一种基于节点导纳矩阵的多目标最优碳流计算方法技术

本发明专利技术公开一种基于节点导纳矩阵的多目标最优碳流计算方法，其包括如下步骤：采集电网数据，进行潮流计算，得到电网运行参数，确定电网运行状态；建立约束条件对潮流计算结果进行约束，得到约束后的潮流计算结果；并据此建立电网发电成本函数；建立碳流计算数学模型，计算负荷节点和支路网损分别分摊的发电机组产生的碳排放，量化降低贡献；优化电网发电成本函数，计算发电成本最优值，并将其作为参考值，建立约束模型；建立最优碳流数学模型，通过优化算法确定最优碳流以及相关控制参数

【技术实现步骤摘要】
一种基于节点导纳矩阵的多目标最优碳流计算方法


[0001]本专利技术属于电力系统领域，特别涉及一种基于节点导纳矩阵的多目标最优碳流计算方法
。

技术介绍

[0002]随着温室效益的不断增强，全球气候逐渐变暖，对环境造成了巨大的影响，对经济造成了严重的损失
。
我国作为全球碳排放量最多的国家之一，应该肩负起降碳的责任
。
因此，合理调度电力系统的机组出力，最大限度的降低碳排放，对于实现“双碳”目标具有举足轻重的现实意义
。
[0003]碳流是一种依附于潮流的一种虚拟流，用于表征二氧化碳在某一时间段内从一个地点或系统流向另一个地点或系统的总量
。
碳流率是指从特定机组通过电网的支路与节点到达负荷的单位时间内的碳流量，用以表征短时间段内的碳排放量
。
目前的最优碳流是在经过潮流计算后，利用潮流分布矩阵按照比例分配的原则，进行碳排放的分摊，求取总电网的碳排放的最优值，但并未考虑新能源接入的影响
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的，在于提供一种基于节点导纳矩阵的多目标最优碳流计算方法，综合考虑风电机组和光伏机组的出力，实现电力系统的经济效益和节能减排
。
[0005]为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：
[0006]一种基于节点导纳矩阵的多目标最优碳流计算方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1，采集电网数据，建立光伏机组的时变功率差模型和风电机组数学模型，通过初始化火力发电机组的出力，进行潮流计算，得到电网运行参数，确定电网运行状态；
[0008]步骤2，建立系统决策变量约束
、
系统状态变量约束和火电机组的爬坡约束；对步骤1潮流计算结果进行约束，得到约束后的潮流计算结果；
[0009]步骤3，根据步骤2约束后的潮流计算结果，建立电网发电成本函数；
[0010]步骤4，建立碳流计算数学模型，通过节点导纳矩阵计算负荷节点和支路网损分别分摊的发电机组产生的碳排放，量化光伏机组以及风电机组对火电机组碳排放的降低贡献；
[0011]步骤5，通过优化算法优化电网发电成本函数，计算发电成本最优值，并将其作为参考值，建立约束模型；通过节点导纳矩阵建立碳流率与火电机组出力的映射关系，建立最优碳流数学模型，通过优化算法确定最优碳流以及相关控制参数
。
[0012]上述步骤1中，采集的电网数据是在潮流计算中需要应用到的数据，包括但不限于发电机组的输出功率
P
Gi
、
电压幅值
V
Gi
、
支路导纳
、
负荷功率
P
Li
和变压器变比
n
b
，其中支路导纳包括支路电阻
R、
电抗
X、
电导
G
和对地导纳
B
；电网运行参数包括母线上的电压幅值
、
相角
、
有功功率和无功功率
。
[0013]上述步骤1中，建立光伏机组的时变功率差模型的具体过程是：
[0014]建立光伏出力实际模型，公式如下所示：
[0015]P
＝
P0*I*[1+
α
(T
‑
T0)][0016]其中，
P
为光伏阵列的输出功率，
P0为标准测试条件下的额定功率，
I
为光照强度，
α
为光伏阵列的温度系数，
T
为光伏阵列的温度，
T0为标准测试条件下的光伏阵列温度；
[0017]采用前向差分的方式对光伏出力实际模型进行离散化，公式如下所示：
[0018]P(k)
＝
P(k
‑
1)+
Δ
*k
m
[0019]其中，
P(k)
为第
k
个时刻的光伏阵列输出功率，
Δ
为时间步长，
k
m
为第
k
‑1个时刻到
k
时刻的功率变化率；
[0020]将光伏出力实际模型代入差分形式中，建立光伏机组的时变功率差模型，公式如下所示：
[0021]P(k)
＝
P(k
‑
1)+
Δ
*[P0*I(k
‑
1)*
α
(T(k
‑
1)
‑
T0)][0022]其中，
I(k
‑
1)
为
k
‑1时刻的光照强度，
T(k
‑
1)
为
k
‑1时刻的光伏阵列的温度
。
[0023]上述步骤1中，建立风电机组数学模型的具体过程是：
[0024]建立风力发电出力数学模型，公式如下所示：
[0025][0026]其中，
[0027][0028][0029]P
w
(v)
代表单台发电机功率，
v
表示
t
时刻的风速，
v1表示切入风速，
v2表示切断风速，
v0表示额定风速；
[0030]给定风电机组的额定功率
P
w0
，即
t
时刻的
P
w
，设定风电机组的初始电压为
U
w0
；
[0031]基于风电机组的额定功率
P
w0
和风电机组的初始电压为
U
w0
，计算风电机组的滑差
s
w
，公式如下所示：
[0032][0033]其中，
x
k
＝
