一种基于碳排放成本确定电力系统方案的方法和系统与流程

1.本发明涉及电力系统规划技术领域，具体而言，涉及一种基于碳排放成本确定电力系统方案的方法和系统。


背景技术：

2.当前，我国正加紧推进电力市场建设和碳市场的建设，燃煤发电已全面放开参与电力市场，而碳市场将燃煤发电作为市场主体，增加了燃煤发电的碳排放成本。在新型电力系统背景下，风电、光伏等可再生能源迅猛发展，亟需建设更多的储能设备，保障电力系统安全稳定运行。这些都为传统的电力系统规划、运行模拟提出新命题，即如何建立一种考虑碳排放成本的电力系统发电机组和储能设备协同运行模拟方法，以模拟得到最佳的电力系统方案。然而，现有的电力系统运行模拟方法绝大部分尚未考虑碳排放成本对燃煤发电的影响。
3.有鉴于此，本说明书提出了一种基于碳排放成本确定电力系统方案的方法和系统，通过发挥储能的调峰作用，减少可再生能源弃电，进一步降低系统产生的碳排放成本。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于碳排放成本确定电力系统方案的方法，包括确定电力系统方案；所述电力系统方案至少与发电机组和储能设备相关，所述发电机组至少包括燃煤发电机组和新能源发电机组；基于所述电力系统方案，获取方案参数；构建目标函数和约束条件；所述目标函数与所述电力系统方案的总成本相关；所述总成本包括碳排放成本；基于所述方案参数和所述约束条件，求解所述目标函数，得到目标电力系统方案；所述目标电力系统方案为总成本最低的电力系统方案。
5.进一步的，所述目标函数的公式为：
[0006][0007]
其中，n表示燃煤发电机组数量；t表示时段总数，t＝1,2,.....,t；p
i,t
表示燃煤发电机组i在t时段的出力；c
i,t
(p
i,t
)表示燃煤发电机组i的运行成本；η
i,t
表示燃煤发电机组i在t时段是否切换到启动状态；表示燃煤发电机组i的启动费用；kc表示二氧化碳的碳排放成本；ε表示燃煤发电的碳排放强度；qc表示免费碳排放配额。
[0008]
进一步的，所述约束条件至少包括发电机组出力限制约束，所述发电机组出力限制约束的公式为：
[0009][0010]
其中，第i台机组，t时段的出力为{p
i,t
}
i＝1...n；t＝1...t
；i
i,t
表示机组i在t时段的开停机状态；和分别表示机组i的出力上、下限。
[0011]
进一步的，所述约束条件至少还包括爬坡升降出力约束，所述爬坡升降出力约束的公式为：
[0012][0013]
其中，与分别表示机组i的爬坡降出力与升出力的能力；capi表示机组i的容量规划结果；第i台机组，t时段的出力为{p
i,t
}
i＝1...n；t＝1...t
。
[0014]
进一步的，所述约束条件至少还包括机组最小启停时间约束，所述机组最小启停时间约束的公式为：
[0015][0016][0017]
其中，与分别表示机组i在t时段的开机持续时间与停机持续时间；t
imin_on
表示最小开机时间；t
imin_off
表示最小停机时间。
[0018]
进一步的，所述约束条件至少还包括功率平衡约束，所述功率平衡约束的公式为：
[0019][0020]
其中，w
t
表示t时段的可再生能源调度功率；和分别表示t时段的储能设备j的充电、放电功率，j＝1
…
j，j为储能设备数量；d
t
表示t时段的系统总有功负荷；
[0021][0022]
其中，表示预测的t时段的可再生能源的最大功率。
[0023]
进一步的，所述约束条件至少还包括电池储能约束，所述电池储能约束的公式为：
[0024][0025][0026]
其中，分别表示储能设备j的最大充电、放电功率；
[0027][0028]
其中，soc
j,t
表示储能设备j的在t时段的电量状态；γc、γd分别表示充电、放电效率；和分别表示t时段的储能设备j的充电、放电功率，j＝1
…
j，j为储能设备数量；
[0029][0030]
其中，表示储能设备j的最大电量。
[0031]
本发明的目的在于提供一种基于碳排放成本确定电力系统方案的系统，包括确定模块、获取模块、构建模块和求解模块；所述确定模块用于确定电力系统方案；所述电力系统方案至少与发电机组和储能设备相关，所述发电机组至少包括燃煤发电机组和新能源发
电机组；所述获取模块用于基于所述电力系统方案，获取方案参数；所述构建模块用于构建目标函数和约束条件；所述目标函数与所述电力系统方案的总成本相关；所述总成本包括碳排放成本；所述求解模块用于基于所述方案参数和所述约束条件，求解所述目标函数，得到目标电力系统方案；所述目标电力系统方案为总成本最低的电力系统方案。
