基于随机场景分析的综合能源系统概率碳流评估方法

本发明涉及综合能源系统低碳运行评估，具体为基于随机场景分析的综合能源系统概率碳流评估方法。

背景技术：

1、区域能源一体化建设持续推进，配电网与工业园区形成深度互联的综合能源运行体系，系统内部集成多类型发电设备、多元冷热电气用能单元、储能设备与碳捕集装置，配网与园区之间依靠联络线形成持续性双向功率交互关系，能量输送过程同步产生碳介质在不同主体、不同时间维度的转移传导，碳流量化评估是评判系统低碳运行状态、制定能源运行优化策略的核心技术手段，评估工作需要充分兼顾新能源发电出力、用户侧用能需求、能源交易价格、电网供电碳强度等多种变量带来的运行随机波动，同时适配长期规划、日间调度、实时运行三类差异化时间维度的分析需求，当前行业普遍采用概率建模方式描述能源系统各类变量的波动特征，依靠场景生成手段简化海量运行工况，借助碳流追踪方式统计网络各节点碳排放状态，碳排放风险测算也逐步纳入综合能源系统分析框架，多尺度、多主体耦合条件下的概率碳流定量评估技术成为综合能源领域重点研究方向。

2、现有综合能源系统碳流评估相关技术存在多处明显局限，多数建模体系仅选取单一时间尺度搭建场景模型，无法实现长短期时序约束相互嵌套，难以同步体现全年能源资源波动、单日供需基准变化、短时负荷冲击扰动之间的关联作用，同时没有区分园区向电网购电、园区向电网送电两类差异化交互运行状态，生成的场景样本无法完整覆盖系统全部实际运行模式，传统模型对储能设备碳转移过程采用简化静态处理方式，忽略储能充电阶段碳强度留存、放电阶段碳分摊的时序记忆特性，不同时间尺度碳流数据聚合运算缺少动态碳记忆更新逻辑，最终碳流核算数值存在显著偏差，碳流传递计算仅单向考量电网向园区输电带来的碳流入，缺少双向碳交换量化分析框架，无法精准统计配网与园区双向碳流动总量，碳排放风险测算大多单独计算局部风险，不能同时耦合园区内部能源波动、外部购电波动、联络线交互波动三类风险源头，难以量化极端运行工况下超额碳排放尾部风险，无法输出分尺度、分等级的完整风险管控支撑内容。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了基于随机场景分析的综合能源系统概率碳流评估方法，先采集配网与园区多维度运行数据，清洗异常样本并拟合各类不确定性参数概率分布，搭建全局概率基准模型，构建三层嵌套时序架构，通过时空耦合融合算法生成区分购售电工况的随机场景，经聚类压缩得到带概率权重典型场景集，依托储能记忆碳流聚合算法完成三级时序碳流递进推演，还原储能跨时段碳转移特性，搭建双向碳流传递矩阵完成全系统碳流追踪并构建完整碳流指标体系，最后通过三源尾部碳风险耦合算法量化多尺度碳排放尾部风险，拆分风险来源并输出管控评估报告。

2、本发明为解决上述技术问题，提供如下技术方案：基于随机场景分析的综合能源系统概率碳流评估方法，该方法的具体步骤为：

3、s1，采集配网与工业园区互联系统源网荷储碳捕集历史数据，剔除异常样本，提取不确定性参数并拟合概率分布，构建全局随机变量概率基准模型；

4、s2，基于所述概率基准模型搭建年-日-实时时序架构，运行时空耦合场景融合算法对年、日、实时尺度随机变量进行耦合采样，生成区分购售电交互的随机场景，聚类压缩得到带概率权重的典型场景集；

5、s3，将所述典型场景集作为输入，运行储能记忆碳流聚合算法，利用储能碳流记忆更新逻辑将15分钟级实时碳流分布保留为实时尺度碳流序列，并逐级向上聚合为日前尺度碳流概率序列与年度尺度碳流概率序列；

6、s4，调用所述多尺度碳流概率序列，建立配网节点与园区多能环节双向碳流传递矩阵，遍历场景进行碳流追踪，统计节点碳势、支路碳流率及网园双向碳交换量，结合概率权重生成分层时序碳流指标与双向碳交换指标体系；

7、s5，导入所述分层时序碳流指标与双向碳交换指标体系，运行三源尾部碳风险耦合算法，对配电网、园区及联络线交互碳源尾部风险进行耦合计算，求取多时间尺度条件风险价值，拆分碳风险来源并量化极端场景尾部碳排放风险，生成碳风险管控评估报告。

8、进一步地，所述s1中采集的历史数据划分为配网侧数据、园区侧数据两类；配网侧数据包含集中式风电日出力数据、集中式光伏日出力数据、电网逐时总负荷数据、区域分时购电价格数据、区域分时售电价格数据、电网月度边际供电碳强度数据、电网主变检修计划数据、电网输电线路检修计划数据；园区侧数据包含分布式光伏15分钟分辨率出力数据、分布式风电15分钟分辨率出力数据、园区电负荷分时用能数据、园区热负荷分时用能数据、园区冷负荷分时用能数据、园区燃气负荷分时用能数据、储能逐时段充放电功率数据、碳捕集月度固碳量数据、联络线双向功率交互时序数据。

9、更进一步地，所述s1中剔除的异常样本包含设备故障停机产生的失真空值、线路检修产生的偏离运行区间数值、数据传输故障产生的异常极值；完成异常样本剔除后的有效数据统一整理为标准化时序数据集；从标准化时序数据集中提取的不确定性参数划分为配网侧不确定性参数、园区侧不确定性参数两组。

