基于近地表二氧化碳扰动控制的电力系统低碳调度方法

本发明涉及能源调度，具体涉及到基于近地表二氧化碳扰动控制的电力系统低碳调度方法。

背景技术：

1、随着全球气候变化问题日益严峻，电力系统作为主要的二氧化碳排放源之一。传统电力系统调度方法主要围绕经济性与可靠性展开，近年来逐步引入碳排放总量约束或碳交易机制，形成了以总量减排为导向的低碳调度模式。相同的碳排放总量在不同气象扩散条件下，对近地表环境的影响可能存在显著差异：不利扩散条件下，二氧化碳易在近地表积聚，造成局部高浓度扰动，可能对生态系统及人体健康产生更大威胁。因此，仅从总量角度管理碳排放，难以精准指导电力系统运行以降低实际环境扰动。

2、目前，针对沙戈荒地区新能源基地的调度研究中碳捕集电厂的烟气分流比通常依据系统内部运行成本或碳配额价格进行优化，缺乏对排放后大气扩散条件及近地表环境状态的动态响应。换言之，碳捕集调度与环境扰动控制之间尚未形成有效的协同机制，导致在气象条件不利时无法主动增强捕集以缓解近地表积聚，在扩散条件有利时则可能过度捕集造成不必要的经济成本。此外，电力系统调度面临风电、光伏出力以及气象条件的显著不确定性。传统优化方法在处理高维连续动作空间、跨时域耦合以及多源不确定性时，往往存在计算复杂度高、对模型参数敏感、难以在线自适应调整等局限。近年来，深度强化学习方法在电力系统调度领域展现出潜力，但现有应用大多集中于经济调度或电压控制，难以满足复杂不确定环境下的稳定性以及鲁棒性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供基于近地表二氧化碳扰动控制的电力系统低碳调度方法，以解决相关技术中存在的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种基于近地表二氧化碳扰动控制的电力系统低碳调度方法，包括：

3、构建待调度电力系统的生态耦合模型，其中，生态耦合模型包括碳流模型、灵活碳捕集模型、大气扩散模型、近地表净扰动浓度场模型、上尾扰动强度和平均暴露水平，碳流模型用于计算电力系统中火电机组产生的二氧化碳排放量，灵活碳捕集模型用于计算电力系统中碳捕集机组产生的二氧化碳排放量，大气扩散模型用于计算电力系统中由烟羽扩散引起的近地表二氧化碳浓度，近地表净扰动浓度场模型用于计算烟羽引起的近地表二氧化碳浓度变化与生态系统引起的近地表二氧化碳浓度变化之和；

4、以平衡经济成本和环境扰动为目标，基于生态耦合模型，构建待调度电力系统的马尔科夫决策过程，其中，马尔科夫决策过程包括待调度电力系统的状态空间、动作空间和奖励函数；

5、通过双延迟深度确定性策略梯度方法对马尔科夫决策过程进行求解，得到目标调度策略。

6、可选地，所述生态耦合模型是通过如下方法构建的：

7、计算待调度电力系统中火电机组的出力，并基于火电机组的出力构建碳流模型；

8、计算待调度电力系统中碳捕集机组的总发电功率，并基于总发电功率构建灵活碳捕集模型；

9、根据碳流模型计算的二氧化碳排放量和灵活碳捕集模型计算的二氧化碳排放量计算二氧化碳排放速率，并基于二氧化碳排放速率构建大气扩散模型；

10、计算电力系统对近地表的二氧化碳浓度，并基于二氧化碳浓度和大气扩散模型构建近地表净扰动浓度场模型；

11、基于近地表净扰动浓度场模型构建上尾扰动强度和平均暴露水平；

12、将碳流模型、灵活碳捕集模型、大气扩散模型、近地表净扰动浓度场模型、上尾扰动强度和平均暴露水平确定为生态耦合模型。

13、可选地，所述基于生态耦合模型，构建待调度电力系统的马尔科夫决策过程，包括：

14、根据待调度电力系统的运行参数构建状态空间；

15、基于状态空间和预设探索噪声确定动作空间；

16、根据生态耦合模型中的上尾扰动强度和平均暴露水平，构建环境目标函数，并基于待调度电力系统中的火电运营成本、碳交易成本、碳捕集运行成本、可再生能源弃电成本和储能系统运行成本构建经济目标函数，并根据环境目标函数和经济目标函数计算奖励函数；

