一种含燃气-燃煤-风电机组的电力系统低碳控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种含燃气‑燃煤‑风电机组的电力系统低碳控制方法，所述方法包括：基于碳排放流理论，将发电侧碳排放责任归算至负荷侧，计算出未响应时负荷侧各节点碳势和总碳排放量；引入Shapley值分摊碳排放责任计算各负荷节点的碳排放合理范围，进而根据碳排放合理范围，根据阶梯碳价制定计算出未响应时负荷侧各节点的碳排放成本；构建以电力系统经济调度为一阶段优化模型和以碳价为信号的需求响应低碳优化调度的二阶段优化模型，通过需求响应调节用户侧负荷，同时计算出响应后的负荷侧各节点总碳排放量及碳排放成本，并与响应前数据进行对比，进而降低总碳排放量，减少碳排放成本。本发明专利技术利用负荷侧调节能力降低系统碳排放量。

A low carbon control method of power system with gas coal wind turbine

【技术实现步骤摘要】
一种含燃气-燃煤-风电机组的电力系统低碳控制方法
本专利技术涉及电力系统领域，尤其涉及一种含燃气-燃煤-风电机组的电力系统低碳控制方法。
技术介绍
过度消耗化石燃料所导致的全球变暖是当前人类社会生存与发展面临的最严峻的挑战之一。温室气体导致的气候变暖效应中，CO2的作用高达77％[1-2]。作为主要的碳排放源之一，电力工业的低碳发展已经成为一项重要任务，努力实现低碳发展是新形势下电力行业发展的新主题[3]。目前，电力生产所利用的一次能源仍以煤炭等化石能源为主，造成了巨大的碳排放。由于碳排放和发电环节紧密相关，因此，在传统意义上，对于电力系统的碳排放责任相关研究主要侧重于发电侧。针对发电侧，世界各国制定了许多有关碳税、碳价的相关碳交易机制政策，如总量管制、交易制度、上网电价补贴政策等，以减少碳排放量。然而，对于负荷侧参与的电力系统低碳运行策略研究较少。目前，作为发展低碳电力的一种有效分析工具，碳排放流理论得到了进一步的发展与完善。碳排放流理论可以为面向低碳的电力系统控制方法、发电运行计划及方式定制乃至中长期电网电源规划方法等提供理论帮助；因此，碳排放流理论的建立为负荷侧碳责任分析提供了新的思路[4-5]。针对如何将负荷侧碳排放责任分配合理的不足，采用基于Shapley值碳责任分摊方法[6]可以合理解决这个问题，在碳排放分摊责任的应用上具有更好的公平性和一致性。通过基于Shapley值碳责任分摊方法，计算出各负荷节点分摊的碳排放责任合理范围，进而提出一种跟据碳责任范围为基础的阶梯碳价制定方法。近年来，随着智能电网的发展，用户侧参与电力系统控制运行的研究日趋完善[7]。在用户侧，可以通过引导用户提高节电意识，改善用电行为，消减不必要的用电需求或转移尖峰负荷，促进电力系统碳排放量的减少，因此，需求侧响应也可以参与到电力系统的节能减排中。负荷侧的节能减排能力体现在可以通过需求响应合理平移负荷，在不同的时间段内平移碳排放责任，从而避免某时段某负荷节点侧承担过高碳责任，在低碳经济背景下，降低碳排放成本。
技术实现思路
本专利技术针对需求侧参与电力系统低碳控制的不足，提出一种含燃气-燃煤-风电机组的电力系统低碳控制方法，利用负荷侧调节能力降低系统碳排放量，详见下文描述：一种含燃气-燃煤-风电机组的电力系统低碳控制方法，所述方法包括：基于碳排放流理论，将发电侧碳排放责任归算至负荷侧，计算出未响应时负荷侧各节点碳势和总碳排放量；引入Shapley值分摊碳排放责任计算各负荷节点的碳排放合理范围，进而根据碳排放合理范围，根据阶梯碳价制定计算出未响应时负荷侧各节点的碳排放成本；构建以电力系统经济调度为一阶段优化模型和以碳价为信号的需求响应低碳优化调度的二阶段优化模型，通过需求响应调节用户侧负荷，同时计算出响应后的负荷侧各节点总碳排放量及碳排放成本，并与响应前数据进行对比，进而降低总碳排放量，减少碳排放成本。其中，所述阶梯碳价具体为：其中，λ为阶梯碳排放成本，Ei,t为单位时间负荷节点碳排放总量；xmin(i)为低碳排放责任值；xave(i)为中碳排放责任值；xmax(i)为高碳排放责任值。其中，所述碳排放成本为：其中，λ1为0、λ2为5、λ3为10、λ4为20，单位为$/CO2。进一步地，所述方法还包括：基于二阶段优化模型，以碳价为价格信号对系统进行需求响应，调节负荷，利用上层计算出的阶梯碳价区间，计算响应后的碳排放成本，并将重新响应后的负荷量代入一阶段优化模型，重新求解一阶段优化模型，并计算出响应后的系统总碳排放量以及碳排放责任成本，输出最终调度结果。其中，所述一阶段优化模型为：目标函数为发电成本最小：其中，cg、cw为火电机组和风电机组发电成本；Pg,t、Pw,t为t时刻火电机组和风电机组输出功率；N为各机组数量；T为24时段；g为火电机组；w为风电机组；节点功率平衡约束为：其中，为t时刻的节点流入功率，为t时刻的节点流出功率，Dexp,t为t时刻的预测负荷。其中，所述二阶段优化模型为：目标函数为碳排放责任成本与需求响应成本之和最小：其中，Cemi,i,t为碳排放成本；cdis为每响应单位功率的成本系数；Ddis,i,t,为负荷响应量；碳排放约束等式：Ei,t＝edi,tDtr,i,tei,t＝ρl,t(i∈l+)其中，egi,t为各时段发电机组节点碳势，edi,t为各时段负荷节点碳势，ρl,t为各时段支路碳排放率，Dtr,i,t为经过响应后的各时段节点负荷值，l+为支路首节点，Plinel,t为t时段线路潮流功率，，1+为节点流入线路。本专利技术提供的技术方案的有益效果是：1、利用碳排放流理论，改变了传统在发电侧计算碳排放成本的方式，将发电侧碳排放责任归算至负荷侧，有利于更公平更合理计算总碳排放成本；2、本专利技术提出一种基于Shapley值分摊方法的碳责任合理范围计算方法，可以更公平、更有效地计算负荷侧碳责任，并提出一种根据碳责任范围的各负荷节点阶梯碳价制定方法，更加合理地计算负荷侧碳排放成本；3、利用负荷侧需求响应能力，通过灵活调节负荷在控制周期内的分布，从而有效地降低系统总碳排放量和负荷侧碳排放成本；4、本专利技术对含风电机组系统，利用负荷侧需求响应能力，可提高风电利用率，有效促进了风电消纳。附图说明图1为电力系统碳排放流示意图；图2为两阶段优化控制流程图；图3为PJM-5节点系统模型的示意图；图4为负荷及风电出力预测值的示意图；图5为全火电机组场景下各节点碳排放责任阶梯分段的示意图；图6为含风电机组场景下各节点碳排放责任阶梯分段的示意图；图7为考虑需求响应前后风电出力结果的示意图；图8为考虑需求响应前后负荷对比的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。在大力发展低碳经济的背景下，碳排放流理论将成为电力系统中详细描述电力生产与消费过程中碳排放转换关系的一种有力工具；随着智能电网快速发展，需求侧资源逐渐参与电力系统控制，为降低电力系统碳排放提供了新的思路。实施例1本专利技术实施例建立了一种含燃气-燃煤-风电机组的电力系统低碳控制方法，将碳排放责任从发电侧转移至负荷侧进行核算，通过负荷侧需求响应能力，灵活调节负荷在调度周期内的分布，可有效降低系统总碳排放量和负荷侧碳排放成本，为低碳背景下的电力控制方法提供了较为可行的借鉴，包括以下步骤：101：基于碳排放流理论，将发电侧碳排放责任归算至负荷侧，计算出未响应时负荷侧各节点碳势和总碳排放量；102：引入Shapley值分摊碳排放责任计算各负荷节点的碳排放合理范围，进而根据碳排放合理范围，根据阶梯碳价制定计算出未响应时负荷侧各节点的碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含燃气-燃煤-风电机组的电力系统低碳控制方法，其特征在于，所述方法包括：/n基于碳排放流理论，将发电侧碳排放责任归算至负荷侧，计算出未响应时负荷侧各节点碳势和总碳排放量；/n引入Shapley值分摊碳排放责任计算各负荷节点的碳排放合理范围，进而根据碳排放合理范围，根据阶梯碳价制定计算出未响应时负荷侧各节点的碳排放成本；/n构建以电力系统经济调度为一阶段优化模型和以碳价为信号的需求响应低碳优化调度的二阶段优化模型，通过需求响应调节用户侧负荷，同时计算出响应后的负荷侧各节点总碳排放量及碳排放成本，并与响应前数据进行对比，进而降低总碳排放量，减少碳排放成本。/n

