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    重庆时时彩刷彩软件: 一种考虑碳税的电力系统经济调度方法.pdf

    关 键 词:
    一种 考虑 电力系统 经济 调度 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201611066778.8

    申请日:

    2016.11.28

    公开号:

    CN106683000A

    公开日:

    2017.05.17

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G06Q 50/06申请日:20161128|||公开
    IPC分类号: G06Q50/06(2012.01)I; G06Q10/06(2012.01)I 主分类号: G06Q50/06
    申请人: 浙江大学
    发明人: 丁一; 邵常政; 宋永华
    地址: 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号
    优先权:
    专利代理机构: 杭州求是专利事务所有限公司 33200 代理人: 刘静;邱启旺
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201611066778.8

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.06.09|||2017.05.17

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种考虑碳税的电力系统经济调度方法。电力系统是最大的二氧化碳排放源之一,降低碳排放是未来电力系统运行中需要考虑的重要因素。传统的经济调度以系统发电成本最小为目标,没有考虑系统排放造成的外部成本。将碳税考虑进电力系统经济调度模型,可以将排放的二氧化碳造成的外部成本内化为系统运行的经济指标,与发电成本进行统一优化。本发明基于潮流追踪技术,追踪用户的电力来源,从来评估用户的碳排放强度,并确定用户的碳税。将所有用户的碳税之和与发电总成本作为目标函数,在经济调度模型中进行优化。较之传统的经济调度方法,本发明方法能够实现经济与环境的统一最优,鼓励电力用户参与节能减排,并降低用户最终的用电成本。

    权利要求书

    1.一种考虑碳税的电力系统经济调度方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
    (1)建立用户碳税成本模型,具体为:
    (1.1)确定负荷的碳排放强度ELj;
    (1.2)确定用户的碳税成本:将负荷的碳排放强度ELj与负荷量PLj乘积作为该负荷引起
    的碳排放量,将所有负荷碳排放量与碳税Tj的乘积之和作为用户总的碳税成本fC。即:
    Nl为系统内负荷的个数。
    (2)建立经济调度模型,具体为:
    (2.1)确定目标函数:以系统总的发电成本和用户总的碳税之和为目标函数,即Min f
    =fG+fC,其中fG为所有发电机的发电成本之和。
    (2.2)确定约束条件:功率平衡约束、支路功率约束、节点电压幅值约束、发电机出力约
    束。
    (3)求解经济调度模型:利用原对偶内点法对经济调度模型进行求解,确定每台发电机
    的有功和无功出力计划。
    2.根据权利要求1所述的一种考虑碳税的电力系统经济调度方法,其特征在于,所述步
    骤(1)建立用户碳税成本模型中,确定负荷的碳排放强度ELj是指:
    a.确定每台发电机组的碳排放强度EGi;
    b.利用潮流追踪技术,确定确定每个用电负荷的电力来源,将发电机-负荷分配系数矩
    阵表示为A,Aij表示第i台发电机对第j个负荷的分配系数。所有发电机对第j个负荷的分配
    系数之和为1,即其中Ng为发电机个数;
    c.确定负荷的碳排放强度:将负荷的碳排放强度设为所有向该负荷供电的发电机碳排
    放强度的加权平均值,即:
    3.根据权利要求1所述的一种考虑碳税的电力系统经济调度方法,其特征在于,所述步
    骤(1)建立用户碳税成本模型中,确定负荷的碳排放强度ELj,ELj是取决于发电机输出的变
    量。
    4.根据权利要求1所述的一种考虑碳税的电力系统经济调度方法,其特征在于,所述步
    骤(2)建立经济调度模型,该模型具体是指:
    ①目标函数:
    Min f=fG+fC
    ②约束条件:
    A.功率平衡约束:
    <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>G</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mo>|</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>|</mo> <munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msub> <mi>N</mi> <mi>b</mi> </msub> </munderover> <mo>|</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>|</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>G</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>&theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&theta;</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> <mo>)</mo> <mo>+</mo> <msub> <mi>B</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>&theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&theta;</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> <mo>)</mo> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>G</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mo>|</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>|</mo> <munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msub> <mi>N</mi> <mi>b</mi> </msub> </munderover> <mo>|</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>|</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>G</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mi>sin</mi> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>&theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&theta;</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> <mo>)</mo> <mo>-</mo> <msub> <mi>B</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mi>cos</mi> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>&theta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&theta;</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> <mo>)</mo> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
    其中,PGi,QGi,PDi,QDi分别为节点i上发电机输出的有功功率、无功功率和节点i上负荷
    的有功功率、无功功率。θi和|Vi|分别为节点i电压的相角和幅值,Gij和Bij分别为支路i-j的
    等效电导和电纳,Nb为系统节点数。
    B.发电机出力约束:
    <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <munder> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>G</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>&OverBar;</mo> </munder> <mo>&le;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>G</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>&le;</mo> <mover> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>G</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>&OverBar;</mo> </mover> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <munder> <msub> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>G</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>&OverBar;</mo> </munder> <mo>&le;</mo> <msub> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>G</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>&le;</mo> <mover> <msub> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>G</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>&OverBar;</mo> </mover> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
    其中,PGi,分别为节点i上发电机输出有功功率的下限和上限,QGi,分别为节点i
    上发电机输出无功功率的下限和上限。
    C.支路功率约束:
    |Sij|≤|Sij|max
    其中,|Sij|为支路i-j的的视在功率,|Sij|max为支路i-j的视在功率的上限。
    D.节点电压幅值约束:
    |Vi|min≤|Vi|≤|Vi|max
    其中,|Vi|min,|Vi|max分别为节点i电压幅值的下限和上限。
    5.根据权利要求1所述的一种考虑碳税的电力系统经济调度方法,其特征在于,步骤
    (3)利用原对偶内点法求解经济调度模型,需要求目标函数对变量的一阶导和二阶导。同
    时,在步骤(1)利用潮流追踪技术确定的发电机-负荷分配系数矩阵A中会出现逆矩阵Z-1。在
    求解过程中,将对Z-1的求导问题转换为对原矩阵Z的求导问题:
    <mrow> <mfrac> <mrow> <msup> <mi>dZ</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> </mrow> <mrow> <msub> <mi>dx</mi> <mi>p</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <msup> <mi>Z</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <mfrac> <mrow> <mi>d</mi> <mi>Z</mi> </mrow> <mrow> <msub> <mi>dx</mi> <mi>p</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <msup> <mi>Z</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> </mrow>
    其中,xp为经济调度模型中的变量。