x1+x2，
r2为转子电阻，
x1和
x2分别为定子电抗和转子电抗；
[0034]基于风电机组的额定功率
P
w0
和风电机组的滑差
s
w
计算风电机组的无功功率
Q
w
，公式如下所示：
[0035][0036]将风电机组视为
PQ
节点，进行潮流计算，得到风电机组的节点电压更新值
U
w
；
[0037]若
U
w
≠U
w0
，则令重复计算风电机组的滑差
s
w
、
风电机组的无功功率
Q
w
和风电机组的节点电压更新值
U
w
，直至
|U
w
‑
U
w0
|
＜
ε
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于节点导纳矩阵的多目标最优碳流计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，采集电网数据，建立光伏机组的时变功率差模型和风电机组数学模型，通过初始化火力发电机组的出力，进行潮流计算，得到电网运行参数，确定电网运行状态；步骤2，建立系统决策变量约束
、
系统状态变量约束和火电机组的爬坡约束；对步骤1潮流计算结果进行约束，得到约束后的潮流计算结果；步骤3，根据步骤2约束后的潮流计算结果，建立电网发电成本函数；步骤4，建立碳流计算数学模型，通过节点导纳矩阵计算负荷节点和支路网损分别分摊的发电机组产生的碳排放，量化光伏机组以及风电机组对火电机组碳排放的降低贡献；步骤5，通过优化算法优化电网发电成本函数，计算发电成本最优值，并将其作为参考值，建立约束模型；通过节点导纳矩阵建立碳流率与火电机组出力的映射关系，建立最优碳流数学模型，通过优化算法确定最优碳流以及相关控制参数
。2.
如权利要求1所述的多目标最优碳流计算方法，其特征在于，所述步骤1中，采集的电网数据是在潮流计算中需要应用到的数据，包括但不限于发电机组的输出功率
P
Gi
、
电压幅值
V
Gi
、
支路导纳
、
负荷功率
P
Li
和变压器变比
n
b
，其中支路导纳包括支路电阻
R、
电抗
X、
电导
G
和对地导纳
B
；电网运行参数包括母线上的电压幅值
、
相角
、
有功功率和无功功率
。3.
如权利要求1所述的多目标最优碳流计算方法，其特征在于，所述步骤1中，建立光伏机组的时变功率差模型的具体过程是：建立光伏出力实际模型，公式如下所示：
P
＝
P0*I*[1+
α
(T
‑
T0)]
其中，
P
为光伏阵列的输出功率，
P0为标准测试条件下的额定功率，
I
为光照强度，
α
为光伏阵列的温度系数，
T
为光伏阵列的温度，
T0为标准测试条件下的光伏阵列温度；采用前向差分的方式对光伏出力实际模型进行离散化，公式如下所示：
P(k)
＝
P(k
‑
1)+
Δ
*k
m
其中，
P(k)
为第
k
个时刻的光伏阵列输出功率，
Δ
为时间步长，
k
m
为第
k
‑1个时刻到
k
时刻的功率变化率；将光伏出力实际模型代入差分形式中，建立光伏机组的时变功率差模型，公式如下所示：
P(k)
＝
P(k
‑
1)+
Δ
*[P0*I(k
‑
1)*
α
(T(k
‑
1)
‑
T0)]
其中，
I(k
‑
1)
为
k
‑1时刻的光照强度，
T(k
‑
1)
为
k
‑1时刻的光伏阵列的温度
。4.
如权利要求1所述的多目标最优碳流计算方法，其特征在于，所述步骤1中，建立风电机组数学模型的具体过程是：建立风力发电出力数学模型，公式如下所示：其中，
P
w
(v)
代表单台发电机功率，
v
表示
t
时刻的风速，
v1表示切入风速，
v2表示切断风速，
v0表示额定风速；给定风电机组的额定功率
P
w0
，即
t
时刻的
P
w
，设定风电机组的初始电压为
U
w0
；基于风电机组的额定功率
P
w0
和风电机组的初始电压为
U
w0
，计算风电机组的滑差
s
w
，公式如下所示：其中，
x
k
＝
x1+x2，
r2为转子电阻，
x1和
x2分别为定子电抗和转子电抗；基于风电机组的额定功率
P
w0
和风电机组的滑差
s
w
计算风电机组的无功功率
Q
w
，公式如下所示：将风电机组视为
PQ
节点，进行潮流计算，得到风电机组的节点电压更新值
U
w
；若
U
w
≠U
w0
，则令重复计算风电机组的滑差
s
w
、
风电机组的无功功率
Q
w
和风电机组的节点电压更新值
U
w
，直至
|U
w
‑
U
w0
|<
ε
，其中，
ε
＝1×
10
‑5。5.
如权利要求1所述的多目标最优碳流计算方法，其特征在于，所述步骤2中，系统决策变量为除平衡节点
、
光伏机组和风电机组以外的所有火电机组的出力，约束条件为其中和为所述系统决策变量的下限和上限；系统状态变量
X
是指所有母线的有功功率
、
无功功率和电压幅值与所有支路的有功功率和无功功率，即
X(P1,Q1,V
g
,P
ij
,Q
ij
)
，约束条件为
X
min
<X<X
max
，其中
X
min
和
X
max
为所述系统状态变量的下限和上限；火电机组的爬坡约束
Z
是指其中
P
iGdown
和
P
iGup
分别为第
i
台火电机组的最大向下爬坡功率和最大向上爬坡功率<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘程子，沈周钰，杨艳，刘泽远，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：