一种台区用能多目标低碳降损优化调度策略方法技术

本发明专利技术公开了一种台区用能多目标低碳降损优化调度策略方法，涉及电力系统的用电调度领域。本发明专利技术考虑低压侧台区，构建多目标低碳降损用能优化模型，以台区日二氧化碳排放量最少、线损量最低为优化目标，计及台区中机组设备运行条件约束，对现有机组运行策略进行日内时序的优化，充分调动低压网络中各类资源灵活参与低碳降损优化行为。采用细菌觅食算法对模型进行求解；通过将生物领域的细菌觅食算法引入台区用能调度优化领域，有效避免了传统优化算法陷入局部最优解的问题，提高了全局搜索能力和收敛速度。针对台区用能调度问题的特点，对细菌觅食算法进行了改进和优化，提高了算法的稳定性和适应性；若将模型应用在巨大的用能基数上，其碳减排降损效果将十分明显。其碳减排降损效果将十分明显。其碳减排降损效果将十分明显。

【技术实现步骤摘要】
一种台区用能多目标低碳降损优化调度策略方法


[0001]本专利技术涉及电力系统的用电调度领域，具体为一种台区用能多目标低碳降损优化调度策略方法。

技术介绍

[0002]随着我国城镇居民生活水平的提升，居民用电量呈现飞速增长的态势，近些年来新增用电量中居民用电的比例高达38％；非线性负荷快速增长，空调已占夏季尖峰负荷的30％以上，导致电网峰谷差逐年增大，加剧电网高峰负荷供应缺口。同时清洁能源的大力推广，使得台区形成聚合传统用电负荷、电动汽车设备、分布式电源、小型储能装置等多种类型设备的低压网络。此外，电力行业对二氧化碳的计量大多从电源侧采用传统的静态排放因子计量方法，随着碳流理论的提出，越来越多的研究在用户侧进行。电力部门是重要的碳排放部门，电力低碳转型对于环保来说十分重要。在此背景下，开展低压侧用户用能潜力研究具有十分重要的现实意义，即在用户侧开展计及碳计量的用能优化具有非常重要的实际意义，通过分析用户用电习惯，优化台区用能，调度台区可控负荷，兼顾最大程度满足用户用能需求及最小程度降低用户舒适度，提高台区用电效率、可再生能源利用率及降低台区碳排放量。

