本發(fā)明涉及電力調(diào)度，具體為一種基于碳排放流的含風(fēng)電系統(tǒng)需求響應(yīng)低碳經(jīng)濟調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

1、電力發(fā)電側(cè)通過燃燒煤、天然氣等不可再生資源進行發(fā)電，從而產(chǎn)生大量的二氧化碳溫室氣體，形成碳排放。現(xiàn)假設(shè)這些二氧化碳并沒有排放到大氣中，而是跟隨著電力系統(tǒng)潮流從發(fā)電側(cè)流向負荷側(cè)，形成了虛擬的碳排放流。在發(fā)電到用電這個過程中，用戶消費了電能，碳排放相應(yīng)的跟隨電力潮流進入到負荷側(cè)。但是傳統(tǒng)的含風(fēng)電系統(tǒng)低碳調(diào)度研究中主要是將碳排放與發(fā)電側(cè)緊密相關(guān)，采用固定碳排放系數(shù)來計算碳排放。然而，這種方法簡化了碳排放行為，無法體現(xiàn)碳排量核算時空差異性。

2、為追蹤從發(fā)電側(cè)到負荷側(cè)的碳排放，催生出了電力系統(tǒng)碳排放流方法。電力系統(tǒng)的碳排放流理論是一個用于評估整個電力系統(tǒng)碳排放的產(chǎn)生、傳輸和消耗的理論框架。該理論研究了碳排放水平與電力系統(tǒng)各組成部分之間的相關(guān)性。電力系統(tǒng)的碳排放流理論根據(jù)電力系統(tǒng)潮流計算的結(jié)果，確定了碳排放的分布和總體水平。碳排放流理論可以指導(dǎo)用戶用電行為的優(yōu)化，輔助碳減排的評估和結(jié)算，便于電力系統(tǒng)源-荷側(cè)碳排放管理措施的制定。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于碳排放流的含風(fēng)電系統(tǒng)需求響應(yīng)低碳經(jīng)濟調(diào)度方法，能夠優(yōu)化整個調(diào)度周期內(nèi)的負荷分布，有效平滑負荷曲線，提高風(fēng)電利用率，積極引導(dǎo)負荷側(cè)節(jié)能減排，從而減少了碳排放總量，充分挖掘負荷側(cè)的降碳潛力。技術(shù)方案如下：

2、基于碳排放流的含風(fēng)電系統(tǒng)需求響應(yīng)低碳經(jīng)濟調(diào)度方法，包括以下步驟：

3、步驟1：采集電力系統(tǒng)初值，包括機組參數(shù)、電負荷數(shù)據(jù)和風(fēng)力數(shù)據(jù)，作為輸入數(shù)據(jù)；

4、步驟2：以含風(fēng)電系統(tǒng)發(fā)電側(cè)總體運行成本最小為目標(biāo)構(gòu)建一階段經(jīng)濟調(diào)度模型，并采用td3算法求解各機組的調(diào)度策略，包括機組出力數(shù)據(jù)和潮流分布數(shù)據(jù)；

5、步驟3：根據(jù)由一階段經(jīng)濟調(diào)度模型得到的機組出力數(shù)據(jù)和潮流分布數(shù)據(jù)，通過碳排放流理論計算各節(jié)點碳勢和碳排放量；

6、步驟4：將步驟3中計算得到節(jié)點碳勢和碳排放量作為輸入的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將原始負荷數(shù)據(jù)和碳價格作為輸入的基本參數(shù)，以碳價為信號建立二階段需求響應(yīng)低碳優(yōu)化模型，利用碳價格作為價格信號來指導(dǎo)用戶進行需求響應(yīng)，使電力系統(tǒng)碳排放責(zé)任由發(fā)電側(cè)歸算至負荷側(cè)；

7、步驟5：將步驟4中響應(yīng)的負荷反饋給一階段經(jīng)濟調(diào)度模型進行求解，輸出重新計算后的最優(yōu)經(jīng)濟調(diào)度結(jié)果，計算此時的負荷側(cè)總碳排放量和碳排放成本。

8、進一步的，所述步驟2具體包括：

9、步驟2.1：構(gòu)建一階段經(jīng)濟調(diào)度模型，以含風(fēng)電系統(tǒng)發(fā)電側(cè)總體運行成本最小為目標(biāo)：