    说明书

    一种考虑碳税的电力系统经济调度方法

    技术领域

    本发明涉及电力系统调度与管理领域,具体涉及一种考虑碳税的电力系统经济调
    度方法。

    背景技术

    碳税是对二氧化碳排放所征的税,作为一种减少二氧化碳排放的有效措施,碳税
    在全世界范围内得到广泛应用。电力系统是最大的二氧化碳排放源之一,降低碳排放是未
    来电力系统运行中需要考虑的重要因素。传统的经济调度以系统发电成本最小为目标,没
    有考虑系统排放造成的外部成本。将碳税考虑进电力系统经济调度模型,可以将排放的二
    氧化碳造成的外部成本内化为系统运行的经济指标,与发电成本进行统一优化,能够实现
    经济与环境的统一最优,降低用户最终的用电成本。

    发明内容

    本发明的目的在于针对现有技术的不足,提供一种考虑碳税的电力系统经济调度
    方法。

    本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种考虑碳税的电力系统经济调度
    方法,该方法包括以下步骤:

    (1)建立用户碳税成本模型,具体为:

    (1.1)确定负荷的碳排放强度ELj;

    (1.2)确定用户的碳税成本:将负荷的碳排放强度ELj与负荷量PLj乘积作为该负荷
    引起的碳排放量,将所有负荷碳排放量与碳税Tj的乘积之和作为用户总的碳税成本fC。即:
    Nl为系统内负荷的个数。

    (2)建立经济调度模型,具体为:

    (2.1)确定目标函数:以系统总的发电成本和用户总的碳税之和为目标函数,即
    Minf=fG+fC,其中fG为所有发电机的发电成本之和。

    (2.2)确定约束条件:功率平衡约束、支路功率约束、节点电压幅值约束、发电机出
    力约束。

    (3)求解经济调度模型:利用原对偶内点法对经济调度模型进行求解,确定每台发
    电机的有功和无功出力计划。

    进一步地,所述步骤(1)建立用户碳税成本模型中,确定负荷的碳排放强度ELj是
    指:

    a.确定每台发电机组的碳排放强度EGi;

    b.利用潮流追踪技术,确定确定每个用电负荷的电力来源,将发电机-负荷分配系
    数矩阵表示为A,Aij表示第i台发电机对第j个负荷的分配系数。所有发电机对第j个负荷的
    分配系数之和为1,即其中Ng为发电机个数;

    c.确定负荷的碳排放强度:将负荷的碳排放强度设为所有向该负荷供电的发电机
    碳排放强度的加权平均值,即:

    进一步地,所述步骤(1)建立用户碳税成本模型中,确定负荷的碳排放强度ELj,ELj
    是取决于发电机输出的变量。

    进一步地,所述步骤(2)建立经济调度模型,该模型具体是指:

    ①目标函数:

    Minf=fG+fC

    ②约束条件:

    A.功率平衡约束:


    其中,PGi,QGi,PDi,QDi分别为节点i上发电机输出的有功功率、无功功率和节点i上
    负荷的有功功率、无功功率。θi和|Vi|分别为节点i电压的相角和幅值,Gij和Bij分别为支路
    i-j的等效电导和电纳,Nb为系统节点数。

    B.发电机出力约束:


