一種低碳化智能園區(qū)源荷協(xié)調(diào)優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低碳化智能園區(qū)源荷協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，包括：將時間t初始化為0并作為起始點；初始化各時段參數(shù)，輸入狀態(tài)數(shù)據(jù)；計算該時段常規(guī)機組碳排放總量、該時段碳排放限額、碳過排放成本；計算常規(guī)機組發(fā)電成本和風電廣義成本得出源荷協(xié)調(diào)調(diào)用成本；確定目標函數(shù)和約束條件，通過調(diào)整火電機組出力，消納大規(guī)模風電。本發(fā)明解決低碳化含風電場源荷協(xié)調(diào)優(yōu)化問題，并找到所述優(yōu)化模型最優(yōu)解，實現(xiàn)系統(tǒng)安全、經(jīng)濟和低碳的目標。
【專利說明】
一種低碳化智能園區(qū)源荷協(xié)調(diào)優(yōu)化方法
技術領域：
[0001] 本發(fā)明涉及優(yōu)化調(diào)度領域，尤其涉及的是一種低碳化智能園區(qū)源荷協(xié)調(diào)優(yōu)化方 法。
【背景技術】：
[0002] 低碳化智能園區(qū)源荷協(xié)調(diào)與傳統(tǒng)優(yōu)化問題有很大不同。對與傳統(tǒng)優(yōu)化，主要研究 了從不同的角度提高大規(guī)模風電接入電網(wǎng)后，風電消納能力和運行經(jīng)濟性的理論模型和求 解算法，但并沒有考慮可調(diào)用負荷和發(fā)電機組相互配合消納風電，只是從發(fā)電側考慮優(yōu)化 調(diào)度策略，未能將需求側資源和低碳環(huán)保指標納入風電調(diào)度體系中，難以滿足消納新能源， 降低碳排放的要求。
[0003] 本發(fā)明充分考慮電能生產(chǎn)的安全性、經(jīng)濟性和系統(tǒng)排放的低碳性，建立一種兼顧 電能生產(chǎn)與電力碳排放的新型低碳經(jīng)濟調(diào)度模型，旨在解決低碳與經(jīng)濟的協(xié)調(diào)化和多目標 優(yōu)化問題單目標化，以實現(xiàn)降低碳排放，發(fā)揮互動負荷對風電的消納作用，優(yōu)化資源配置， 提高系統(tǒng)的安全性、低碳性和經(jīng)濟性，對日前調(diào)度具有一定指導意義。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0004] 本發(fā)明主要目的在于提供一種低碳化智能園區(qū)源荷協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，旨在解決低碳 化含風電場源荷協(xié)調(diào)優(yōu)化問題，并找到所述優(yōu)化模型最優(yōu)解，實現(xiàn)系統(tǒng)安全、經(jīng)濟和低碳的 目標。此方法適用于低碳化智能園區(qū)源荷協(xié)調(diào)多目標優(yōu)化計算方法。
[0005] 本發(fā)明的技術方案如下：
[0006] -種低碳化智能園區(qū)源荷協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，所述方法包括：
[0007] (1)將時間t初始化為0并作為起始點；
[0008] (2)初始化各時段各參數(shù)，輸入系統(tǒng)各種狀態(tài)數(shù)據(jù)；
[0009] (3)根據(jù)常規(guī)機組輸出功率，計算該時段常規(guī)機組碳排放總量；
[0010] (4)根據(jù)國家規(guī)定的發(fā)電廠碳排放配額，得出該時段碳排放限額；
[0011] (5)由（3)、（4)計算出該時段碳過排放成本內(nèi)；
