本發(fā)明涉及一種含新能源發(fā)電區(qū)域電網(wǎng)碳排放優(yōu)化調(diào)度方法，屬電力優(yōu)化調(diào)度技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，能源短缺和環(huán)境污染成為世界關(guān)注的焦點問題，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)高能耗、高污染的經(jīng)濟增長方式，大力推進節(jié)能減排，發(fā)展以低能耗、低排放、低污染為標志的“低碳經(jīng)濟”，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，正在成為世界各國經(jīng)濟發(fā)展的共同選擇。
對于我國而言，電力行業(yè)作為國民經(jīng)濟和社會發(fā)展過程中最重要的基礎(chǔ)能源產(chǎn)業(yè)，是主要的碳排放部門，也是碳排放權(quán)交易的市場主體。發(fā)揮電網(wǎng)提高能源利用效率、推進節(jié)能減排技術(shù)發(fā)展的作用，對低碳經(jīng)濟的發(fā)展具有非常重要的戰(zhàn)略意義。低碳發(fā)展已經(jīng)對電力系統(tǒng)運行和規(guī)劃的各個方面產(chǎn)生了顯著影響。因此，在低碳經(jīng)濟的背景下，電力行業(yè)內(nèi)部如何將初始碳排放權(quán)在各發(fā)電機組之間進行合理分配顯得尤為重要。
隨著環(huán)境問題的日益突出，碳交易日益成為全世界關(guān)注的前沿問題。碳交易是通過建立合法的碳排放權(quán)并允許這種權(quán)利進行買賣，從而實現(xiàn)碳排放量減少的交易機制，是通過經(jīng)濟手段解決環(huán)境問題的市場機制。引入碳排放權(quán)機制后，需要考慮電網(wǎng)的低碳排放，使得電網(wǎng)產(chǎn)生的碳排放總量滿足碳排放約束的要求。本發(fā)明提出基于模型預(yù)測控制的含新能源發(fā)電區(qū)域電網(wǎng)碳排放優(yōu)化調(diào)度方法，來解決上述問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是，為了考慮電網(wǎng)的低碳排放，使得電網(wǎng)產(chǎn)生的碳排放總量滿足碳排放約束的要求，本發(fā)明提出一種含新能源發(fā)電區(qū)域電網(wǎng)碳排放優(yōu)化調(diào)度方法，該方法是基于模型預(yù)測控制的電網(wǎng)碳排放優(yōu)化調(diào)度方法。
實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種含新能源發(fā)電區(qū)域電網(wǎng)碳排放優(yōu)化調(diào)度方法，包括以下步驟：
(1)將區(qū)域電網(wǎng)的碳排放配額根據(jù)負荷預(yù)測進行分解，使區(qū)域電網(wǎng)的碳排放配額與調(diào)度時段在時間尺度上一致；
(2)模型預(yù)測控制，采用滾動式的有限時域優(yōu)化策略；根據(jù)分解的區(qū)域電網(wǎng)碳排放配額，建立以區(qū)域電網(wǎng)實際碳排放與碳排放配額的偏差最小為目標函數(shù)的優(yōu)化模型；
(3)根據(jù)負荷預(yù)測、新能源發(fā)電出力預(yù)測和常規(guī)火力發(fā)電機組發(fā)電出力數(shù)據(jù)，以區(qū)域電網(wǎng)當前狀態(tài)下的常規(guī)火力發(fā)電機組的實際發(fā)電出力和新能源發(fā)電出力作為初始值，以常規(guī)火力發(fā)電機組的發(fā)電出力變化量和新能源發(fā)電出力變化量為控制變量，基于模型預(yù)測控制建立常規(guī)火力發(fā)電機組和新能源發(fā)電的計算模型，并進行迭代求解，不斷修正常規(guī)火力發(fā)電機組發(fā)電出力和新能源發(fā)電出力預(yù)測值。
所述區(qū)域電網(wǎng)碳排放配額的分解，使區(qū)域電網(wǎng)的碳排放配額與調(diào)度時段在時間尺度上一致，按下式計算：
elimit(t)＝a(t)×erg；
式中，t為調(diào)度周期的時段數(shù)，t0為初始調(diào)度時刻，l(t)為區(qū)域電網(wǎng)在t時刻的負荷預(yù)測值，a(t)為區(qū)域電網(wǎng)在t時刻的負荷預(yù)測值占調(diào)度周期t的總負荷的比值，erg為調(diào)度周期t內(nèi)區(qū)域電網(wǎng)的碳排放配額，elimit(t)為區(qū)域電網(wǎng)在t時刻的碳排放配額。
