一种考虑碳排放约束的含可再生能源消纳的电力出清方法

1.本发明涉及电网调度领域，具体的说是涉及一种考虑碳排放约束的含可再生能源消纳的电力出清方法。


背景技术：

2.随着可再生能源的发电成本逐年降低，风电等可再生能源发电量占比快速增长，电力系统中可再生能源比重不断增加，对传统的电力出清调度方法提出了挑战。
3.大部分研究集中于可再生能源参与电力出清方法，只考虑通过建立的出清模型促进可再生能源的消纳，提升电力系统的总效率，但未对可再生能源消纳过程中可能存在的弃风、弃光等弃能现象设置惩罚成本。少部分研究聚焦考虑碳排放约束的电力出清方法，但仅考虑传统发电机组参与的电力出清，未将风光等可再生能源机组纳入。同时，鲜有综合考虑碳排放约束的含可再生能源的电力出清方法。


技术实现要素：

4.鉴于上述所提出的问题，本发明的目的在于提供一种考虑碳排放约束的含可再生能源消纳的电力出清方法，该方法考虑风电、光伏出力等不确定因素限制，对弃风弃光等弃能现象设置惩罚成本，对碳排放权进行碳配额并设置碳排放成本，得到最优出清方案，从而使得电力系统获得更好运行效率以及环境效益。
5.为了解决本发明的技术问题，拟采用如下技术方案：
6.一种考虑碳排放约束的含可再生能源消纳的电力出清方法，其包括：
7.s1：基于现有的碳配额分配方式，建立电力系统碳配额分配模型和发电机组碳排放量模型，计算各发电主体的碳排放成本；
8.s2：基于可再生能源的不确定性，建立弃能惩罚成本，以购电总成本和惩罚综合成本之和最小化为目标函数；
9.s3：根据所确定的发电机组组合，建立约束条件；包括：系统功率平衡约束、输电线路容量约束、常规发电机组出力约束、风电机组出力约束、光伏机组出力约束、失负荷与弃能约束、常规机组爬坡约束、节点电压约束、机组备用容量约束；
10.s4：步骤s2的目标函数以及步骤s3的约束条件构成电力出清模型；对约束条件中的非线性部分进行线性化处理，将电力出清模型转化为混合整数线性规划问题，并进行求解，得到电力出清方案。
11.综上所述，本发明专利具有以下有益效果：本发明综合考虑碳排放约束环境下的电力出清，建立了电力出清与碳排放的耦合约束，实现了碳排放与发电主体的合理优化，促进可再生能能源消纳，有效降低电力系统碳排放，使得电力系统具有更好的环境效益以及综合运行效率。
附图说明
12.图1为本发明的考虑碳排放约束的含可再生能源消纳的电力出清方法的流程图。
具体实施方式
13.为了进一步阐述本发明的技术方案，参照图1，下面以具体实施例对上述技术方案进行详细说明，但本发明并不限于以下实施方式。
14.如图1所示，本发明的实施例提供一种考虑碳排放约束的含可再生能源消纳的电力出清方法，其包括：
15.s1：基于现有的碳配额分配方式，建立电力系统碳配额分配模型和发电机组碳排放量模型，计算各发电主体的碳排放成本；
16.s2：基于可再生能源的不确定性，建立弃能惩罚成本，以购电总成本和惩罚综合成本之和最小化为目标函数；
17.s3：根据所确定的发电机组组合，建立约束条件；包括：系统功率平衡约束、输电线路容量约束、常规发电机组出力约束、风电机组出力约束、光伏机组出力约束、失负荷与弃能约束、常规机组爬坡约束、节点电压约束、机组备用容量约束；
18.s4：步骤s2的目标函数以及步骤s3的约束条件构成电力出清模型；对约束条件中的非线性部分进行线性化处理，将电力出清模型转化为混合整数线性规划问题，并进行求解，得到电力出清方案。
19.在一个具体实施例中，步骤s1具体包括：
20.发电主体的碳排放成本cc的表达式为：
21.cc＝m(c
c,g-ce)
22.式中，m表示单位碳配额交易的价格，c
c,g
表示常规机组碳排放，ce表示发电主体所分配的碳配额
23.常规机组碳排放c
c,g
的表达式为：
[0024][0025]
式中，α表示常规机组发电的碳排放因子，p
t,gi
表示常规机组i在t时段的出力；
[0026]
电力系统碳排放分配模型的表达式为：
[0027][0028]
式中，β表示单位电量碳配额分配系数，p
t,wj
表示风电机组j在t时段的出力，p
t,pvk
表示光伏电站k在t时段的出力。
[0029]
在一个具体实施例中，步骤s2具体包括：
[0030]
以电力出清总成本f，即购电总成本和惩罚综合成本之和最小化为目标函数；目标函数如下：
[0031]
minf＝cc+c
l
+cw+c
pv
+∑cipi[0032]
式中，cc表示发电主体的碳排放成本，c
l
表示失负荷惩罚，cw表示弃风惩罚，c
