一種基于電力系統(tǒng)的溫室氣體減排控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)的智能電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于電力系統(tǒng)的溫室氣 體減排控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 溫室氣體排放加速了全球氣候變暖進(jìn)程，電力行業(yè)提出"清潔替代"和"電能替代" 戰(zhàn)略，以減少化石能源消費(fèi)，促進(jìn)溫室氣體減排。倡導(dǎo)新能源發(fā)電是"清潔替代"的主要實(shí)施 手段，推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展是"電能替代"的重要實(shí)施手段。目前，新能源發(fā)電技術(shù)和電動(dòng)汽 車(chē)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性與常規(guī)電源和燃油汽車(chē)相比尚不具備競(jìng)爭(zhēng)力，但減少溫室氣體排放又是政 府可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的迫切訴求和刻不容緩的責(zé)任，因此，政府已經(jīng)頻繁出臺(tái)補(bǔ)貼、稅收等相 關(guān)激勵(lì)政策，以提升新能源發(fā)電和電動(dòng)汽車(chē)的競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)新能源發(fā)電和電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展， 實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排目標(biāo)。然而，由于缺乏政府政策與電力系統(tǒng)溫室氣體減排效果之間定量 關(guān)系模擬分析的系統(tǒng)性方法，目前政府出臺(tái)政策時(shí)只是從定性角度出發(fā)，沒(méi)有考慮政策作 用下各利益相關(guān)方之間的市場(chǎng)博弈行為及其政策響應(yīng)機(jī)制，無(wú)法準(zhǔn)確刻畫(huà)政策與溫室氣體 減排之間的定量關(guān)系，進(jìn)而導(dǎo)致政府打出政策組合拳時(shí)缺乏一定的理論依據(jù)，容易出現(xiàn)政 策效果不明顯或者政府減排訴求難以滿足的局面。
[0003] 作為現(xiàn)代數(shù)學(xué)的一個(gè)分支和運(yùn)籌學(xué)的重要組成部分，博弈論是定量研究競(jìng)爭(zhēng)-合 作環(huán)境中優(yōu)化問(wèn)題的科學(xué)，可以用來(lái)描述多市場(chǎng)利益主體的市場(chǎng)博弈行為，常用在經(jīng)濟(jì)領(lǐng) 域的投資決策方面，在電力系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用也大多隸屬于投資決策問(wèn)題。智能電網(wǎng)背景下， 參與主導(dǎo)電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的決策主體趨于多樣化，博弈論將成為解決智能電網(wǎng)領(lǐng)域的諸多關(guān) 鍵難題的有力工具。另外，包含機(jī)組組合和經(jīng)濟(jì)調(diào)度的電力系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行模擬技術(shù)已在電 力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，其目的是在保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的前提下追求電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng) 濟(jì)性，該方法能夠模擬電力系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)組和負(fù)荷的實(shí)際電量情況及其系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì) 水平。本發(fā)明在電力系統(tǒng)中首次創(chuàng)造性地將博弈論方法和電力系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行模擬方法相結(jié) 合，建立多利益主體的智能電網(wǎng)博弈模型和電力生產(chǎn)運(yùn)行模擬模型，以政府政策作為智能 電網(wǎng)博弈論模型的輸入變量進(jìn)行博弈決策，將智能電網(wǎng)利益主體的決策變量輸入到電力系 統(tǒng)運(yùn)行生產(chǎn)模擬模型，得到各利益主體的電量及其溫室氣體減排效果。