所述目標函數(shù)的優(yōu)化模型包括：
(1)區(qū)域電網(wǎng)目標函數(shù)
根據(jù)所述區(qū)域電網(wǎng)的碳排放配額，區(qū)域電網(wǎng)以實際碳排放與碳排放配額的偏差最小為目標函數(shù)：
式中，t為調(diào)度周期的時段數(shù)，t0為初始調(diào)度時刻，e(t)為區(qū)域電網(wǎng)在t時刻的碳排放量，elimit(t)為區(qū)域電網(wǎng)在t時刻的碳排放配額，n為區(qū)域電網(wǎng)的常規(guī)火力發(fā)電機組臺數(shù)，pgi(t)為常規(guī)火力發(fā)電機組i在t時刻的發(fā)電出力，ai為常規(guī)火力發(fā)電機組i的碳排放系數(shù)；
(2)區(qū)域電網(wǎng)約束條件
功率平衡約束：
式中，n為區(qū)域電網(wǎng)的常規(guī)火力發(fā)電機組臺數(shù)，pgi(t)為常規(guī)火力發(fā)電機組i在t時刻的發(fā)電出力，m為區(qū)域電網(wǎng)的新能源發(fā)電機組臺數(shù)，pngj(t)為新能源發(fā)電機組j在t時刻的發(fā)電出力，pd(t)為區(qū)域電網(wǎng)在t時刻的負荷用電功率，ploss(t)為區(qū)域電網(wǎng)在t時刻的網(wǎng)損；
常規(guī)火力發(fā)電機組發(fā)電出力上下限約束：
式中，
新能源發(fā)電出力上下限約束，區(qū)域電網(wǎng)考慮的新能源發(fā)電包括風力發(fā)電、光伏發(fā)電和儲能單元三種類型：
式中，x、y和z分別為風力發(fā)電、光伏發(fā)電和儲能單元數(shù)量，則有x+y+z＝m，pwindx(t)為風力發(fā)電機組x在t時刻的發(fā)電出力，
常規(guī)火力發(fā)電機組發(fā)電出力爬坡約束：
式中，
新能源發(fā)電出力爬坡約束：
式中，
所述建立常規(guī)火力發(fā)電機組和新能源發(fā)電的計算模型如下：
式中，pgi(t0+t|t0)為在t0時刻計算未來t0+t時刻常規(guī)火力發(fā)電機組有功出力值；pgi(t0)為常規(guī)火力發(fā)電機組的發(fā)電出力初始值；△pgi(t0+t|t0)為在t0時刻計算得到未來[t0+(t-1),t0+t]時段內(nèi)常規(guī)火力發(fā)電機組發(fā)電出力變化量；
pwindx(t0+t|t0)為在t0時刻計算未來t0+t時刻風力發(fā)電有功出力值；pwindx(t0)為風力發(fā)電機組的發(fā)電出力初始值；△pwindx(t0+t|t0)為在t0時刻計算得到未來[t0+(t-1),t0+t]時段內(nèi)風力發(fā)電出力變化量；
ppvy(t0+t|t0)為在t0時刻計算未來t0+t時刻光伏發(fā)電有功出力值；ppvy(t0)為光伏發(fā)電出力初始值；△ppvy(t0+t|t0)為在t0時刻計算得到未來[t0+(t-1),t0+t]時段內(nèi)光伏發(fā)電出力變化量；
psocz(t0+t|t0)為在t0時刻計算未來t0+t時刻儲能單元可用有功出力值psocz(t0)為儲能單元可用有功出力的初始值；△psocz(t0+t|t0)為在t0時刻計算得到未來[t0+(t-1),t0+t]時段內(nèi)儲能單元可用有功出力變化量。
本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明針對區(qū)域電網(wǎng)的碳排放約束，提出基于模型預(yù)測控制的含新能源發(fā)電區(qū)域電網(wǎng)碳排放優(yōu)化調(diào)度方法，可以將區(qū)域電網(wǎng)的碳排放限制在碳排放配額的約束范圍，實現(xiàn)區(qū)域電網(wǎng)的低碳調(diào)度。
附圖說明
圖1為本發(fā)明含新能源發(fā)電區(qū)域電網(wǎng)碳排放優(yōu)化調(diào)度方法的流程圖。
具體實施方式
本發(fā)明的具體實施方式如圖1流程所示。
本實施例一種含新能源發(fā)電區(qū)域電網(wǎng)碳排放優(yōu)化調(diào)度方法，包括以下步驟：
(1)將區(qū)域電網(wǎng)的碳排放配額根據(jù)負荷預(yù)測進行分解，使區(qū)域電網(wǎng)的碳排放配額與調(diào)度時段在時間尺度上一致。
