一种基于碳流追踪与主从博弈的新能源电力系统低碳规划调度方法与流程

本发明涉及电力系统低碳经济运行，并且更具体地，涉及一种基于碳流追踪与主从博弈的新能源电力系统低碳规划调度方法。

背景技术：

1、现有电力系统规划方法多侧重于单一经济性目标，未充分考虑碳排放约束在源荷双侧的传导与分摊机制；同时，现有技术多将碳排放责任归结于发电侧，未能有效调动负荷侧参与碳减排的积极性，导致系统整体降碳潜力未得到充分挖掘。此外，碳捕集-利用-封存技术作为当前实现化石能源低碳利用的关键手段，其在电力系统规划调度中的碳流追踪与协同优化机制尚不完善，缺乏将碳排放流理论、碳捕集装置运行特性与多主体博弈决策相融合的系统化方法。因此，亟需一种能够追踪碳排放流时空分布、实现源荷双侧碳排放责任协同分摊、并融合碳捕集装置运行特性的新能源电力系统低碳经济规划调度方法，解决现有技术中源荷协同降碳能力不足、碳交易激励机制不完善等问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种基于碳流追踪与主从博弈的新能源电力系统低碳规划调度方法。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种基于碳流追踪与主从博弈的新能源电力系统低碳规划调度方法，包括：

3、考虑碳捕集-利用-封存装置，建立电力系统碳排放流追踪模型，计算各时段火电机组的净碳排放量，并构建碳排放流与电力潮流之间的映射关系计算系统各节点的碳排放强度；

4、基于净碳排放量、节点碳势及碳捕集、利用与封存系统运行参数，以电网调度机构为决策主体，构建上层低碳规划调度模型，并输出各机组出力计划与碳捕集率决策；

5、基于各机组出力计划中电价、碳势信号及系统约束，以负荷聚合商为主体构建下层需求响应优化模型，输出储能充放电策略与可削减负荷方案；

6、基于碳排放强度，结合各机组出力计划与碳捕集率决策以及储能充放电策略与可削减负荷方案，建立上层规划调度决策与下层需求响应之间的碳势耦合约束，采用主从博弈架构进行双层模型协同求解，输出源荷双侧的碳排放责任分摊与交易激励；

7、基于源荷双侧的碳排放责任分摊与交易激励，设定收敛判据，判断相邻两次迭代之间负荷聚合商的电力需求变化是否满足精度要求，若满足则输出最终低碳规划调度方案，否则返回上层低碳规划调度模型构建重新进行优化规划，直至满足收敛条件。

8、可选地，碳捕集-利用-封存装置的碳捕集量公式为：

9、

10、式中：为时刻贫富液存储器中的二氧化碳含量；为时刻进入装置的烟气流量，为

t时刻进入烟气中co2浓度；为时刻离开装置的尾气流量，为

t时刻尾气中co2浓度；

11、净碳排放量的计算公式为：

12、

13、

14、式中：为时刻火电机组注入电网系统的净碳排放量；为时刻火电机组燃烧煤炭产生的初始碳排放量；为时刻碳捕集-利用-封存装置捕集的碳排放量；为火电机组的碳排放系数；为时刻火电机组的发电功率；

15、碳排放流与电力潮流之间的映射关系为发电机组碳流率与负荷碳流率之间的映射关系，碳排放强度的计算表达式为：

16、

17、

18、式中：为系统各节点的碳流率向量；为发电机组的碳排放责任向量；为单位矩阵；为发电机组到负荷节点的功率分配系数矩阵；为节点的碳排放强度；为节点的碳流率；为节点的功率通量。

19、可选地，上层低碳规划调度模型的上层模型目标函数为源侧系统总运行成本最小：

20、

21、

22、

23、

24、式中：为源侧系统总运行成本；为发电机组的发电成本；为源侧碳交易成本；为碳捕集-利用-封存装置的碳存储成本；为发电机组的单位发电成本；为时刻发电机组的出力；为单位碳排放权交易价格；为发电机组的单位碳排放系数；为发电机组的单位电能免费碳排放配额；为所有发电机组集合；为未安装碳捕集-利用-封存装置的发电机组集合；为安装碳捕集-利用-封存装置的发电机组集合；为安装碳捕集-利用-封存装置的发电机组的碳捕集系数；为单位碳封存成本；为调度周期；

25、可选地，上层低碳规划调度模型的上层模型约束条件，具体包括：

26、直流潮流约束：

27、

28、

29、

30、发电机组出力约束：

31、

32、

33、火电机组爬坡约束：

34、

35、系统旋转备用约束：

36、

37、相角约束：

38、

39、

40、碳捕集-利用-封存装置运行约束：

41、

42、

43、

44、式中：为时刻支路的有功功率；为时刻节点、的电压相角差；为支路的电抗；为线路的最大可传输功率；、分别为煤电机组的出力下限和上限；为风电机组的出力上限；、分别为机组的上、下爬坡速率；、分别为时段系统上、下旋转备用；、为节点、的最大、最小相角差；为参考节点的电压相位；为碳捕集设备容量上限；、为进碳、出碳量限制系数；为碳捕集率上限。