[0004] 綜上所述，本發(fā)明提出了一種基于電力系統(tǒng)的溫室氣體減排控制方法，充分考慮 政策作用下各利益相關(guān)方之間的市場(chǎng)博弈行為及其政策響應(yīng)機(jī)制，為政府制定政策提供理 論依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提出一種基于電力系統(tǒng)的溫室氣體減排控制方法，采用靜態(tài)博 弈方法模擬各利益相關(guān)方的市場(chǎng)博弈行為及其政策響應(yīng)機(jī)制，利用電力系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行模擬 方法計(jì)算出政策數(shù)據(jù)下的實(shí)際減排數(shù)據(jù)，進(jìn)而計(jì)算出各政策場(chǎng)景下各利益相關(guān)方的溫室氣 體減排數(shù)量，并根據(jù)所述溫室氣體減排數(shù)量對(duì)溫室氣體進(jìn)行減排控制。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] -種基于電力系統(tǒng)的溫室氣體減排控制方法，具體包括以下步驟：
[0008] 步驟A :對(duì)利益相關(guān)方的政策數(shù)據(jù)空間進(jìn)行劃分，從而得到劃分后的政策數(shù)據(jù)空 間；
[0009] 步驟B :根據(jù)全社會(huì)電動(dòng)汽車(chē)保有量，采用Monte Carlo方法模擬電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)用 車(chē)行為，得到電動(dòng)汽車(chē)的充電負(fù)荷曲線，將電動(dòng)汽車(chē)的充電負(fù)荷曲線與電力系統(tǒng)負(fù)荷曲線 相加，從而得到系統(tǒng)的總負(fù)荷曲線；
[0010] 步驟C:從所述政策數(shù)據(jù)空間中選取一個(gè)政策場(chǎng)景數(shù)據(jù)；
[0011] 步驟D :針對(duì)目標(biāo)電力系統(tǒng)，根據(jù)所述政策場(chǎng)景數(shù)據(jù)和所述系統(tǒng)的總負(fù)荷曲線，采 用靜態(tài)博弈方法計(jì)算出對(duì)應(yīng)于所述政策場(chǎng)景數(shù)據(jù)的風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量和火力發(fā)電裝機(jī)容 量；
[0012] 步驟E :采用基于電力系統(tǒng)生產(chǎn)模擬的機(jī)組組合和經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，計(jì)算出風(fēng)力發(fā) 電和火力發(fā)電的實(shí)際發(fā)電量、電動(dòng)汽車(chē)的實(shí)際耗電量和火電機(jī)組溫室氣體總排放量；
[0013] 步驟F :根據(jù)步驟D和步驟E的計(jì)算結(jié)果，采用電力系統(tǒng)溫室氣體減排計(jì)算方法， 計(jì)算在所述政策場(chǎng)景數(shù)據(jù)下的溫室氣體減排數(shù)量；
[0014] 步驟G :重復(fù)步驟D到步驟F，遍歷所述政策數(shù)據(jù)空間中所有的政策場(chǎng)景數(shù)據(jù)，從而 得到所有政策場(chǎng)景數(shù)據(jù)下溫室氣體的減排數(shù)量；根據(jù)上述所有政策場(chǎng)景數(shù)據(jù)下溫室氣體的 減排數(shù)量對(duì)溫室氣體進(jìn)行減排控制。
[0015] 進(jìn)一步的，步驟A具體為：
[0016] 將某一類(lèi)政策作用于某一個(gè)利益相關(guān)方視為一個(gè)獨(dú)立政策數(shù)據(jù)，根據(jù)I個(gè)利益相 關(guān)方與J類(lèi)政策數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，得到N個(gè)獨(dú)立政策數(shù)據(jù)，并設(shè)定所述N個(gè)獨(dú)立政策數(shù)據(jù) 的合理可調(diào)區(qū)間；將每個(gè)獨(dú)立政策數(shù)據(jù)在其可調(diào)區(qū)間內(nèi)離散地劃分為K段，每一段對(duì)應(yīng)一 個(gè)實(shí)際的獨(dú)立政策數(shù)據(jù)值；N個(gè)獨(dú)立政策的所有的段構(gòu)成了所有利益相關(guān)方的政策數(shù)據(jù)空 間，所述政策數(shù)據(jù)空間共包含K n個(gè)點(diǎn)。
[0017] 進(jìn)一步的，步驟B具體包括步驟B1-B13 :
[0018] 步驟Bl :建立電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)充電行為的概率模型，包括用車(chē)模式、行駛里程、平均 車(chē)速、單車(chē)容量、充電行為、充電方式的概率分布模型；
[0019] 步驟B 2:令m = 1，其中m表示第m次Monte Carlo模擬；
[0020] 步驟B 3 :按照電動(dòng)汽車(chē)使用模式的概率分布隨機(jī)抽樣出用車(chē)模式，進(jìn)而得到總 里程數(shù)L，并令i = 1，其中i表示第i個(gè)里程；
[0021] 步驟B 4 :根據(jù)早晨、午間、傍晚、夜間用車(chē)時(shí)間的概率分布隨機(jī)抽樣用車(chē)時(shí)間點(diǎn)；
[0022] 步驟B 5 :根據(jù)里程的概率分布和平均車(chē)速的概率分布分別隨機(jī)抽樣得到里程和 車(chē)速；