技术实现思路

[0003]本专利技术为了解决电力行业对二氧化碳的计量，碳流理论如何应用于用户侧的问题，提供了一种台区用能多目标低碳降损优化调度策略方法。
[0004]本专利技术是通过如下技术方案来实现的：一种台区用能多目标低碳降损优化调度策略方法，具体步骤如下：
[0005]一、建立碳流追踪模型：已知电力系统共有N个节点，其中包括K台发电机，M个负荷节点，且网络的拓扑结构已知，不考虑系统网损，可通过直流潮流计算得到系统的潮流分布；
[0006]1.1)支路潮流分布矩阵
[0007]支路潮流分布矩阵为N阶方阵，用于描述电力系统的有功潮流分布，由P
B
＝(P
Bij
)
N
×
N
表示；支路潮流分布矩阵不仅包括系统的拓扑结构信息，还包括电力网络的有功潮流分布信息，规定节点i流向节点j为正向潮流，对矩阵中各元素的具体定义如下：
[0008]若节点i、j之间有支路直接相连，i，j＝1,2,
…
,N；则支路i
‑
j和支路j
‑
i的支路潮流分布矩阵对应元素如式(1)所示：
[0009][0010]若节点i、j之间没有支路直接向量，则P
Bij
＝P
Bji
＝0；特别的，矩阵所有的对角线元
素P
Bii
＝0，i＝1,2,
…
,N；
[0011]1.2)机组注入分布矩阵
[0012]机组注入分布矩阵为K
×
N阶矩阵，用于描述所有发电机组与电力系统的连接关系以及机组注入有功功率，采用P
G
＝(P
Gkj
)
K
×
N
表示；机组注入分布矩阵包含发电机连接系统节点的编号信息和输出的有功功率信息，对机组注入分布矩阵中各元素的具体定义如下：
[0013]若第k台发电机组的接入节点为j，k＝1,2,
…
,K；那么其注入节点j的有功功率为：
[0014][0015]若发电机未接入节点或注入系统的有功功率为0，则机组注入分布矩阵对应的元素为0；
[0016]1.3)负荷分布矩阵
[0017]负荷分布矩阵为M
×
N阶矩阵，用于描述所有电力负荷和系统的连接关系以及有功负荷量，采用P
L
＝(P
Lmj
)
M
×
N
表示；负荷分布矩阵包含负荷接入系统节点的编号信息以及有功负荷量大小信息，对矩阵中个元素的具体定义如下：
[0018][0019]若节点j无负荷接入则负荷分布矩阵对应的元素均为0；
[0020]1.4)节点有功通量矩阵
[0021]节点有功通量矩阵为N阶对角阵，用于描述考虑潮流方向下流入节点有功潮流的“绝对量”，采用P
N
＝(P
Nij
)
N
×
N
表示；节点有功通量矩阵包含系统中发电机组对节点和节点对节点碳势的贡献值，该矩阵元素的具体定义如下：
[0022]P
B
矩阵和P
G
矩阵第i列元素之和等于P
N
矩阵的第i行对角元素，令P
Z
＝[P
B
,P
G
]T
则节点有功通量矩阵P
N
计算如式(4)：
[0023]P
N
＝diag(ζ
N+K
P
Z
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0024]其中，N+K为元素全是1的N+K阶行向量；公式(4)说明，在已知P
B
、P
G
矩阵的情况下，P
N
矩阵可由P
B
、P
G
矩阵相加得到；
[0025]1.5)机组碳排放强度
[0026]碳排放特性依据机组类型而有所区别，机组碳排放强度在碳排放流计算中认为已知，机组碳排放强度向量由各台机组的碳排放强度组成；设第k台发电机组的碳排放强度为e
Gk
，则向量中各元素表示为：
[0027]E
G
＝[e
G1
,e
G2
,
…
,e
Gk
]T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0028]1.6)节点碳势向量：
[0029]求出节点的碳势是电力系统碳流计算的第一目标，节点碳势由P
B
、P
G
、P
N
矩阵直接生成得到，则节点碳势向量表示为：
[0030]E
N
＝(P
N
‑
P
BT
)
‑1P
GT
E
G
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0031]二、定义动态碳排放因子
[0032]动态碳排放因子以节点为基础建立，根据动态碳排放因子建立的基本原则，在空间差异上需要满足公平性需求，因而建立的碳排放因子以空间上的平均节点碳势而得，所
采取的单位为tCO2/MWh，计算公式如式(7)所示：
[0033][0034]三、建立多目标低碳降损用能优化模型
[0035]在步骤一与二的基础上建立用能优化模型，设定台区日碳减排量最多、线损量最小为目标函数，考虑可时移设备和居民日常用电，对可时移设备构建约束条件集合，为台区中其设备制定最优运行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种台区用能多目标低碳降损优化调度策略方法，其特征在于：具体步骤如下：一、建立碳流追踪模型：已知电力系统共有N个节点，其中包括K台发电机，M个负荷节点，且网络的拓扑结构已知，不考虑系统网损，可通过直流潮流计算得到系统的潮流分布；1.1)支路潮流分布矩阵支路潮流分布矩阵为N阶方阵，用于描述电力系统的有功潮流分布，由P
B
＝(P
Bij
)
N
×
N
表示；支路潮流分布矩阵不仅包括系统的拓扑结构信息，还包括电力网络的有功潮流分布信息，规定节点i流向节点j为正向潮流，对矩阵中各元素的具体定义如下：若节点i、j之间有支路直接相连，i，j＝1,2,
…
,N；则支路i
‑
j和支路j
‑
i的支路潮流分布矩阵对应元素如式(1)所示：若节点i、j之间没有支路直接向量，则P
Bij
＝P
Bji
＝0；矩阵所有的对角线元素P