pv
表示
弃光惩罚，∑cipi表示购电总成本；
[0033]
失负荷惩罚c
l
的表达式为：
[0034][0035]
式中，表示失负荷惩罚系数，d
t,l
表示t时段失负荷量；
[0036]
弃风惩罚cw的表达式为：
[0037][0038]
式中，表示弃风惩罚系数，d
t,w
表示t时段弃风量；
[0039]
弃光惩罚c
pv
的表达式为：
[0040][0041]
式中，表示弃光惩罚系数，d
t,pv
表示t时段弃光量；
[0042]
购电总成本∑cipi的表达式为：
[0043][0044]
式中，λ
t,g
表示t时段常规机组购电价格，p
t,gi
表示t时段常规机组i中标出力，λ
t,w
表示t时段风电购电价格，p
t,wj
表示t时段风电机组j中标出力，λ
t,pv
表示t时段光伏购电价格，p
t,pvk
表示t时段光伏电站k中标出力；
[0045]
其中，λ
t,g
＝ap
t,gi
+b；式中，a表示购电价格一次项系数，b表示购电价格常数项，p
t,g
表示t时段常规机组i中标出力。
[0046]
在一个具体实施例中，步骤s3中的约束条件具体包括：
[0047]
系统功率平衡约束的表达式为：
[0048][0049]
式中，p
t,gi
表示t时段常规机组i出力，p
t,wj
表示t时段风电机组j出力，p
t,pvk
表示t时段光伏电站k出力，d
t
表示t时段负荷；
[0050]
输电线路容量约束的表达式为：
[0051][0052]
式中，p
l,max
表示线路l的传输容量上限，g
l,g
、g
l,w
、g
l,k
分别表示常规机组、风电机组、负荷所在节点x对线路l的输出功率转移分布因子，p
t,gi
、p
t,wj
、p
t,pvk
分别表示t时段常规机组i出力、风电机组j出力、光伏电站k出力，d
t,k
表示t时段x节点负荷值；
[0053]
常规发电机组出力约束的表达式为：
[0054][0055]
式中分别表示t时段常规机组i的最小出力与最大出力；
[0056]
风电机组出力约束的表达式为：
[0057][0058]
式中，表示t时段风电机组j的最大出力；
[0059]
光伏机组出力约束的表达式为：
[0060][0061]
式中，表示t时段光伏电站k的最大出力；
[0062]
失负荷与弃能约束的表达式为：
[0063]
0≤d
t,l
≤p
t,l
+
△
p
t,l
[0064]
0≤d
t,wj
≤p
t,wj
+
△
p
t,wj
[0065]
0≤d
t,pvk
≤p
t,pvk
+
△
p
t,pvk
[0066]
式中，d
t,l
、d
t,wj
、d
t,pvk
分别表示t时段失负荷量、弃风量、弃光量，p
t,l
表示t时段线路l的负荷，
△
p
t,l
、
△
p
t,wj
、
△
p
t,pvj
分别表示负荷预测误差、风电机组j出力预测误差、光伏电站k出力预测误差；
[0067]
常规机组爬坡约束的表达式为：
[0068]-p
down,gi
≤p
t,gi-p
t-1,gi
≤p
up,gi
[0069]
式中，p
t,gi
、p
t-1,gi
分别表示t时段与t-1时段常规机组i出力，p
down,gi
、p
up,gi
分别表示常规机组i最大下调速率和最大上调速率；
[0070]
节点电压约束的表达式为：
[0071]umin,x
≤u
t,x
≤u
max,x
[0072]
式中，表示t时段x节点电压，u
min,x
、u
max,x
分别表示节点x的电压幅值下限和上限；
[0073]
机组备用容量约束的表达式为：
[0074][0075][0076][0077][0078]
式中，分别表示常规机组i上备用容量与下备用容量，分别表示常规机组i最大上备用容量与最大下备用容量。
[0079]
在一个具体实施例中，步骤s4中进行求解采用的求解器为gurobi。在matlab软件中通过yalmip可调用求解器gurobi求解器。
[0080]
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细实施方式，但本发明并不局限于上述详细实施方式，即不意味着本发明必须依赖上述实施方式才能实施，所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品的等效替换及添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