[0023] 步驟B 6 :根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)類(lèi)型的概率分布隨機(jī)抽樣獲得電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)類(lèi)型；
[0024] 步驟B 7 :根據(jù)抽樣得到的第i個(gè)里程的用車(chē)時(shí)間、里程、平均車(chē)速、每百公里耗電 量即可計(jì)算出第i個(gè)里程的用車(chē)結(jié)束時(shí)間和剩余電量；
[0025] 步驟B 8 :根據(jù)用戶(hù)類(lèi)型，選擇充電行為；
[0026] 步驟B 9 :進(jìn)而得到一個(gè)里程的充電曲線，以及充電結(jié)束后或者下一里程開(kāi)始時(shí) 的電動(dòng)汽車(chē)剩余電量狀態(tài)；令i = i+Ι ;
[0027] 步驟B 10 :重復(fù)步驟B 7-B 9,直到i = L，進(jìn)而得到一次模擬的充電曲線；
[0028] 步驟B 11 :令m = m+Ι，重復(fù)B 3-B 10直到m = M，其中M表不所有M次Monte Carlo模擬；
[0029] 步驟B 12:求所有M次Monte Carlo模擬得到的充電曲線的數(shù)學(xué)期望，并乘以電 動(dòng)汽車(chē)保有量，即可得到最終的電動(dòng)汽車(chē)充電曲線；
[0030] 步驟B 13 :將電動(dòng)汽車(chē)充電曲線與電力系統(tǒng)負(fù)荷曲線相加得到系統(tǒng)的總負(fù)荷曲 線。
[0031] 進(jìn)一步的，步驟D通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)：以政策場(chǎng)景數(shù)據(jù)和所述系統(tǒng)的總負(fù)荷曲線 作為輸入量，通過(guò)建立風(fēng)力發(fā)電和火力發(fā)電的博弈數(shù)據(jù)模型，來(lái)模擬風(fēng)力發(fā)電和火力發(fā)電 對(duì)政策數(shù)據(jù)的響應(yīng)，從而獲得風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量和火力發(fā)電裝機(jī)容量。
[0032] 進(jìn)一步的，步驟D具體包括步驟D1-D3 :
[0033] 步驟Dl :設(shè)所述政策數(shù)據(jù)空間的子集中可選政策數(shù)據(jù)集合為風(fēng)力發(fā)電上網(wǎng)電價(jià) 補(bǔ)貼和火力發(fā)電碳稅，上述政策數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的利益相關(guān)方為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、火力發(fā)電機(jī)組，分 別用W和T表示兩個(gè)利益相關(guān)方，并作為博弈參與者參與兩方博弈，博弈參與者的策略：
[0034]
[0035]
[0036] 其中，P為裝機(jī)容量，S為策略空間，下標(biāo)表示不同的利益相關(guān)方，上標(biāo)min表示裝 機(jī)容量的最小值，上標(biāo)max表示裝機(jī)容量的最大值。乃廣為風(fēng)電裝機(jī)容量的最小值，為 風(fēng)電裝機(jī)容量的最大值，為火電裝機(jī)容量的最小值，^為火電裝機(jī)容量的最大值；
[0037] 步驟D2 :博弈參與者W和T的收益為其收入與費(fèi)用之差，分別記為1￥和I τ;參與 者的收益具體表現(xiàn)為：
[0038]
[0039] 其中，下標(biāo)i表示風(fēng)力發(fā)電和火力發(fā)電兩個(gè)不同的利益相關(guān)方，即i e {W，T}。Iisa 為售電收益和補(bǔ)貼收益、I1D為報(bào)廢收入、I lAUX為輔助服務(wù)收益，C 1INV為投資建設(shè)費(fèi)用、C 1()M為 運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用、Cifue為燃料費(fèi)用、C lEENS為停電補(bǔ)償費(fèi)用、C lPUR為購(gòu)電費(fèi)用；
[0040] 步驟D3 :采用粒子群算法迭代求解上述博弈論模型，進(jìn)一步包括步驟D31-步驟 D33 ：
[0041] 步驟D31 :設(shè)定均衡點(diǎn)初值（PW』，PT,。）；
[0042] 步驟D32 :各博弈參與者依次進(jìn)行獨(dú)立優(yōu)化：
[0043] 記第j輪的優(yōu)化的結(jié)果為（Pw，,，ΡΤι,)，通過(guò)優(yōu)化計(jì)算得到最優(yōu)策略組合 (Pw, j+i，Pt, j+i)，?兩足
[0044] '
[0045]
[0046] 其中，If表示以Pw為變量求取最大值，表示以Pt為變量求取最大值，arg表 示取滿足條件的元素，P wi j表示第j輪優(yōu)化后風(fēng)電的裝機(jī)容量，P Ti j表示第j輪優(yōu)化后火電的 裝機(jī)容量，PWi j+1表示第j+1輪優(yōu)化后風(fēng)電的裝機(jī)容量，PTi j+1表示第j+1輪優(yōu)化后火電的