【技术特征摘要】
1.一种含燃气-燃煤-风电机组的电力系统低碳控制方法，其特征在于，所述方法包括：
基于碳排放流理论，将发电侧碳排放责任归算至负荷侧，计算出未响应时负荷侧各节点碳势和总碳排放量；
引入Shapley值分摊碳排放责任计算各负荷节点的碳排放合理范围，进而根据碳排放合理范围，根据阶梯碳价制定计算出未响应时负荷侧各节点的碳排放成本；
构建以电力系统经济调度为一阶段优化模型和以碳价为信号的需求响应低碳优化调度的二阶段优化模型，通过需求响应调节用户侧负荷，同时计算出响应后的负荷侧各节点总碳排放量及碳排放成本，并与响应前数据进行对比，进而降低总碳排放量，减少碳排放成本。


2.根据权利要求1所述的一种含燃气-燃煤-风电机组的电力系统低碳控制方法，其特征在于，所述阶梯碳价具体为：



其中，λ为阶梯碳排放成本，Ei,t为单位时间负荷节点碳排放总量；xmin(i)为低碳排放责任值；xave(i)为中碳排放责任值；xmax(i)为高碳排放责任值。


3.根据权利要求2所述的一种含燃气-燃煤-风电机组的电力系统低碳控制方法，其特征在于，所述碳排放成本为：



其中，λ1、λ2、λ3和λ4为预设值。


4.根据权利要求1所述的一种含燃气-燃煤-风电机组的电力系统低碳控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于二阶段优化模型，以碳价为价格信号对系统进行需求响应，调节负荷，利用上层计算出的阶梯碳价区间，计算响应后的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈厚合，张儒峰，茅文玲，姜涛，李雪，李国庆，王长江，李本新，李曙光，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22