45、可选地，下层需求响应优化模型的下层模型目标函数为荷侧总运行成本最小：

46、

47、

48、

49、

50、式中：为负荷聚合商总运行成本；为负荷购电成本；为荷侧碳交易成本；为可削减负荷补偿成本；为负荷节点数量；为时刻负荷的单位电价；为时刻节点的用电负荷；为时刻节点的储能电站充放电量，充电为正、放电为负；为时刻节点的可削减负荷削减量；为负荷节点碳势；为负荷的免费碳配额；为可削减负荷的单位补偿成本。

51、可选地，下层需求响应优化模型的下层模型约束条件，具体为储能电站充放电约束：

52、

53、

54、

55、可削减负荷约束：

56、

57、

58、式中：为时刻电池的实际电量；为电池的自放电率；为电池的充电效率；为时刻电池的充放电量，充电为正、放电为负；为充放电状态系数；、分别为电池的额定容量和额定功率；、分别为充电深度上限和放电深度下限；为负荷在时刻的最大可削减量。

59、可选地，采用主从博弈架构进行双层模型协同求解，包括：

60、采用主从博弈架构进行双层模型协同求解：上层低碳规划调度模型的上层电网规划调度机构优先决策各机组出力计划与碳捕集率决策，并将规划结果传递至下层需求响应优化模型；下层负荷聚合商根据接收到的信息，优化储能充放电策略及可削减负荷方案，并将更新后的可削减负荷方案反馈至上层低碳规划调度模型；通过碳势耦合约束建立上下层之间的碳势关联，实现源荷双侧的碳排放责任分摊与交易激励；

61、其中，源荷双侧的碳排放责任分摊机制采用发电侧与负荷侧各承担50%系统碳排放责任的原则，发电机组的免费碳排放配额按下式计算：

62、

63、式中：为燃煤机组的免费配额系数；为第i台燃煤机组的输出功率；为第台燃煤机组的碳排放系数。

64、可选地，收敛判据的表达式为：

65、

66、式中：为收敛精度；为迭代次数；为第次迭代时刻节点的可削减负荷量；为第次迭代时刻节点的储能电站充放电量。

67、根据本发明的另一个方面，提供了一种基于碳流追踪与主从博弈的新能源电力系统低碳规划调度装置，包括：

68、计算模块，用于考虑碳捕集-利用-封存装置，建立电力系统碳排放流追踪模型，计算各时段火电机组的净碳排放量，并构建碳排放流与电力潮流之间的映射关系计算系统各节点的碳排放强度；

69、第一构建模块，用于基于净碳排放量、节点碳势及碳捕集、利用与封存系统运行参数，以电网调度机构为决策主体，构建上层低碳规划调度模型，并输出各机组出力计划与碳捕集率决策；

70、第二构建模块，用于基于各机组出力计划中电价、碳势信号及系统约束，以负荷聚合商为主体构建下层需求响应优化模型，输出储能充放电策略与可削减负荷方案；

71、求解模块，用于基于碳排放强度，结合各机组出力计划与碳捕集率决策以及储能充放电策略与可削减负荷方案，建立上层规划调度决策与下层需求响应之间的碳势耦合约束，采用主从博弈架构进行双层模型协同求解，输出源荷双侧的碳排放责任分摊与交易激励；

72、判断模块，用于基于源荷双侧的碳排放责任分摊与交易激励，设定收敛判据，判断相邻两次迭代之间负荷聚合商的电力需求变化是否满足精度要求，若满足则输出最终低碳规划调度方案，否则返回上层低碳规划调度模型构建重新进行优化规划，直至满足收敛条件。

73、根据本发明的又一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行本发明上述任一方面所述的方法。

74、根据本发明的又一个方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现本发明上述任一方面所述的方法。

75、从而，本发明建立了基于碳排放流理论的源荷协同碳流调控机制，通过碳排放流追踪模型量化分析碳捕集装置加装后的碳流分布特性与节点碳势时空演化规律，实现了碳排放责任从源侧到荷侧的精准传导，解决了传统方法仅将碳排放责任归结于发电侧导致的负荷侧降碳积极性不足问题，实现了源荷双侧的协同降碳；构建了源侧电网规划调度机构与荷侧负荷聚合商之间的双层协同优化架构，上层以系统发电成本、碳交易成本及碳封存成本综合最优为目标进行低碳规划调度决策，下层以负荷聚合商购电成本、碳交易成本及可削减负荷补偿成本最小为目标进行需求响应优化，通过主从博弈理论刻画调度机构与负荷聚合商之间的非合作策略互动过程，既保障了电网整体运行效益，又充分发挥了负荷侧储能充放电与可削减负荷的低碳响应潜力；采用碳势耦合约束建立上下层模型之间的关联，通过碳排放责任的分摊与传导机制实现源荷双侧的碳交易激励，并基于迭代求解策略对双层模型进行协同优化，直至源荷两侧的规划调度策略达到均衡状态，有效降低了电力系统整体碳排放水平，提升了新能源消纳能力，实现了源荷双侧的经济运行与低碳调度的统一。