10、；

11、其中，、和分別為風(fēng)電成本、常規(guī)火電機組發(fā)電成本和儲能運行成本；

12、步驟2.2：獲取當(dāng)前時刻對應(yīng)的狀態(tài)的狀態(tài)信息：

13、；

14、其中，分別為時刻負荷功率、儲能充放電荷電狀態(tài)、各節(jié)點電壓、風(fēng)電機組功率和常規(guī)火電機組功率；

15、步驟2.3：一階段經(jīng)濟調(diào)度模型的馬爾可夫決策過程將儲能電池的實時充放電功率作為智能體的動作，智能體的動作空間表示為：

16、；

17、其中，為時刻第臺儲能設(shè)備的充放電功率；為儲能設(shè)備的臺數(shù)；

18、步驟2.4：將一階段經(jīng)濟調(diào)度問題轉(zhuǎn)化為深度強化學(xué)習(xí)的累積獎勵最大化形式進行求解，設(shè)置智能體與環(huán)境交互過程中的獎勵函數(shù)為：

19、；

20、步驟2.5：采用td3算法對一階段經(jīng)濟調(diào)度模型進行求解，算法中策略網(wǎng)絡(luò)以當(dāng)前狀態(tài)作為輸入，將調(diào)度決策作為動作輸出；智能體通過與含風(fēng)電配網(wǎng)環(huán)境交互進行訓(xùn)練，獲得軌跡數(shù)據(jù)，將軌跡數(shù)據(jù)放在經(jīng)驗回放池中，并從中抽取m個樣本用于策略網(wǎng)絡(luò)和價值網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化；策略網(wǎng)絡(luò)通過最大化累計期望回報更新參數(shù)；價值網(wǎng)絡(luò)通過最小化估計值與目標(biāo)值之間的差值更新參數(shù)。

21、更進一步的，所述步驟2.5具體包括：

22、步驟2.5.1：通過優(yōu)化策略網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，達到最大化策略函數(shù)的目的，策略函數(shù)的方程表示為：

23、；

24、式中：策略函數(shù)表示能夠獲取的期望回報；表示當(dāng)前狀態(tài)在策略下的分布；表示在狀態(tài)下按照策略動作的價值函數(shù)；?為期望函數(shù)；采用梯度下降方法更新策略函數(shù)中的參數(shù)，如下式所示：

25、；

26、式中：為策略函數(shù)的梯度，為動作價值函數(shù)的梯度；為價值網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；為動作，為狀態(tài)的策略；為策略網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；

27、步驟2.5.2：價值網(wǎng)絡(luò)更新：

28、價值網(wǎng)絡(luò)對策略網(wǎng)絡(luò)做出的動作進行評估，動作-價值函數(shù)由貝爾曼方程表示為：

29、；

30、式中：為折扣因子，為下一時刻狀態(tài)；為下一狀態(tài)的動作；為當(dāng)前時刻獎勵值；

31、利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將價值網(wǎng)絡(luò)參數(shù)化，通過最小化bellman殘差來近似動作價值函數(shù)：

32、；

33、式中：和分別代表當(dāng)前價值網(wǎng)絡(luò)和目標(biāo)價值網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)；為時刻價值網(wǎng)絡(luò)輸出的 q值；在時刻價值網(wǎng)絡(luò)輸出的目標(biāo) q值為：

34、；

35、采用蒙特羅特采樣近似動作價值函數(shù)損失函數(shù)，通過最小化損失函數(shù)來更新當(dāng)前價值網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，所述損失函數(shù)為：

36、；

37、式中：為訓(xùn)練樣本數(shù)量；為第個樣本在時刻的目標(biāo)動作-狀態(tài)價值；為第個樣本在時刻的包括負荷功率、儲能充放電荷電狀態(tài)、各節(jié)點電壓、風(fēng)電機組功率和常規(guī)火電機組的狀態(tài)信息；為第個儲能樣本在時刻的充放電動作功率；

38、采用雙目標(biāo)價值網(wǎng)絡(luò)以及目標(biāo)策略平滑正則化，即采用兩套相同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的目標(biāo)價值網(wǎng)絡(luò)，選取兩者之間的最小值作為目標(biāo)價值，以抑制價值網(wǎng)絡(luò)的過估計問題，具體表示為：

39、；

40、式中：為兩個不同目標(biāo)價值網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；為價值網(wǎng)絡(luò)的序號；