[0032]
进一步的，所述目标函数的公式为：
[0033][0034]
其中，n表示燃煤发电机组数量；t表示时段总数，t＝1,2,.....,t；pi,t表示燃煤发电机组i在t时段的出力；c
i,t
(p
i,t
)表示燃煤发电机组i的运行成本；η
i,t
表示燃煤发电机组i在t时段是否切换到启动状态；表示燃煤发电机组i的启动费用；kc表示二氧化碳的碳排放成本；ε表示燃煤发电的碳排放强度；qc表示免费碳排放配额。
[0035]
进一步的，所述约束条件至少包括发电机组出力限制约束、爬坡升降出力约束、机组最小启停时间约束、功率平衡约束和电池储能约束；所述发电机组出力限制约束的公式为：
[0036][0037]
其中，第i台机组，t时段的出力为{p
i,t
}
i＝1...n；t＝1...t
；i
i,t
表示机组i在t时段的开停机状态；和分别表示机组i的出力上、下限；所述爬坡升降出力约束的公式为：
[0038][0039]
其中，与分别表示机组i的爬坡降出力与升出力的能力；capi表示机组i的容量规划结果；第i台机组，t时段的出力为{p
i,t
}
i＝1...n；t＝1...t
；所述机组最小启停时间约束的公式为：
[0040][0041][0042]
其中，与分别表示机组i在t时段的开机持续时间与停机持续时间；t
imin_on
表示最小开机时间；t
imin_off
表示最小停机时间。所述功率平衡约束的公式为：
[0043][0044]
其中，w
t
表示t时段的可再生能源调度功率；和分别表示t时段的储能设备j的充电、放电功率，j＝1
…
j，j为储能设备数量；d
t
表示t时段的系统总有功负荷；
[0045][0046]
其中，表示预测的t时段的可再生能源的最大功率；所述电池储能约束的公式为：
[0047][0048][0049]
其中，分别表示储能设备j的最大充电、放电功率；
[0050][0051]
其中，soc
j,t
表示储能设备j的在t时段的电量状态；γc、γd分别表示充电、放电效率；和分别表示t时段的储能设备j的充电、放电功率，j＝1
…
j，j为储能设备数量；
[0052][0053]
其中，表示储能设备j的最大电量。
[0054]
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
[0055]
本发明中的一些实施例相比于传统电力系统运行模拟模型，能有效考虑碳市场对电力系统带来的成本，并最终反映到因储能调峰所降低的可再生能源弃电中。其中，考虑在碳市场下，燃煤发电被分配部分免费(碳排放)配额，当实际发电产生的碳排放超过免费配额时，需要在碳市场中购买配额，产生更多发电成本：若实际发电产生的碳排放少于免费配额时，获取一定收益。
附图说明
[0056]
图1为本发明一些实施例提供的一种基于碳排放成本确定电力系统方案的方法的示例性流程图；
[0057]
图2为本发明一些实施例提供的一种基于碳排放成本确定电力系统方案的系统的示例性模块图。
具体实施方式
[0058]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0059]
图1为本发明一些实施例提供的一种基于碳排放成本确定电力系统方案的方法的示例性流程图。在一些实施例中，流程100可以由系统200执行。如图2所示，流程100可以包括以下步骤：
[0060]
步骤110，确定电力系统方案；电力系统方案至少与发电机组和储能设备相关，发电机组至少包括燃煤发电机组和新能源发电机组。在一些实施例中，步骤110可以由确定模块210执行。
[0061]
电力系统方案可以是指分配电力系统的方案。例如，对于某区域a，未来几年乃至几十年的发电设备种类及其建设等方面的方案。发电机组可以是指一组或多组发电的机器。燃煤发电机组可以是指通过燃烧煤炭进行发电的机组。新能源发电机组可以是指通过
清洁能源进行发电的机组。例如，新能源发电机组可以包括风能发电机组、水力发电机组等。储能设备可以是指存储电能的设备。例如，氢储能设备等。
[0062]
步骤120，基于电力系统方案，获取方案参数。在一些实施例中，步骤120可以由获取模块220执行。
[0063]
方案参数可以是指与电力系统相关的各种参数。例如，方案参数可以包括燃煤发电机组、新能源发电机组的规划数量，预定的在某一时间段出力的机组及其参数等。在一些实施例中，可以通过识别电力系统方案，以获取方案参数。