17、将状态空间、动作空间以及奖励函数确定为马尔科夫决策过程。

18、可选地，所述状态空间包括风电机组出力、光伏机组出力、待调度电力系统的总负荷、储能系统的储能量、富液储罐的溶剂体积、二氧化碳交换通量、碳捕集系统中胺液储罐的溶剂体积、火电机组总出力和边界层高度；

19、所述动作空间包括火电机组的出力、烟气分流比、碳捕集机组的净输出功率、碳捕集机组的运行能耗和储能系统出力；

20、所述奖励函数通过如下计算式表达：

21、；

22、其中，为待调度电力系统在第时段智能体与环境交互获得的奖励，为标量，为平衡经济目标和环境目标的偏好参数，为经济目标函数，为环境目标函数。

23、可选地，所述环境目标函数通过如下方法得到：

24、通过基于参考值的线性归一化算子对待调度系统的上尾扰动强度进行处理，得到第一数值；

25、通过基于参考值的线性归一化算子对待调度系统的平均暴露水平进行处理，得到第二数值；

26、根据第一数值与第二数值构建环境目标函数；

27、所述经济目标函数通过如下方法得到：

28、确定待调度系统中的火电运营成本、碳交易成本、碳捕集运行成本、可再生能源弃电成本和储能系统运行成本；

29、根据火电运营成本、碳交易成本、碳捕集运行成本、可再生能源弃电成本和储能系统运行成本计算总运行成本，并通过基于参考值的线性归一化算子对总运行成本进行处理，得到经济目标函数。

30、可选地，所述上尾扰动强度通过如下计算式表达：

31、；

32、其中，为上尾扰动强度，为将当前调度时段内、有效扩散域中所有网格点的净扰动浓度值从小到大排序后，处于95%位置的数值，为时段内的有效扩散域；

33、所述平均暴露水平通过如下计算式表达：

34、；

35、其中，为平均暴露水平，为有效扩散域内的网格单元数量。

36、可选地，所述生态耦合模型的约束条件包括储能系统约束、能量守恒约束、火电机组约束、碳捕集系统约束和功率平衡约束。

37、通过上述技术方案，以平衡经济成本和环境扰动为目标，基于待调度电力系统的生态耦合模型，构建待调度电力系统的马尔科夫决策过程，并通过双延迟深度确定性策略梯度方法对马尔科夫决策过程进行求解，得到目标调度策略。其中，该生态耦合模型包括碳流模型、灵活碳捕集模型、大气扩散模型、近地表净扰动浓度场模型、上尾扰动强度和平均暴露水平，可以实现电力系统运行、碳流调节与局地环境扰动评估的深度耦合，进而可以实现对火电出力、碳捕集运行、烟气分流比和储能充放电等连续调度变量进行自适应优化，以及可以提升复杂不确定环境下的策略稳定性和调度鲁棒性。

38、本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

1.基于近地表二氧化碳扰动控制的电力系统低碳调度方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于近地表二氧化碳扰动控制的电力系统低碳调度方法，其特征在于，所述生态耦合模型是通过如下方法构建的：

3.根据权利要求1所述的基于近地表二氧化碳扰动控制的电力系统低碳调度方法，其特征在于，所述基于生态耦合模型，构建待调度电力系统的马尔科夫决策过程，包括：

4.根据权利要求3所述的基于近地表二氧化碳扰动控制的电力系统低碳调度方法，其特征在于，所述状态空间包括风电机组出力、光伏机组出力、待调度电力系统的总负荷、储能系统的储能量、富液储罐的溶剂体积、二氧化碳交换通量、碳捕集系统中胺液储罐的溶剂体积、火电机组总出力和边界层高度；

5.根据权利要求3所述的基于近地表二氧化碳扰动控制的电力系统低碳调度方法，其特征在于，所述环境目标函数通过如下方法得到：

6.根据权利要求1所述的基于近地表二氧化碳扰动控制的电力系统低碳调度方法，其特征在于，所述上尾扰动强度通过如下计算式表达：

7.根据权利要求3所述的基于近地表二氧化碳扰动控制的电力系统低碳调度方法，其特征在于，所述生态耦合模型的约束条件包括储能系统约束、能量守恒约束、火电机组约束、碳捕集系统约束和功率平衡约束。