一种考虑碳排放约束的发电系统可靠性评估方法及系统与流程

本发明属于电力系统运行领域，具体涉及一种考虑碳排放约束的发电系统可靠性评估方法及系统。

背景技术：

1、随着新能源装机规模的快速增长，电力系统运行方式正在由传统高碳集中式供电模式向低碳化、清洁化方向转变。风电、光伏等新能源的大规模接入虽然降低了系统碳排放水平，但其出力具有随机性和波动性，使得电力系统供电可靠性面临新的挑战。在此背景下，如何在满足碳减排要求的同时保障系统可靠供电，已成为电力系统运行与规划领域的重要研究方向。

2、发电系统可靠性评估是衡量系统供电能力的重要手段，其主要通过解析法或模拟法计算系统失负荷概率（lolp）等指标，从而评估系统在随机故障条件下的供电充裕性。现有发电系统可靠性评估方法大多基于静态机组状态或者采用未考虑碳排放约束的调度结果进行可靠性评估。这类方法忽略了碳排放限额对机组实际可用能力的动态限制，导致评估模型与实际调度场景存在物理脱节，难以体现低碳运行策略对系统可靠性的真实影响。

3、近年来，部分研究开始在生产模拟中引入碳排放约束，通过限制火电机组碳排放总量或增加碳排放成本，实现低碳优化调度。然而，现有研究大多聚焦碳约束对系统经济性的影响，而未进一步考虑碳约束改变机组运行状态后对系统供电可靠性的影响。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种考虑碳排放约束的发电系统可靠性评估方法及系统，以解决传统可靠性评估方法未考虑低碳调度条件下机组出力大小和运行状态变化的问题，实现对碳排放约束条件下系统供电可靠性的定量评估。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种考虑碳排放约束的发电系统可靠性评估方法，包括以下步骤：

4、步骤一：获取目标发电系统的参数，包括火电机组运行参数、负荷曲线、新能源装机容量及预测出力曲线，并设置目标发电系统的碳排放总量上限；

5、步骤二：基于获取的参数和碳排放总量上限，建立考虑碳排放约束的机组组合优化运行模型，通过求解机组组合优化运行模型，得到各时段火电机组的开停机状态和出力结果；

6、步骤三：根据各时段火电机组的开停机状态和出力结果，结合其强迫停运率构建火电机组可用容量概率模型，并建立新能源多状态出力概率模型，再通过联合概率卷积方法得到系统总可用容量概率分布；

7、步骤四：将系统总可用容量概率分布与负荷进行比较，计算系统可靠性指标失负荷概率lolp，定量评估考虑碳排放约束条件下发电系统的可靠性。

8、本发明进一步的改进在于，步骤二中，基于获取的参数，建立考虑碳排放约束的机组组合优化运行模型，通过求解机组组合优化运行模型，得到各时段火电机组的开停机状态和出力结果，包括：

9、采用分段线性化方法引入机组出力分段变量，将火电机组非线性碳排放特性转化为线性约束，并进一步施加系统碳排放总量约束，使碳排放约束参与机组出力优化及开停机决策过程；具体的过程如下：

10、火电机组碳排放量通常与机组出力呈非线性关系，采用二次函数进行描述：

11、(1)

12、其中

ei(

pi)为机组

i的碳排放量，

pi为机组出力大小，

ai，

bi，

ci为碳排放系数；

13、采用分段线性化方法对碳排放函数进行处理，将机组出力划分为多个线性区间，则机组出力表示为：

14、(2)

15、其中为机组最小出力，

ui,t为机组启停状态，为第

k段增量出力，

k为分段数；

16、相应地，机组碳排放量表示为：

17、(3)

18、其中其为机组

i在时段

t的碳排放量，为机组最小出力对应碳排放量，为第

k段碳排放增量系数；

19、进一步地，建立系统碳排放总量约束：

20、(4)

21、其中为系统碳排放总量上限，t为机组组合调度周期所包含的时间段总数。

22、本发明进一步的改进在于，步骤三中，根据各时段火电机组的开停机状态和出力结果，结合其强迫停运率构建火电机组可用容量概率模型，包括：

23、原始系统中有

n台火电机组，每台火电机组装机容量为，为对应的强迫停运率，第i台火电机组实际可用容量为，第n台火电机组实际可用容量则为，火电机组实际可用容量依次卷积得到火电总可用容量分布为，为考虑碳排放约束后的uc求出的火电机组开关机状态，1为开机，0为关机，具体的火电机组可用容量概率模型如下：

24、(5)

25、(6)

26、其中“”代指卷积运算。

27、本发明进一步的改进在于，步骤三中，建立新能源多状态出力概率模型，再通过联合概率卷积方法得到系统总可用容量概率分布，包括：

28、建立新能源多状态出力概率模型来表征新能源的不确定性，在碳排放约束下发电系统可靠性评估阶段进一步考虑了新能源的不确定性；为新能源多状态出力概率模型，表示如下：