[0012] (6)根據(jù)常規(guī)機組輸出功率，計算常規(guī)機組發(fā)電成本；
[0013] (7)根據(jù)風電機組發(fā)電量，得到風電場運維成本、旋轉備用成本、棄風成本從而計 算出風電廣義成本；
[0014] (8)根據(jù)步驟(6)、（7)和用戶負荷數(shù)據(jù)，得到源荷協(xié)調(diào)調(diào)用成本；
[0015] (9)由步驟(6)、（7)、（8)得到含風電場智能園區(qū)運行成本F2;
[0016] (10)根據(jù)風電機組發(fā)電量，得到評估系統(tǒng)安全性的風險成本F3;
[0017] (11)根據(jù)步驟(5)、（9)和(10)建立低碳化智能園區(qū)源荷互動目標函數(shù)；
[0018] (12)對系統(tǒng)進行多目標優(yōu)化求解，若存在符合條件的最優(yōu)解則執(zhí)行步驟（13)，否 則修正系統(tǒng)變量，得到新的系統(tǒng)運行點，返回步驟(2);
[0019] (13)t時段系統(tǒng)優(yōu)化計算結果結束，輸出本時段優(yōu)化結果，進入t+Ι時段；
[0020] (14)判斷時間是否超過23時段，超過則執(zhí)行步驟(15)，不超過則執(zhí)行步驟(2);
[0021] (15)系統(tǒng)優(yōu)化結束。
[0022] 優(yōu)選的，所述步驟(2)中，所述狀態(tài)數(shù)據(jù)包括:常規(guī)發(fā)電機組機組狀態(tài)、各時段常規(guī) 發(fā)電機組出力、各時段風電機組出力、源荷互動調(diào)用負荷狀態(tài)、各時段源荷互動負荷調(diào)用出 力。
[0023] 優(yōu)選的，所述常規(guī)機組碳排放總量EP:
[0025]所述碳排放限額Eq:
[0027] 所述過排放成本F1:
[0028] Fi = Cc(Ep-Eq)
[0029] 式中：T為一個研究周期時長，即lh，為Ττ的
Ν為常規(guī)火力發(fā)電機組數(shù);PClt為常 規(guī)機組輸出功率;cU為常規(guī)機組開機狀態(tài)WdPu)為常規(guī)機組的碳排放量;PDt為火電、風電 機組總發(fā)電量;ε為負荷修正系數(shù);η為單位電量排放分配額;Cc為碳交易價格，t為一個研究 周期中的第t個時段。
[0030] 優(yōu)選的，所述步驟(7)中，所述風電機組發(fā)電量?|與風速v之間的關系為：
[0032] Pr為風機額定發(fā)電量;V1為啟動風速;V2為切除風速;Vr為額定風速。
[0033] 優(yōu)選的，所述風電廣義成本Fz為：
[0034] Fz = Fw+Fs+Fr
[0035] Fw為風電運維成本，F(xiàn)s為風電旋轉備用成本，F(xiàn)r為棄風成本；
[0036] 所述常規(guī)機組發(fā)電成本Fg為：
[0038]式中：fClt為常規(guī)發(fā)電機組燃料成本函數(shù);S1>t為機組的啟動成本，D 1>t為機組的停 止成本;cU為常規(guī)機組開停機狀態(tài);T為一個研究周期時長，即lh，為Ττ的
? Ν為常規(guī)火力發(fā) 電機組組數(shù)，t為一個研究周期中的第t個時段;i為第i臺常規(guī)機組，一共有Ν臺機組；
[0039]所述源荷協(xié)調(diào)調(diào)用成本Fh為：
[0041] 式中：T為一個研究周期時長，即lh，為Ττ的
山為源荷互動補償價格;PHlt為源荷 互動調(diào)用的容量；ω 1為源荷互動負荷投切狀態(tài);Nh為源荷協(xié)調(diào)調(diào)用負荷個數(shù);1為1個源荷協(xié) 調(diào)調(diào)用負荷個數(shù)；
[0042] 所述含風電場智能園區(qū)運行成本^為：
[0043] F2 = Fz+Fg+Fh
[0044] 當Rw<Psjt時，引入風險成本F 3:
[0045] F3 = Kr9Pwjt
