
图2为实施例2所述系统的结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式以及附图对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
本实施例高负荷用电区域为研究对象，如图1所示，一种计及电力需求响应的区域电力低碳调节方法，依次按照以下步骤实施：
1、基于电网架构将该高负荷用电区域划分为5个子区域，并获取各子区域的历史新能源用电量、火电用电量、响应电量、新能源上网电价、火电上网电价、响应补贴、电力碳排放因子、碳价、电力需求响应数据，形成各子区域信息集。
2、根据各子区域的历史数据，采用第一电力调度模型确定该用电区域在调度日的电力调度策略，其中，第一电力调度模型的目标函数为：
上式中，、/>分别为第i种新能源的预估用电量和上网电价，/>为火电的预估用电量，/>为用电区域的预估电力需求响应电量，/>为电力需求响应补贴，/>为用电区域的平均电力碳排放因子，/>、/>分别为碳价、火电上网价格，/>为新能源的种类数，/>为用电区域的负荷电量，/>为与用电区域连接的发电厂的直接碳排放，/>为注入用电区域潮流的间接碳排放，/>为流出用电区域的潮流电量。
、/>均可采用随机森林（RF）模型预测得到，具体步骤包括：以历史日用电量数据（负荷电量、火电电量、新能源电量）、气象数据（温度、湿度、降雨、风速）、时间数据（季节、节假日、星期、时间）作为数据源，假设训练集数据量为X，随机森林树木数量为Y，每棵树的训练样本数为x，先利用自举法从X中随机抽取Y个规模为x的训练样本集合；再在每个节点随机选取z个输入变量进行分支，从上到下递归分枝生长，直至该节点设定的最小规格，组成具有Y棵决策树的随机森林；最后输入测试集数据，利用Y棵决策树进行预测。
第一电力调度模型的约束条件包括：
电力供需平衡约束
上式中，为用电区域的负荷功率，/>为用电区域与外界的电力交换功率，/>为第i种新能源的发电功率，/>为火电发电功率，/>为第j个子区域的需求侧响应负荷功率，/>为用电区域内子区域的数量；
机组发电功率约束
上式中，为第i个发电机组在t时段的发电功率，/>、/>分别为第i个发电机组的发电功率上、下限；
机组爬坡约束
上式中，、/>分别为发电机组有功出力爬坡上、下限；
需求响应的功率约束
上式中，为直接参与需求侧响应的负荷，/>为参与需求侧响应的比例参数，为激励性参与需求侧响应的负荷；
线路潮流约束
上式中，为t时段线路l的有功潮流，/>、/>分别为线路l的传输功率上、下限。
3、基于调度日的电力调度策略，以该用电区域的预估电力需求响应总效益最大为目标确定该用电区域中各子区域的电力需求响应系数，其中，该目标的函数表达式为：
上式中，为第j个子区域的预估电力需求响应效益，/>为用电区域内子区域的数量，/>、/>分别为碳价、火电上网价格，/>、/>分别为需求响应前、后第j个子区域的火电预估用电量，/>、/>分别为需求响应前、后第j个子区域的电力碳排放因子，/>为第j个子区域的电力需求响应系数，/>为用电区域的预估电力需求响应电量。
约束条件包括：
电力供需平衡约束
；
电力需求响应系数约束；
。
4、按照调度日的电力调度策略进行调度，并在调度日结束时根据以下公式计算各子区域的实际电力需求响应效益占比：
；
上式中，为第j个子区域的实际电力需求响应效益占比，/>为第j个子区域的实际电力需求响应效益。
5、通过比较与/>调整下个调度日各子区域的电力需求响应系数，包括：
若，则增大/>后将其作为下个调度日该子区域的电力需求响应系数；
若，则减小/>后将其作为下个调度日该子区域的电力需求响应系数；
其中，下个调度日各子区域的电力需求响应系数基于以下公式调整得到：
；
上式中，为调整后的电力需求响应系数，/>为调整系数，/>为需增大电力需求响应系数的子区域集合，/>为需减小电力需求响应系数的子区域集合。
在本实施例中，子区域1和3需要增大电力需求响应系数，子区域2、4和5需要减小电力需求响应系数，因此调整公式为：
。
6、基于下个调度日各子区域的电力需求响应系数，采用第二电力调度模型确定下个调度日的电力调度策略后返回步骤3进行下一次循环，其中，所述第二电力调度模型的目标函数为：
上式中，为第j个子区域的预估电力需求响应电量，/>为用电区域内子区域的数量，/>为第j个子区域的电力需求响应系数；
第二电力调度模型的约束条件与第一电力调度模型相同。
实施例2：
如图2所示，一种计及电力需求响应的区域电力低碳调节系统，包括电力调度策略制定模块、电力需求响应系数计算模块、电力调度模块、电力需求响应系数调整模块；
所述电力调度策略制定模块用于：
（1）针对高负荷用电区域，采用第一电力调度模型确定该用电区域在调度日的电力调度策略，其中，所述第一电力调度模型的目标函数为：