10、更进一步地，所述配网侧不确定性参数包含集中式风电有功出力、集中式光伏有功出力、电网总有功负荷、电网边际碳强度、分时购电价格、分时售电价格；园区侧不确定性参数包含分布式风电有功出力、分布式光伏有功出力、园区电负荷、园区热负荷、园区冷负荷、园区燃气负荷、储能充放电功率、碳捕集固碳功率、联络线净交互功率；新能源出力类参数匹配有界概率分布，所述有界概率分布为beta分布或截断正态分布；负荷与碳强度类参数匹配正态分布，电价类参数匹配对数正态分布；所有参数完成分布拟合后设置固定显著性水平开展拟合优度检验，未通过检验的参数重新筛选有效样本迭代拟合，全部参数通过检验后构建全局随机变量概率基准模型。

11、更进一步地，所述s2中搭建的年-日-实时时序架构包含年度长周期、日前中周期、15分钟实时短周期三个层级；年度长周期将自然月作为统计粒度，对应全年维度风光资源、负荷、碳价、检修计划的月度波动特征；日前中周期将1小时作为时间节点，承接年度长周期的波动约束，对应单日能源供需基准波动维度；15分钟实时短周期将15分钟作为时间节点，承接日前中周期的基准样本，对应日内辐照波动、负荷短时冲击的扰动维度；三个层级形成自上而下的约束嵌套关系。

12、更进一步地，所述s2中区分的购售电交互随机场景包含购电边界场景、售电边界场景两类；购电边界场景对应园区内源发电功率与储能放电功率之和小于园区总用能负荷，园区从配网购入电力的运行工况；售电边界场景对应园区内源新能源出力与储能放电功率之和大于园区总用能负荷，园区向配网输送电力的运行工况；两类场景独立完成批量抽样生成。

13、更进一步地，所述s2中采用k-means聚类算法完成随机场景的聚类压缩处理；用场景间时序数据的欧氏距离作为聚类划分依据，将波动特征与交互工况近似的随机场景划分至同一聚类簇；将单一聚类簇内全部随机场景的发生概率累加，累加结果作为对应典型场景的概率权重；聚类处理完成后剔除重复的冗余场景样本，生成带概率权重的典型场景集。

14、更进一步地，所述s3中的多尺度碳流聚合包含两层递进聚合流程；第一层聚合流程将15分钟实时尺度碳流分布换算为日前尺度碳流分布；第二层聚合流程将日前尺度碳流分布换算为年度尺度碳流分布；两层聚合流程全程同步执行储能碳流记忆更新操作；储能充电时段对应的电力碳强度数值存入碳记忆状态变量，不纳入当期碳排放统计；储能放电时段将碳记忆状态变量内存储的碳强度数值按照放电功率比例分摊至对应时段碳流数据；每一次尺度聚合运算时，碳记忆状态变量随同对应时段碳流数据同步参与加权运算。

15、更进一步地，所述s4中建立的双向碳流传递矩阵包含两类碳流传递计算单元；第一类计算单元对应配网向园区输送电力的碳流入传递计算逻辑；第二类计算单元对应园区向配网输送电力的碳流出传递计算逻辑；碳流追踪覆盖配网侧各级输电线路节点、变电站电源节点，及园区侧分布式电源节点、多能负荷节点、储能功率节点、碳捕集功率节点、多能转换节点；遍历全部典型场景完成碳流追踪后，统计各节点碳势数值、各支路碳流率数值、网园双向碳交换量数值。

16、更进一步地，所述s5中针对年度、日前、实时三级时间尺度分别设置差异化碳排放风险阈值，各层级风险阈值依托对应层级碳流概率分布的90%、95%及99%统计分位数确定；拆分的碳风险来源包含园区内源波动碳风险、配网外购电力波动碳风险、联络线双向交互波动碳风险三类；生成的碳风险管控评估报告包含各时序层级风险预警等级、三类碳风险来源贡献占比、极端场景尾部碳排放风险量化数值、对应不同风险等级的调控调整建议。

17、与现有技术相比，该基于随机场景分析的综合能源系统概率碳流评估方法具备如下有益效果：

18、一、本发明通过构建年-日-实时三层嵌套时序架构搭配时空耦合场景融合逻辑，统一统筹配网与园区双侧多类不确定性变量的概率分布特征，依托分层场景抽样与聚类压缩形成带概率权重的典型场景集，解决多尺度能源变量时序耦合、网园双向功率交互工况难以同步刻画的问题，完整覆盖园区购电、售电两类运行边界工况，兼顾新能源出力、多元负荷、电价、碳强度等多维度随机波动，能够精准还原系统全时段能量流动与碳传递潜在波动规律，统一标准化异常数据清洗与多类型参数适配概率分布拟合流程，实现全部随机变量分布特征量化校验，避免单一尺度、单一工况场景建模带来的碳流计算偏差，为后续碳流追踪与风险测算提供具备统计代表性的基础输入，大幅提升综合能源系统碳流评估结果的客观可信度。

19、二、本发明通过储能记忆碳流递进聚合机制实现三级时序碳流数据分层推演，依托储能充放电碳记忆状态动态更新规则区分储能充电碳留存与放电碳分摊过程，完整还原储能设备跨时段碳转移物理特性，消除传统静态碳流模型忽略储能碳时序迁移造成的核算失真，搭建网园双向碳流传递矩阵完成全节点、全支路碳势与碳交换量追踪，建立分层时序碳流与双向碳交换标准化指标体系，清晰量化配网与园区之间双向碳流动规模，引入三源尾部碳风险耦合计算逻辑，区分三类碳风险来源并结合极端尾部碳排放偏差完成综合风险量化，分尺度设置差异化风险阈值输出分级预警与调控方案，实现碳流精准核算与碳排放尾部风险一体化评估，支撑园区与配网协同开展低碳管控优化。

20、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。