[0046] 式中:Kr為風險成本;Θ為風險系數(shù)，0 = l-Rw/Psjt;Pwjt為風電實際利用發(fā)電量;辦為 旋轉備用容量，Psjt為風電預測功率。
[0047] 優(yōu)選的，所述步驟（11)中，以一個調(diào)度周期即24個研究周期系統(tǒng)經(jīng)濟總成本f最小 化為目標函數(shù)，其表達式為：
[0049] 式中：Ττ為一個總研究周期，共24h;f為一個總研究周期中的第f個研究周期，范 圍0~分別為過排放成本、含風電場智能園區(qū)運行成本和風險成本；
[0050] 所述目標函數(shù)的約束條件包括：
[0051] 功率平衡約束、旋轉備用約束、線路容量約束、風電預測有功功率、出力上下限約 束、最小啟停時間約束、機組爬坡速度約束、互動負荷投入容量約束、投切次數(shù)約束、投切時 間約束。
【附圖說明】：
[0052]圖1為本發(fā)明一種低碳化智能園區(qū)源荷協(xié)調(diào)優(yōu)化方法流程圖。
【具體實施方式】
[0053]下面結合附圖1對本發(fā)明進一步說明。
[0054]如圖1所示，一種低碳化智能園區(qū)源荷協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，所述方法包括：
[0055] (1)將時間t初始化為0并作為起始點；
[0056] (2)初始化各時段各參數(shù)，輸入系統(tǒng)各種狀態(tài)數(shù)據(jù)；
[0057] (3)根據(jù)常規(guī)機組輸出功率，計算該時段常規(guī)機組碳排放總量；
[0058] (4)根據(jù)國家規(guī)定的發(fā)電廠碳排放配額，得出該時段碳排放限額；
[0059] (5)由（3)、（ 4)計算出該時段碳過排放成本Fi;
[0060] (6)根據(jù)常規(guī)機組輸出功率，計算常規(guī)機組發(fā)電成本；
[0061] (7)根據(jù)風電機組發(fā)電量，得到風電場運維成本、旋轉備用成本、棄風成本從而計 算出風電廣義成本；
[0062] (8)根據(jù)步驟(6)、（7)和用戶負荷數(shù)據(jù)，得到源荷協(xié)調(diào)調(diào)用成本；
[0063] (9)由步驟(6)、（7)、（8)得到含風電場智能園區(qū)運行成本F2;
[0064] (10)根據(jù)風電機組發(fā)電量，得到評估系統(tǒng)安全性的風險成本F3;
[0065] (11)根據(jù)步驟(5)、（9)和(10)建立低碳化智能園區(qū)源荷互動目標函數(shù)；
[0066] (12)對系統(tǒng)進行多目標優(yōu)化求解，若存在符合條件的最優(yōu)解則執(zhí)行步驟（13)，否 則修正系統(tǒng)變量，得到新的系統(tǒng)運行點，返回步驟(2);
[0067] (13)t時段系統(tǒng)優(yōu)化計算結果結束，輸出本時段優(yōu)化結果，進入t+Ι時段；
[0068] (14)判斷時間是否超過23時段，超過則執(zhí)行步驟(15)，不超過則執(zhí)行步驟(2);
[0069] (15)系統(tǒng)優(yōu)化結束。
[0070] 所述狀態(tài)數(shù)據(jù)包括:常規(guī)發(fā)電機組機組狀態(tài)、各時段常規(guī)發(fā)電機組出力、各時段風 電機組出力、源荷互動調(diào)用負荷狀態(tài)、各時段源荷互動負荷調(diào)用出力。
[0071] 總碳排量：
[0073] C0X的排放量：
[0074] + ^
[0075] 碳排放限額：
[0077]過排放成本：
[0078] Fi = Cc(Ep-Eq)
[0079] 式中：T為一個研究周期時長，即lh，為Ττ的