41、目標(biāo)策略平滑正則化利用目標(biāo)動作計算目標(biāo) q值，故在下一狀態(tài)的動作為：

42、；

43、式中：為隨機噪聲；

44、步驟2.5.3：參數(shù)延遲更新：

45、策略網(wǎng)絡(luò)以及目標(biāo)價值網(wǎng)絡(luò)參數(shù)采用軟更新的形式更新：

46、；

47、式中：為學(xué)習(xí)率，為不同當(dāng)前價值網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，為策略網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，為目標(biāo)策略網(wǎng)絡(luò)。

48、更進一步的，步驟3具體包括：

49、步驟3.1：定義電力系統(tǒng)某支路的碳排放流密度為該支路的碳排放流率與有功功率的比值：

50、；

51、式中：為某支路的碳排放流密度；為某支路的有功功率；為某支路的碳排放流率；

52、步驟3.2：定義第個發(fā)電或用電節(jié)點流入的碳流與流過該節(jié)點有功功率的比值為節(jié)點碳勢，用表示：

53、；

54、式中：為與該節(jié)點相連的注入功率的支路數(shù)量表示為所有支路的集合；為節(jié)點號，為注入節(jié)點的有功功率；為注入節(jié)點支路的碳排放流密度；為節(jié)點發(fā)電機的輸出功率；為發(fā)電機組節(jié)點的碳勢，即機組的發(fā)電碳排放強度；

55、步驟3.3：用各支路潮流分布矩陣描述電力系統(tǒng)的有功分布，所述支路潮流分布矩陣為階方陣，用表示：

56、；

57、式中：當(dāng)節(jié)點與節(jié)點之間的有功潮流為正向時，則，=0；若反之則有，=；對于所有對角元素，則有；

58、用各機組注入分布矩陣用來描述發(fā)電機組接入電力系統(tǒng)時注入的有功功率，矩陣具體如下所示：

59、；

60、式中：若第臺發(fā)電機組在節(jié)點處接入系統(tǒng)，并向系統(tǒng)注入有功功率時,則，其余情況下為0；

61、節(jié)點有功通量矩陣表示為：

62、；

63、；

64、式中：為節(jié)點到節(jié)點的支路功率；

65、根據(jù)已知的和計算得到：

66、；

67、式中：為元素為1的階行向量；為輔助變量；為節(jié)點有功通量矩陣的階數(shù)，為輔助變量的階數(shù)；

68、步驟3.4：將某支路的碳排放流密度用支路始端節(jié)點碳勢進行替代，改寫為矩陣形式如下：

69、；

70、式中：為發(fā)電機組碳排放強度向量，為第個元素為1的單位行向量，為節(jié)點碳勢矩陣；為轉(zhuǎn)置符號；為與節(jié)點相連且有出力的發(fā)電機組合集；

71、節(jié)點碳勢矩陣為：

72、；

73、；

74、式中：為負荷分布矩陣，其構(gòu)成方式與機組注入分布矩陣一致， r為負荷節(jié)點碳排量矩陣。

75、更進一步的，步驟4具體包括：

76、以碳排放成本和需求響應(yīng)成本之和最小為調(diào)度目標(biāo)：

77、；

78、式中：為不同時刻的碳價格；為時刻系統(tǒng)負荷節(jié)點的碳排放量；為需求響應(yīng)量；為需求響應(yīng)成本；為負荷節(jié)點數(shù)量；

79、在需求響應(yīng)過程中，負荷平衡約束如下：

80、；

81、式中：為響應(yīng)前負荷功率；為響應(yīng)后的功率；

82、負荷變化約束如下：

83、；

84、；

85、式中：和分別表示可轉(zhuǎn)移負荷系數(shù)的上限和下限；

86、碳排放約束如下：

87、；

88、式中：為時刻系統(tǒng)負荷節(jié)點碳勢。

89、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的調(diào)度方法第一階段以含風(fēng)電系統(tǒng)總體運行成本最小為目標(biāo)構(gòu)建經(jīng)濟調(diào)度模型，采用td3算法求解各機組的調(diào)度策略；第二階段基于碳排放流理論，利用一階段所求解的調(diào)度方案計算節(jié)點碳勢，建立以碳排放成本與需求響應(yīng)成本之和最小為目標(biāo)的負荷側(cè)需求響應(yīng)低碳模型，以此將電力系統(tǒng)碳排放責(zé)任從發(fā)電側(cè)歸算至負荷側(cè)；兩階段需求響應(yīng)方法能優(yōu)化整個調(diào)度周期內(nèi)的負荷分布，有效平滑了負荷曲線，提高風(fēng)電利用率，積極引導(dǎo)負荷側(cè)節(jié)能減排，從而減少了碳排放總量。