技术特征：
1.一种考虑碳排放约束的含可再生能源消纳的电力出清方法，其包括：s1：基于现有的碳配额分配方式，建立电力系统碳配额分配模型和发电机组碳排放量模型，计算各发电主体的碳排放成本；s2：基于可再生能源的不确定性，建立弃能惩罚成本，以购电总成本和惩罚综合成本之和最小化为目标函数；s3：根据所确定的发电机组组合，建立约束条件；包括：系统功率平衡约束、输电线路容量约束、常规发电机组出力约束、风电机组出力约束、光伏机组出力约束、失负荷与弃能约束、常规机组爬坡约束、节点电压约束、机组备用容量约束；s4：步骤s2的目标函数以及步骤s3的约束条件构成电力出清模型；对约束条件中的非线性部分进行线性化处理，将电力出清模型转化为混合整数线性规划问题，并进行求解，得到电力出清方案。2.如权利要求1所述的一种考虑碳排放约束的含可再生能源消纳的电力出清方法，其特征在于，步骤s1具体包括：发电主体的碳排放成本c
c
的表达式为：c
c
＝m(c
c,g-c
e
)式中，m表示单位碳配额交易的价格，c
c,g
表示常规机组碳排放，c
e
表示发电主体所分配的碳配额；常规机组碳排放c
c,g
的表达式为：式中，α表示常规机组发电的碳排放因子，p
t，gi
表示常规机组i在t时段的出力；电力系统碳排放分配模型的表达式为：式中，β表示单位电量碳配额分配系数，p
t，wj
表示风电机组j在t时段的出力，p
t，pvk
表示光伏电站k在t时段的出力。3.如权利要求2所述的一种考虑碳排放约束的含可再生能源消纳的电力出清方法，其特征在于，步骤s2具体包括：以电力出清总成本f，即购电总成本和惩罚综合成本之和最小化为目标函数；目标函数如下：minf＝c
c
+c
l
+c
w
+c
pv
+σc
i
p
t
式中，c
c
表示发电主体的碳排放成本，c
l
表示失负荷惩罚，c
w
表示弃风惩罚，c
pv
表示弃光惩罚，∑c
i
p
i
表示购电总成本；失负荷惩罚c
l
的表达式为：式中，表示失负荷惩罚系数，d
t，l
表示t时段失负荷量；
弃风惩罚c
w
的表达式为：式中，表示弃风惩罚系数，d
t，w
表示t时段弃风量；弃光惩罚c
pv
的表达式为：式中，表示弃光惩罚系数，d
t，pv
表示t时段弃光量；购电总成本∑c
i
p
i
的表达式为：式中，λ
t，g
表示t时段常规机组购电价格，p
t，gi
表示t时段常规机组i中标出力，λ
t，w
表示t时段风电购电价格，p
t，wj
表示t时段风电机组j中标出力，λ
t，pv
表示t时段光伏购电价格，p
t，pvk
表示t时段光伏电站k中标出力；其中，λ
t，g
＝ap
t，gi
+b；式中，a表示购电价格一次项系数，b表示购电价格常数项，p
t，g
表示t时段常规机组i中标出力。4.如权利要求3所述的一种考虑碳排放约束的含可再生能源消纳的电力出清方法，其特征在于，步骤s3中的约束条件具体包括：系统功率平衡约束的表达式为：式中，p
t，gi
表示t时段常规机组i出力，p
t，wj
表示t时段风电机组j出力，p
t，pvk
表示t时段光伏电站k出力，d