Ν為常規(guī)火力發(fā)電機組數(shù);PGlt為常 規(guī)機組的輸出功率;di為常規(guī)機組開機狀態(tài);Ci (PCit)為機組i的碳排放量;α、β、γ、δ、μ均為 碳排放污染系數(shù);PDt為火電和風電機組總發(fā)電量;ε為負荷修正系數(shù);q為單位電量排放分配 額;ΕΡ為系統(tǒng)的總碳排量;E q為碳排放限額;CC為碳交易價格，t為一個研究周期中的第t個時 段。
[0080] 平均風速的概率分布密度函數(shù)遵循Weibull分布：
[0081 ] Fv(v) = (k/c) (v/c)(k_1)exp(-(v/c)k)
[0082]風電出力Pw與風速v之間的關系：
[0084] 風電的運維成本：
[0088] 棄風成本：
[0090] 式中，V為實時風速;C為風電場平均風速的大小;k為曲線的峰值情況;pr為風機額 定出力；VI為啟動風速;V2為切除風速;Vr為額定風速;Cw時段t內(nèi)單位運維成本;Pwjt為風電 實際利用發(fā)電量;Ejt為風功率預測出力的可信度水平;Cs為旋轉備用容量價格;p sjt為風功 率預測功率;Μ為風電機組個數(shù);CR為棄風政府補償價格;CW-C R為單位棄風懲罰成本。
[0091] 風力發(fā)電的廣義成本Fz表示為
[0092] Fz = Fw+Fs+Fr
[0093] 常規(guī)機組發(fā)電成本：
[0095]式中：/間+h,Pc"+c,尨"S(fn+D(fn (1- ci為發(fā)電機成本參數(shù)/燃料費用特性參數(shù);S(i,t)、D(i,t)為機組的啟停成本；<i>i、Xi、Ti為常規(guī) 機組的啟停成本參數(shù);τ為常規(guī)機組的停機時間;fcit為常規(guī)發(fā)電機組燃料成本函數(shù);di為常 規(guī)機組開停機狀態(tài);T為一個研究周期時長，即lh，為Ττ的
Ν為常規(guī)火力發(fā)電機組組數(shù)，t 為一個研究周期中的第t個時段;i為第i臺常規(guī)機組，一共有N臺機組；
[0096]源荷互動高載能負荷調(diào)用補償成本既源荷協(xié)調(diào)調(diào)用成本Fh:
[0098] 式中：人丨為源荷互動補償價格;PHlt為源荷互動調(diào)用的容量；ωι為源荷互動負荷投 切狀態(tài);Νη為源荷協(xié)調(diào)調(diào)用負荷個數(shù)。
[0099] 含風電場智能園區(qū)運行成本的經(jīng)濟調(diào)度目標為：
[0100] F2 = Fz+Fg+Fh
[0101] 當RW< Psjt時，引入風險成本：
[0102] F3 = Kr0Pwjt
[0103] 式中：Kr為風險成本;Θ為風險系數(shù)，0 = l-Rw/Psjt;Pwjt為風電實際利用發(fā)電量;辦為 旋轉備用容量，Psjt為風電預測功率。
[0104] 所述確定目標函數(shù)包括：以一個調(diào)度周期24個時段系統(tǒng)經(jīng)濟總成本最小化為目標 函數(shù)，其表達式為：
[0106] 式中：Ττ為一個總研究周期，共24h;f為一個總研究周期中的第f個研究周期，范 圍0~分別為過排放成本、含風電場智能園區(qū)運行成本和風險成本；
[0107] 所述約束條件包括：
[0108] (1)系統(tǒng)約束條件
[0109] 功率平衡約束：
[0114] 線路容量約束：
[0115] f(pG，pMG，0)=〇
[0116] PL,min<PL<PL， max
[0117]式中：PL,t為系統(tǒng)原有有功功率負荷;PHlt為源荷互動調(diào)用負荷; 規(guī)機組最大有功功率和最小有功功率;仇^幾+^辦^以^分別為常規(guī)和風電機組應對 預測誤差的正負旋轉備用容量;PC、PMC、9分別為各機組出力、DR調(diào)用功率、節(jié)點電壓相角和 線路潮流組成的向量;PL, min、PL,max為其最大值、最小值。
[0118] (2)風電機組運行約束條件
[0119] 0<Pwjt<Pwjt,f
[0120] 式中:Pwjt,f為風電預測有功功率。
[0121] (3)常規(guī)機組出力約束條件