上式中，、/>分别为第i种新能源的预估用电量和上网电价，/>为火电的预估用电量，/>为用电区域的预估电力需求响应电量，/>为电力需求响应补贴，/>为用电区域的平均电力碳排放因子，/>、/>分别为碳价、火电上网价格，/>为新能源的种类数，/>为用电区域的负荷电量，/>为与用电区域连接的发电厂的直接碳排放，/>为注入用电区域潮流的间接碳排放，/>为流出用电区域的潮流电量；
第一电力调度模型的约束条件包括：
电力供需平衡约束
上式中，为用电区域的负荷功率，/>为用电区域与外界的电力交换功率，/>为第i种新能源的发电功率，/>为火电发电功率，/>为第j个子区域的需求侧响应负荷功率，/>为用电区域内子区域的数量；
机组发电功率约束
上式中，为第i个发电机组在t时段的发电功率，/>、/>分别为第i个发电机组的发电功率上、下限；
机组爬坡约束
上式中，、/>分别为发电机组有功出力爬坡上、下限；
需求响应的功率约束
上式中，为直接参与需求侧响应的负荷，/>为参与需求侧响应的比例参数，为激励性参与需求侧响应的负荷；
线路潮流约束
上式中，为t时段线路l的有功潮流，/>、/>分别为线路l的传输功率上、下限；/>
（2）基于下个调度日各子区域的电力需求响应系数，采用第二电力调度模型确定下个调度日的电力调度策略后激活电力需求响应系数计算模块，其中，第二电力调度模型的目标函数为：
上式中，为第j个子区域的预估电力需求响应电量，/>为用电区域内子区域的数量，/>为第j个子区域的电力需求响应系数；
第二电力调度模型的约束条件与第一电力调度模型相同。
所述电力需求响应系数计算模块用于基于调度日的电力调度策略，以该用电区域的预估电力需求响应总效益最大为目标确定各子区域的电力需求响应系数，其中，所述目标的函数表达式包括：
上式中，为第j个子区域的预估电力需求响应效益，/>为用电区域内子区域的数量，/>、/>分别为碳价、火电上网价格，/>、/>分别为需求响应前、后第j个子区域的火电预估用电量，/>、/>分别为需求响应前、后第j个子区域的电力碳排放因子，/>为第j个子区域的电力需求响应系数，/>为用电区域的预估电力需求响应电量；
约束条件包括：
电力供需平衡约束
；
电力需求响应系数约束；
。
所述电力调度模块用于按照调度日的电力调度策略进行调度，并在调度日结束时根据下式计算各子区域的实际电力需求响应效益占比：
；
上式中，为第j个子区域的实际电力需求响应效益占比，/>为第j个子区域的实际电力需求响应效益，/>为用电区域内子区域的数量。
所述电力需求响应系数调整模块用于通过比较与/>调整下个调度日各子区域的电力需求响应系数，包括：
若，则增大/>后将其作为下个调度日该子区域的电力需求响应系数；
若，则减小/>后将其作为下个调度日该子区域的电力需求响应系数；
所述下个调度日各子区域的电力需求响应系数基于以下公式调整得到：
；
上式中，为调整后的电力需求响应系数，/>为调整系数，/>为需增大电力需求响应系数的子区域集合，/>为需减小电力需求响应系数的子区域集合。/>
Claims (8)
1.一种计及电力需求响应的区域电力低碳调节方法，其特征在于，
所述方法包括：
S1、针对高负荷用电区域，采用第一电力调度模型确定该用电区域在调度日的电力调度策略；
S2、基于调度日的电力调度策略，以该用电区域的预估电力需求响应总效益最大为目标确定该用电区域中各子区域的电力需求响应系数pj，其中，以该用电区域的预估电力需求响应总效益最大为目标的函数表达式包括：
上式中，ΩPE，j为第j个子区域的预估电力需求响应效益，n为用电区域内子区域的数量，γ1、γ2分别为碳价、火电上网价格，qj、分别为需求响应前、后第j个子区域的火电预估用电量，cj、/>分别为需求响应前、后第j个子区域的电力碳排放因子，pj为第j个子区域的电力需求响应系数，Qres为用电区域的预估电力需求响应电量；
约束条件包括电力供需平衡约束、电力需求响应系数约束；
所述电力需求响应系数约束为：
S3、按照调度日的电力调度策略进行调度，并在调度日结束时计算各子区域的实际电力需求响应效益占比Kj；
S4、通过比较Kj与pj调整下个调度日各子区域的电力需求响应系数，包括：
若Kj＞pj，则增大pj后将其作为下个调度日该子区域的电力需求响应系数；
若Kj＜pj，则减小pj后将其作为下个调度日该子区域的电力需求响应系数；
S5、基于下个调度日各子区域的电力需求响应系数，采用第二电力调度模型确定下个调度日的电力调度策略后返回S3进行下一次循环；
所述第一电力调度模型、第二电力调度模型均以预估电力调度总成本最小为目标，第二电力调度模型的目标函数包括：
Qres，j＝pjQres；
上式中，Qnew，i、γnew，i分别为第i种新能源的预估用电量和上网电价，Qtra为火电的预估用电量，Qres，j为第j个子区域的预估电力需求响应电量，γres为电力需求响应补贴，C为用电区域的平均电力碳排放因子，k为新能源的种类数。