t
表示t时段负荷；输电线路容量约束的表达式为：式中，p
l，max
表示线路l的传输容量上限，g
l，g
、g
l，w
、g
l，k
分别表示常规机组、风电机组、负荷所在节点x对线路l的输出功率转移分布因子，p
t，gi
、p
t，wj
、p
t，pvk
分别表示t时段常规机组i出力、风电机组j出力、光伏电站k出力，d
t,k
表示t时段x节点负荷值；常规发电机组出力约束的表达式为：式中分别表示t时段常规机组i的最小出力与最大出力；风电机组出力约束的表达式为：式中，表示t时段风电机组j的最大出力；
光伏机组出力约束的表达式为：式中，表示t时段光伏电站k的最大出力；失负荷与弃能约束的表达式为：0≤d
t，l
≤p
t，l
+δp
t，l
0≤d
t,wj
≤p
t，wj
+δp
t，wj
0≤d
t,pvk
≤p
t，pvk
+δp
t，pvk
式中，d
t，l
、d
t,wj
、d
t,pvk
分别表示t时段失负荷量、弃风量、弃光量，p
t，l
表示t时段线路l的负荷，δp
t，l
、δp
t，wj
、δp
t，pvk
分别表示负荷预测误差、风电机组j出力预测误差、光伏电站k出力预测误差；常规机组爬坡约束的表达式为：-p
down,gi
≤p
t，gi-p
t-1,gi
≤p
up,gi
式中，p
t，gi
、p
t-1,gi
分别表示t时段与t-1时段常规机组i出力，p
down,gi
、p
up,gi
分别表示常规机组i最大下调速率和最大上调速率；节点电压约束的表达式为：u
min，x
≤u
t，x
≤u
max，x
式中，表示t时段x节点电压，u
min，x
、u
max，x
分别表示节点x的电压幅值下限和上限；机组备用容量约束的表达式为：机组备用容量约束的表达式为：机组备用容量约束的表达式为：机组备用容量约束的表达式为：式中，分别表示常规机组i上备用容量与下备用容量，分别表示常规机组i最大上备用容量与最大下备用容量。5.如权利要求4所述的一种考虑碳排放约束的含可再生能源消纳的电力出清方法，其特征在于，步骤s4中进行求解采用的求解器为gurobi。

技术总结
本发明提供了一种考虑碳排放约束的含可再生能源消纳的电力出清方法，其包括：建立电力系统碳配额分配模型和发电机组碳排放量模型，计算各发电主体的碳排放成本；基于可再生能源的不确定性，建立弃能惩罚成本，以购电总成本和惩罚综合成本之和最小化为目标函数；根据所确定的发电机组组合，建立约束条件；对约束条件中的非线性部分进行线性化处理，将电力出清模型转化为混合整数线性规划问题，并进行求解，得到电力出清方案。本方法可实现碳排放与发电主体的合理优化，促进可再生能能源消纳，有效降低电力系统碳排放，使得电力系统具有更好的环境效益以及综合运行效率。有更好的环境效益以及综合运行效率。有更好的环境效益以及综合运行效率。


技术研发人员：孙铭远 王亚建 高开朗 张倪
受保护的技术使用者：上海电机学院
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/9/19