[0122] 出力上下限約束：
[0123] PGit.min < Pcit < Pcit.max
[0124] 最小啟停時間約束：
[0128] 式中:？(^,*、？(^_為機組的最大最小技術出力；^)11、？4〇&分別為常規(guī)機組時 段t內(nèi)開機和停機持續(xù)時間；C為常規(guī)機組時段t內(nèi)最小開機和最小停機持續(xù)時 間。Pci,t-i為常規(guī)機組在時段t_l內(nèi)的出力；Δ |Git,d〇wn、Δ |Git,up分別為常規(guī)機組上升出力限 制和下降出力限制。
[0129] (4)源荷調(diào)用負荷投切約束條件：
[0130] 互動負荷投入容量約束：
[0132]投切次數(shù)約束：
[0137] 式中：PH,min、PH,max分別為互動負荷投入容量的最大值和最小值;N H,max為互動負荷 的最大允許投切次數(shù)；（.?、G.rff分別為互動負荷開機持續(xù)時間和停機持續(xù)時間； 、7；1:分別為互動負荷最小開機持續(xù)時間和最小停機持續(xù)時間。
[0138] 最后應當說明的是：以上實施例僅用于說明本申請的技術方案而非對其保護范圍 的限制，盡管參照上述實施例對本申請進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當 理解:本領域技術人員閱讀本申請后依然可對申請的【具體實施方式】進行種種變更、修改或 者等同替換，但這些變更、修改或者等同替換，均在申請待批的權利要求保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1. 一種低碳化智能園區(qū)源荷協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法包括： (1) 將時間t初始化為O并作為起始點； (2) 初始化各時段各參數(shù)，輸入系統(tǒng)各種狀態(tài)數(shù)據(jù)； (3) 根據(jù)常規(guī)機組輸出功率，計算該時段常規(guī)機組碳排放總量； (4) 根據(jù)國家規(guī)定的發(fā)電廠碳排放配額，得出該時段碳排放限額； (5) 由步驟(3)和(4)計算出該時段碳過排放成本F1; (6) 根據(jù)常規(guī)機組輸出功率，計算常規(guī)機組發(fā)電成本； (7) 根據(jù)風電機組發(fā)電量，得到風電場運維成本、旋轉備用成本、棄風成本從而計算出 風電廣義成本； (8) 根據(jù)步驟(6)、（7)和用戶負荷數(shù)據(jù)，得到源荷協(xié)調(diào)調(diào)用成本； (9) 由步驟(6)、（7)、（8)得到含風電場智能園區(qū)運行成本F2; (10) 根據(jù)風電機組發(fā)電量，得到評估系統(tǒng)安全性的風險成本F3; (11) 根據(jù)步驟(5)、（9)和（10)建立低碳化智能園區(qū)源荷互動目標函數(shù)； (12) 對系統(tǒng)進行多目標優(yōu)化求解，若存在符合條件的最優(yōu)解則執(zhí)行步驟（13)，否則修 正系統(tǒng)變量，得到新的系統(tǒng)運行點，返回步驟(2); (13) t時段系統(tǒng)優(yōu)化計算結果結束，輸出本時段優(yōu)化結果，進入t+Ι時段； (14) 判斷時間是否超過23時段，超過則執(zhí)行步驟(15)，不超過則執(zhí)行步驟(2); (15) 系統(tǒng)優(yōu)化結束。2. 如權利要求1所述的協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟（2)中，所述狀態(tài)數(shù)據(jù)包 括:常規(guī)發(fā)電機組機組狀態(tài)、各時段常規(guī)發(fā)電機組出力、各時段風電機組出力、源荷互動調(diào) 用負荷狀態(tài)和各時段源荷互動負荷調(diào)用出力。3. 