2.根据权利要求1所述的一种计及电力需求响应的区域电力低碳调节方法，其特征在于，
所述第一电力调度模型的目标函数包括：
上式中，Qnew，i、γnew，i分别为第i种新能源的预估用电量和上网电价，Qtra为火电的预估用电量，Qres为用电区域的预估电力需求响应电量，γres为电力需求响应补贴，C为用电区域的平均电力碳排放因子，γ1、γ2分别为碳价、火电上网价格，k为新能源的种类数；
所述第一电力调度模型、第二电力调度模型的约束条件包括电力供需平衡约束、机组发电功率约束、机组爬坡约束、需求响应的功率约束、线路潮流约束。
3.根据权利要求1或2所述的一种计及电力需求响应的区域电力低碳调节方法，其特征在于，
所述S3中，各子区域的实际电力需求响应效益占比根据以下公式计算得到：
上式中，Kj为第j个子区域的实际电力需求响应效益占比，Ω′PR，j为第j个子区域的实际电力需求响应效益，n为用电区域内子区域的数量。
4.根据权利要求3所述的一种计及电力需求响应的区域电力低碳调节方法，其特征在于，
所述S4基于以下公式调整下个调度日各子区域的电力需求响应系数：
上式中，为调整后的电力需求响应系数，w为调整系数，N1为需增大电力需求响应系数的子区域集合，N2为需减小电力需求响应系数的子区域集合。
5.一种计及电力需求响应的区域电力低碳调节系统，其特征在于，
所述系统包括电力调度策略制定模块、电力需求响应系数计算模块、电力调度模块、电力需求响应系数调整模块；
所述电力调度策略制定模块用于：
针对高负荷用电区域，采用第一电力调度模型确定该用电区域在调度日的电力调度策略；
基于下个调度日各子区域的电力需求响应系数，采用第二电力调度模型确定下个调度日的电力调度策略后激活电力需求响应系数计算模块，所述第二电力调度模型的目标函数包括：
Qres，j＝pjQres；
上式中，Qnew，i、γnew，i分别为第i种新能源的预估用电量和上网电价，Qtra为火电的预估用电量，Qres，j为第j个子区域的预估电力需求响应电量，γres为电力需求响应补贴，C为用电区域的平均电力碳排放因子，γ1、γ2分别为碳价、火电上网价格，k为新能源的种类数，n为用电区域内子区域的数量，pj为第j个子区域的电力需求响应系数，Qres为用电区域的预估电力需求响应电量；
所述电力需求响应系数计算模块用于基于调度日的电力调度策略，以该用电区域的预估电力需求响应总效益最大为目标确定各子区域的电力需求响应系数pj，其中，以该用电区域的预估电力需求响应总效益最大为目标的函数表达式包括：
上式中，ΩPE，j为第j个子区域的预估电力需求响应效益，qj、分别为需求响应前、后第j个子区域的火电预估用电量，cj、/>分别为需求响应前、后第j个子区域的电力碳排放因子；
约束条件包括电力供需平衡约束、电力需求响应系数约束；
所述电力需求响应系数约束为：
所述电力调度模块用于按照调度日的电力调度策略进行调度，并在调度日结束时计算各子区域的实际电力需求响应效益占比Kj；
所述电力需求响应系数调整模块用于通过比较Kj与pj调整下个调度日各子区域的电力需求响应系数，包括：
若Kj＞pj，则增大pj后将其作为下个调度日该子区域的电力需求响应系数；
若Kj＜pj，则减小pj后将其作为下个调度日该子区域的电力需求响应系数；
所述第一电力调度模型、第二电力调度模型均以预估电力调度总成本最小为目标。
6.根据权利要求5所述的一种计及电力需求响应的区域电力低碳调节系统，其特征在于，
所述第一电力调度模型的目标函数包括：
上式中，Qnew，i、γnew，i分别为第i种新能源的预估用电量和上网电价，Qtra为火电的预估用电量，Qres为用电区域的预估电力需求响应电量，γres为电力需求响应补贴，C为用电区域的平均电力碳排放因子，γ1、γ2分别为碳价、火电上网价格，k为新能源的种类数；
所述第一电力调度模型、第二电力调度模型的约束条件包括电力供需平衡约束、机组发电功率约束、机组爬坡约束、需求响应的功率约束、线路潮流约束。
7.根据权利要求5或6所述的一种计及电力需求响应的区域电力低碳调节系统，其特征在于，
所述电力调度模块根据以下公式计算各子区域的实际电力需求响应效益占比：
上式中，Kj为第j个子区域的实际电力需求响应效益占比，Ω′PR，j为第j个子区域的实际电力需求响应效益，n为用电区域内子区域的数量。
8.根据权利要求5或6述的一种计及电力需求响应的区域电力低碳调节系统，其特征在于，
所述电力需求响应系数调整模块基于以下公式调整下个调度日各子区域的电力需求响应系数：
上式中，为调整后的电力需求响应系数，w为调整系数，N1为需增大电力需求响应系数的子区域集合，N2为需减小电力需求响应系数的子区域集合。
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