Bii
＝0，i＝1,2,
…
,N；1.2)机组注入分布矩阵机组注入分布矩阵为K
×
N阶矩阵，用于描述所有发电机组与电力系统的连接关系以及机组注入有功功率，采用P
G
＝(P
Gkj
)
K
×
N
表示；机组注入分布矩阵包含发电机连接系统节点的编号信息和输出的有功功率信息，对机组注入分布矩阵中各元素的具体定义如下：若第k台发电机组的接入节点为j，k＝1,2,
…
,K；那么其注入节点j的有功功率为：若发电机未接入节点或注入系统的有功功率为0，则机组注入分布矩阵对应的元素为0；1.3)负荷分布矩阵负荷分布矩阵为M
×
N阶矩阵，用于描述所有电力负荷和系统的连接关系以及有功负荷量，采用P
L
＝(P
Lmj
)
M
×
N
表示；负荷分布矩阵包含负荷接入系统节点的编号信息以及有功负荷量大小信息，对矩阵中个元素的具体定义如下：若节点j无负荷接入则负荷分布矩阵对应的元素均为0；1.4)节点有功通量矩阵节点有功通量矩阵为N阶对角阵，用于描述考虑潮流方向下流入节点有功潮流的“绝对量”，采用P
N
＝(P
Nij
)
N
×
N
表示；节点有功通量矩阵包含系统中发电机组对节点和节点对节点碳势的贡献值，该矩阵元素的具体定义如下：P
B
矩阵和P
G
矩阵第i列元素之和等于P
N
矩阵的第i行对角元素，令P
Z
＝[P
B
,P
G
]
T
则节点有功通量矩阵P
N
计算如式(4)：P
N
＝diag(ζ
N+K
P
Z
)
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(4)
其中，N+K为元素全是1的N+K阶行向量；公式(4)说明，在已知P
B
、P
G
矩阵的情况下，P
N
矩阵可由P
B
、P
G
矩阵相加得到；1.5)机组碳排放强度碳排放特性依据机组类型而有所区别，机组碳排放强度在碳排放流计算中认为已知，机组碳排放强度向量由各台机组的碳排放强度组成；设第k台发电机组的碳排放强度为e
Gk
，则向量中各元素表示为：E
G
＝[e
G1
,e
G2
,
…
,e
Gk
]
T
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(5)1.6)节点碳势向量：求出节点的碳势是电力系统碳流计算的第一目标，节点碳势由P
B
、P
G
、P
N
矩阵直接生成得到，则节点碳势向量表示为：E
N
＝(P
N
‑
P
BT
)
‑1P
GT
E
G
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(6)二、定义动态碳排放因子动态碳排放因子以节点为基础建立，根据动态碳排放因子建立的基本原则，在空间差异上满足公平性需求，因而建立的碳排放因子以空间上的平均节点碳势而得，所采取的单位为tCO2/MWh，计算公式如式(7)所示：三、建立多目标低碳降损用能优化模型在步骤一与二的基础上建立用能优化模型，设定台区日碳减排量最多、线损量最小为目标函数，考虑可时移设备和居民日常用电，对可时移设备构建约束条件集合，为台区中其设备制定最优运行策略：台区分布式光伏采取“自发自用，余电上网”的并网模式，即剩余电力可自由调度；此外在本模型的运行中，负荷的调度采用按时间段调度的方式，将一天24h按时间间隔Δt＝15mins分成96个时间段t，在离散的时间段里进行负荷的调度；优化运行变量包括各时段冷/热负荷运行功率、储能设备的充/放电功率、充电桩充电功率以及从公共电网中购、售电功率；3.1)确定目标函数定义台区日碳排放量为每日购电所产生的碳排放量与台区光伏售电节约的碳排放量之差，目标函数为台区典型负荷日碳排放量最小，其表达式为：F1＝minC
day
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)式中P
tbuy
为典型日台区在t时段系统对外购电功率；P
tsell
为典型日台区在t时段系统对外售功率；G
t
为t时段动态碳排放因子，其物理意义为台区设备消耗一度电所产生的碳排放量，在时间上实现碳排放的精确计量；线损是通过总供电量和总售电量相减得到的，线损电量占供电量百分数称为线损率，考虑光伏发电情况，且台区所建分布式光伏采取“自发自用，余电上网”的并网模式，具体的
线损计算公式为：F2＝minQ
loss
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)式中，Q
loss
为典型日台区线损量，P
tpv
为t时段系统光伏发电功率；P
tuse
为t时段系统用电功率；P
tbuy
为t时段为系统购电功率；P
tsell
为t时段系统售电功率；3.2)构造约束条件3.2.1)功率平衡约束P
tuse
＝P
tload
+P
tB,cha
‑
P
tB,dis
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)在实际运行过程中，台区中发电功率要求与负荷功率需时刻保持平衡，其中，目标函数中变量满足以下平衡等式，首先建立台区各类负荷的功率与发电功率平衡约束：式中P
tload
为t时段系统本地负荷功率；P
tbuy
+P
tpv
+P<...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭易鑫，任宇路，杨帅，程昱舒，张雪瑞，刘青，白志霞，郭晓霞，陈安琪，吕相沅，刘佳易，曹琼，王书姝，张璟，闫春蕊，索思远，杨晓霞，薛盈，许进，黄景立，王晖南，闫永升，赵铁彦，高飞，
申请(专利权)人：国网山西省电力公司营销服务中心，
类型：发明
国别省市：