如權利要求1所述的協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，其特征在于，所述常規(guī)機組碳排放總量Ep:所述碳排放限額Eq: 所述過排放成本F1: Fi = Cc(Ep-Eq) 式中：T為一個研究周期時長，即lh，為Tt的&;Ν為常規(guī)火力發(fā)電機組數(shù);Pcit為常規(guī)機組 輸出功率;di為常規(guī)機組開機狀態(tài);Ci (Pcit)為常規(guī)機組的碳排放量;PDt為火電、風電機組總 發(fā)電量;ε為負荷修正系數(shù);η為單位電量排放分配額;Cc為碳交易價格，t為一個研究周期中 的第t個時段。4. 如權利要求1所述的協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟(7)中，所述風電機組發(fā)電 量Pw與風速V之間的關系為：Pr為風機額定發(fā)電量;V1為啟動風速;V2為切除風速;Vr為額定風速。 5 .如權利要求1所述的協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，其特征在于，所述風電廣義成本Fz為： Fz = Fw+Fs+Fr Fw為風電運維成本，F(xiàn)s為風電旋轉備用成本，F(xiàn)r為棄風成本； 所述常規(guī)機組發(fā)電成本Fc為：式中：fcit為常規(guī)發(fā)電機組燃料成本函數(shù);Si, t為機組的啟動成本，Di, t為機組的停止成 本;di為常規(guī)機組開停機狀態(tài);T為一個研究周期時長，即Ih，為Tt的N為常規(guī)火力發(fā)電機 組組數(shù)，t為一個研究周期中的第t個時段;i為第i臺常規(guī)機組，一共有N臺機組； 所述源荷協(xié)調(diào)調(diào)用成本Fh為式中：T為一個研究周期時長，即Ih，為Tt的:A1S源荷互動補償價格;PHlt為源荷互動 24 調(diào)用的容量；W1為源荷互動負荷投切狀態(tài);Nh為源荷協(xié)調(diào)調(diào)用負荷個數(shù);1為1個源荷協(xié)調(diào)調(diào) 用負荷個數(shù)； 所述含風電場智能園區(qū)運行成本F2為： F2 = Fz+Fg+Fh 當Rd Psjt時，引入風險成本F3: F3=KrQPwjt 式中：Kr為風險成本；Θ為風險系數(shù)，0=l-Rw/Psjt;P wjt為風電實際利用發(fā)電量;RW為旋轉 備用容量，Psjt為風電預測功率。6.如權利要求1所述的協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟（11)中，以一個調(diào)度周期 即24個研究周期系統(tǒng)經(jīng)濟總成本f最小化為目標函數(shù)，其表達式為：式中：Tt為一個總研究周期，共24h; C為一個總研宄周期中的第P個研究周期，范圍O~ 23 分別為過排放成本、含風電場智能園區(qū)運行成本和風險成本； 所述目標函數(shù)的約束條件包括： 功率平衡約束、旋轉備用約束、線路容量約束、風電預測有功功率、出力上下限約束、最 小啟停時間約束、機組爬坡速度約束、互動負荷投入容量約束、投切次數(shù)約束、投切時間約 束。
【文檔編號】H02J3/46GK106026189SQ201510933327
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年12月15日
【發(fā)明人】秦睿, 艾欣, 胡博文, 田世明, 拜潤卿, 何欣, 智勇, 梁琛, 戴亮, 陳力, 趙紅, 史玉杰, 胡殿剛, 李韶瑜, 馬彥宏, 韓旭杉
【申請人】國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學研究院, 國網(wǎng)甘肅省電力公司, 國家電網(wǎng)公司, 華北電力大學, 中國電力科學研究院