[0064]
步骤130，构建目标函数和约束条件；目标函数与电力系统方案的总成本相关；总成本包括碳排放成本。在一些实施例中，步骤130可以由构建模块230执行。
[0065]
目标函数可以是指求解目标电力系统方案的函数。在一些实施例中，至少可以基于碳排放成本，模拟电力系统发电机组和储能设备协同运行，得到系统的总成本，将总成本的公式作为目标函数。在一些实施例中，目标函数的公式为：
[0066][0067]
其中，n表示燃煤发电机组数量；t表示时段总数，t＝1,2,.....,t；p
i,t
表示燃煤发电机组i在t时段的出力；c
i,t
(p
i,t
)表示燃煤发电机组i的运行成本；η
i,t
表示燃煤发电机组i在t时段是否切换到启动状态；表示燃煤发电机组i的启动费用；kc表示二氧化碳的碳排放成本，单位(元/t)，即每吨二氧化碳对应的价格，例如，该价格可取碳市场平均交易价格；ε表示燃煤发电的碳排放强度，单位(t/mwh)，即每生产1mwh电力产生的二氧化碳吨数；qc表示免费碳排放配额，例如，燃煤发电企业获得的总的免费碳排放配额。
[0068]
在一些实施例中，约束条件至少可以包括发电机组出力限制约束、爬坡升降出力约束、机组最小启停时间约束、功率平衡约束和电池储能约束。
[0069]
发电机组出力限制约束的公式为：
[0070][0071]
其中，第i台机组，t时段的出力为{p
i,t
}
i＝1...n；t＝1...t
；i
i,t
表示机组i在t时段的开停机状态；和分别表示机组i的出力上、下限。
[0072]
爬坡升降出力约束的公式为：
[0073][0074]
其中，与分别表示机组i的爬坡降出力与升出力的能力；capi表示机组i的容量规划结果；第i台机组，t时段的出力为{p
i,t
}
i＝1...n；t＝1...t
。
[0075]
机组最小启停时间约束的公式为：
[0076][0077][0078]
其中，与分别表示机组i在t时段的开机持续时间与停机持续时间；t
imin_on
表示最小开机时间；t
imin_off
表示最小停机时间。
[0079]
功率平衡约束的公式为：
[0080][0081]
其中，w
t
表示t时段的可再生能源调度功率；和分别表示t时段的储能设备j的充电、放电功率，j＝1
…
j，j为储能设备数量；d
t
表示t时段的系统总有功负荷。
[0082][0083]
其中，表示预测的t时段的可再生能源的最大功率。
[0084]
电池储能约束的公式为：
[0085][0086][0087]
其中，分别表示储能设备j的最大充电、放电功率。
[0088][0089]
其中，soc
j,t
表示储能设备j的在t时段的电量状态；γc、γd分别表示充电、放电效率；和分别表示t时段的储能设备j的充电、放电功率，j＝1
…
j，j为储能设备数量。
[0090][0091]
其中，表示储能设备j的最大电量。
[0092]
步骤140，基于方案参数和约束条件，求解目标函数，得到目标电力系统方案；目标电力系统方案为总成本最低的电力系统方案。在一些实施例中，步骤140可以由求解模块240执行。
[0093]
比较各规划方案的系统总购电成本。针对已获得的不同电力系统规划方案，分别进行上述考虑碳排放成本的电力系统发电机组和储能设备协同运行模拟，得到各规划方案的系统总成本并比较，得到电力系统(经济性水平)最优规划方案。
[0094]
图2为本发明一些实施例提供的一种基于碳排放成本确定电力系统方案的系统的示例性模块图。如图2所示，系统200可以包括确定模块210、获取模块220、构建模块230和求解模块240。
[0095]
确定模块210用于确定电力系统方案；电力系统方案至少与发电机组和储能设备相关，发电机组至少包括燃煤发电机组和新能源发电机组。关于确定模块210的更多内容，参见图1及其相关描述。
[0096]
获取模块220用于基于电力系统方案，获取方案参数。关于获取模块220的更多内容，参见图1及其相关描述。
[0097]
构建模块230用于构建目标函数和约束条件；目标函数与电力系统方案的总成本相关；总成本包括碳排放成本。关于构建模块230的更多内容，参见图1及其相关描述。
[0098]
求解模块240用于基于方案参数和约束条件，求解目标函数，得到目标电力系统方案；目标电力系统方案为总成本最低的电力系统方案。关于求解模块240的更多内容，参见图1及其相关描述。
[0099]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。