本實施例的區(qū)域電網(wǎng)碳排放配額分解。因碳交易屬于中長期交易，區(qū)域電網(wǎng)分配到的碳排放配額是一個根據(jù)碳排放配額分配方法計算得到的數(shù)值，本實施例將區(qū)域電網(wǎng)分配到的碳排放配額按照負荷預(yù)測進行分解，得到各個調(diào)度時段的碳排放配額，計算式如下：
elimit(t)＝a(t)×erg；
式中，t為調(diào)度周期的時段數(shù)，t0為初始調(diào)度時刻，l(t)為區(qū)域電網(wǎng)在t時刻的負荷預(yù)測值，a(t)為區(qū)域電網(wǎng)在t時刻的負荷預(yù)測值占調(diào)度周期t的總負荷的比值，erg為調(diào)度周期t內(nèi)區(qū)域電網(wǎng)的碳排放配額，elimit(t)為區(qū)域電網(wǎng)在t時刻的碳排放配額。
(2)根據(jù)分解的區(qū)域電網(wǎng)碳排放配額，建立以區(qū)域電網(wǎng)實際碳排放與碳排放配額的偏差最小為目標函數(shù)的優(yōu)化模型。
①功率平衡約束：
式中，n為區(qū)域電網(wǎng)的常規(guī)火力發(fā)電機組臺數(shù)，pgi(t)為常規(guī)火力發(fā)電機組i在t時刻的發(fā)電出力，m為區(qū)域電網(wǎng)的新能源發(fā)電機組臺數(shù)，pngj(t)為新能源發(fā)電機組j在t時刻的發(fā)電出力，pd(t)為區(qū)域電網(wǎng)在t時刻的負荷用電功率，ploss(t)為區(qū)域電網(wǎng)在t時刻的網(wǎng)損。
②常規(guī)火力發(fā)電機組發(fā)電出力上下限約束：
式中，
③新能源發(fā)電出力上下限約束：
在本發(fā)明中，區(qū)域電網(wǎng)考慮的新能源發(fā)電包括風力發(fā)電、光伏發(fā)電和儲能單元三種類型：
式中，x、y和z分別為風力發(fā)電、光伏發(fā)電和儲能單元數(shù)量，則有x+y+z＝m，pwindx(t)為風力發(fā)電機組x在t時刻的發(fā)電出力，
④常規(guī)火力發(fā)電機組發(fā)電出力爬坡約束：
式中，
⑤新能源發(fā)電出力爬坡約束：
式中，
(3)基于模型預(yù)測控制分別建立常規(guī)火力發(fā)電機組和新能源發(fā)電的計算模型。
本實施例模型預(yù)測控制，采用滾動式的有限時域優(yōu)化策略。根據(jù)負荷預(yù)測、新能源發(fā)電出力預(yù)測和常規(guī)火力發(fā)電機組發(fā)電出力數(shù)據(jù)，以區(qū)域電網(wǎng)當前狀態(tài)下的常規(guī)火力發(fā)電機組的實際發(fā)電出力和新能源發(fā)電出力作為初始值，以常規(guī)火力發(fā)電機組的發(fā)電出力變化量和新能源發(fā)電出力變化量為控制變量，基于模型預(yù)測控制建立常規(guī)火力發(fā)電機組和新能源發(fā)電的計算模型，并進行迭代求解，不斷修正常規(guī)火力發(fā)電機組發(fā)電出力和新能源發(fā)電出力預(yù)測值。
式中，
pgi(t0+t|t0)為在t0時刻計算未來t0+t時刻常規(guī)火力發(fā)電機組有功出力值，pgi(t0)為常規(guī)火力發(fā)電機組的發(fā)電出力初始值，△pgi(t0+t|t0)為在t0時刻計算得到未來[t0+(t-1),t0+t]時段內(nèi)常規(guī)火力發(fā)電機組發(fā)電出力變化量；
pwindx(t0+t|t0)為在t0時刻計算未來t0+t時刻風力發(fā)電有功出力值，pwindx(t0)為風力發(fā)電機組的發(fā)電出力初始值，△pwindx(t0+t|t0)為在t0時刻計算得到未來[t0+(t-1),t0+t]時段內(nèi)風力發(fā)電出力變化量；
ppvy(t0+t|t0)為在t0時刻計算未來t0+t時刻光伏發(fā)電有功出力值，ppvy(t0)為光伏發(fā)電出力初始值，△ppvy(t0+t|t0)為在t0時刻計算得到未來[t0+(t-1),t0+t]時段內(nèi)光伏發(fā)電出力變化量；
psocz(t0+t|t0)為在t0時刻計算未來t0+t時刻儲能單元可用有功出力值，psocz(t0)為儲能單元可用有功出力的初始值，△psocz(t0+t|t0)為在t0時刻計算得到未來[t0+(t-1),t0+t]時段內(nèi)儲能單元可用有功出力變化量。
根據(jù)計算模型進行迭代求解，不斷修正常規(guī)火力發(fā)電機組發(fā)電出力和新能源發(fā)電出力。