29、(7)

30、其中为新能源的

m个状态各自对应的出力值，则为各状态发生的概率，并满足；

31、再将建火电机组可用容量概率模型和新能源多状态出力概率模型通过联合概率卷积方法得到系统总可用容量概率分布：

32、(8)。

33、一种考虑碳排放约束的发电系统可靠性评估系统，包括：

34、参数获取单元：获取目标发电系统的参数，包括火电机组运行参数、负荷曲线、新能源装机容量及预测出力曲线，并设置目标发电系统的碳排放总量上限；

35、第一模型建立及求解单元：基于获取的参数和碳排放总量上限，建立考虑碳排放约束的机组组合优化运行模型，通过求解机组组合优化运行模型，得到各时段火电机组的开停机状态和出力结果；

36、第二模型建立及求解单元：根据各时段火电机组的开停机状态和出力结果，结合其强迫停运率构建火电机组可用容量概率模型，并建立新能源多状态出力概率模型，再通过联合概率卷积方法得到系统总可用容量概率分布；

37、比较单元：将系统总可用容量概率分布与负荷进行比较，计算系统可靠性指标失负荷概率lolp，定量评估考虑碳排放约束条件下发电系统的可靠性。

38、本发明进一步的改进在于，第一模型建立及求解单元中，基于获取的参数，建立考虑碳排放约束的机组组合优化运行模型，通过求解机组组合优化运行模型，得到各时段火电机组的开停机状态和出力结果，包括：

39、采用分段线性化方法引入机组出力分段变量，将火电机组非线性碳排放特性转化为线性约束，并进一步施加系统碳排放总量约束，使碳排放约束参与机组出力优化及开停机决策过程；具体的过程如下：

40、火电机组碳排放量通常与机组出力呈非线性关系，采用二次函数进行描述：

41、(1)

42、其中

ei(

pi)为机组

i的碳排放量，

pi为机组出力大小，

ai，

bi，

ci为碳排放系数；

43、采用分段线性化方法对碳排放函数进行处理，将机组出力划分为多个线性区间，则机组出力表示为：

44、(2)

45、其中为机组最小出力，

ui,t为机组启停状态，为第

k段增量出力，

k为分段数；

46、相应地，机组碳排放量表示为：

47、(3)

48、其中其为机组

i在时段

t的碳排放量，为机组最小出力对应碳排放量，为第

k段碳排放增量系数；

49、进一步地，建立系统碳排放总量约束：

50、(4)

51、其中为系统碳排放总量上限，t为机组组合调度周期所包含的时间段总数。

52、本发明进一步的改进在于，第二模型建立及求解单元中，根据各时段火电机组的开停机状态和出力结果，结合其强迫停运率构建火电机组可用容量概率模型，包括：

53、原始系统中有

n台火电机组，每台火电机组装机容量为，为对应的强迫停运率，第i台火电机组实际可用容量为，第n台火电机组实际可用容量则为，火电机组实际可用容量依次卷积得到火电总可用容量分布为，为考虑碳排放约束后的uc求出的火电机组开关机状态，1为开机，0为关机，具体的火电机组可用容量概率模型如下：

54、(5)

55、(6)

56、其中“”代指卷积运算。

57、本发明进一步的改进在于，第二模型建立及求解单元中，建立新能源多状态出力概率模型，再通过联合概率卷积方法得到系统总可用容量概率分布，包括：

58、建立新能源多状态出力概率模型来表征新能源的不确定性，在碳排放约束下发电系统可靠性评估阶段进一步考虑了新能源的不确定性；为新能源多状态出力概率模型，表示如下：

59、(7)

60、其中为新能源的

m个状态各自对应的出力值，则为各状态发生的概率，并满足；

61、再将建火电机组可用容量概率模型和新能源多状态出力概率模型通过联合概率卷积方法得到系统总可用容量概率分布：

62、(8)。

63、一种电子设备，包括：处理器以及与所述处理器耦合的存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现所述的一种考虑碳排放约束的发电系统可靠性评估方法的步骤。

64、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时实现所述的一种考虑碳排放约束的发电系统可靠性评估方法的步骤。

65、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：

66、本发明提供一种考虑碳排放约束的发电系统可靠性评估方法及系统，通过在机组组合中引入碳排放约束，使碳排放总量限制参与机组出力优化及开停机决策过程，从而反映低碳运行条件下机组运行状态的变化；基于考虑碳约束后的机组组合结果构建系统可用容量概率模型，使可靠性评估能够体现碳排放约束对系统容量分布的影响；同时考虑新能源出力的不确定性，对低碳调度条件下的发电系统可靠性进行量化评估，从而提高发电系统可靠性评估的适用性与真实性。