    其中,PGi,分别为节点i上发电机输出有功功率的下限和上限,QGi,分别为节
    点i上发电机输出无功功率的下限和上限。

    C.支路功率约束:

    |Sij|≤|Sij|max

    其中,|Sij|为支路i-j的的视在功率,|Sij|max为支路i-j的视在功率的上限。

    D.节点电压幅值约束:

    |Vi|min≤|Vi|≤|Vi|max

    其中,|Vi|min,|Vi|0ax分别为节点i电压幅值的下限和上限。

    进一步地,步骤(3)利用原对偶内点法求解经济调度模型,需要求目标函数对变量
    的一阶导和二阶导。同时,在步骤(1)利用潮流追踪技术确定的发电机-负荷分配系数矩阵A
    中会出现逆矩阵Z-1。在求解过程中,将对Z-1的求导问题转换为对原矩阵Z的求导问题:


    其中,xp为经济调度模型中的变量。

    本发明的优点和积极效果是:

    1、本发明将潮流追踪中出现的逆矩阵求导问题转化为对原矩阵的求导问题,因此
    可以将潮流追踪确定的用户碳税加入经济调度的目标函数中,实现了对发电成本和碳税成
    本的联合优化。

    2、本发明方法中,经济调度模型中考虑了用户负荷对电价的弹性,用户负荷既可
    以是固定负荷也可以是取决于电价水平的灵活负荷。因此,当碳排放强度高的发电机(如低
    效率的火电机组)发电较多时,系统成本较高,用户可以降低其负荷需求量。反之,当清洁电
    源发电较多时,系统成本相对较低,用户可以提高其负荷需求量。通过这种方式,鼓励了电
    力用户参与节能减排,实现了降低用户碳排放强度以及用户电能费用的目的。

    附图说明

    图1为本发明方法流程图;

    图2为对四节点电力系统中的四节点进行潮流追踪的结果示意图。

    具体实施方法

    下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

    如图1所示,本发明提供的一种考虑碳税的电力系统经济调度方法,该方法包括以
    下步骤:

    (1)建立用户碳税成本模型,具体为:

    (1.1)确定负荷的碳排放强度ELj:

    a.确定每台发电机组的碳排放强度EGi;

    b.利用潮流追踪技术,确定确定每个用电负荷的电力来源,将发电机-负荷分配系
    数矩阵表示为A,Aij表示第i台发电机对第j个负荷的分配系数。所有发电机对第j个负荷的
    分配系数之和为1,即其中Ng为发电机个数;

    c.确定负荷的碳排放强度:将负荷的碳排放强度设为所有向该负荷供电的发电机
    碳排放强度的加权平均值,即:

    以四节点电力系统为例,对四节点进行潮流追踪的结果如图2所示。

    发电机-负荷的功率流向可以用发电机-负荷贡献因子矩阵A表示为:


    根据图2的结果,得到:


    因此:

    EL1=0.6882×EG1+0.2890×EG2

    EL2=0.3118×EG1+0.7110×EG2

    (1.2)确定用户的碳税成本:将负荷的碳排放强度ELj与负荷量PLj乘积作为该负荷
    引起的碳排放量,将所有负荷碳排放量与碳税Tj的乘积之和作为用户总的碳税成本fC。即:
    Nl为系统内负荷的个数。

    (2)建立经济调度模型,具体为:

    (2.1)确定目标函数:以系统总的发电成本和用户总的碳税之和为目标函数,即
    Min f=fG+fC,其中fG为所有发电机的发电成本之和。

    (2.2)确定约束条件:功率平衡约束、支路功率约束、节点电压幅值约束、发电机出
    力约束。

    A.功率平衡约束:


    其中,PGi,QGi,PDi,QDi分别为节点i上发电机输出的有功功率、无功功率和节点i上
    负荷的有功功率、无功功率。θi和|Vi|分别为节点i电压的相角和幅值,Gij和Bij分别为支路
    i-j的等效电导和电纳,Nb为系统节点数。

    B.发电机出力约束:


    其中,PGi,分别为节点i上发电机输出有功功率的下限和上限,QGi,分别为节
    点i上发电机输出无功功率的下限和上限。

    C.支路功率约束:

    |Sij|≤|Sij|max

    其中,|Sij|为支路i-j的的视在功率,|Sij|max为支路i-j的视在功率的上限。

    D.节点电压幅值约束:

    |Vi|min≤|Vi|≤|Vi|max

    其中,|Vi|min,|Vi|max分别为节点i电压幅值的下限和上限。

    (3)求解经济调度模型:利用原对偶内点法对经济调度模型进行求解,确定每台发
    电机的有功和无功出力计划。利用原对偶内点法求解经济调度模型,需要求目标函数对变
    量的一阶导和二阶导。同时,在步骤(1)利用潮流追踪技术确定的发电机-负荷分配系数矩
    阵A中会出现逆矩阵Z-1。在求解过程中,将对Z-1的求导问题转换为对原矩阵Z的求导问题:


    其中,xp为经济调度模型中的变量。

    具体如下:

    上述经济调度模型,可以表述为一通用最优模型:

    min f(x)

    s.t.g(x)=0

    h(x)≤0

    拉格朗日函数为:


    其中,Z为松弛变量向量,Zm为Z中的元素,ni为不等式约束的数量,λ,μ分别为对应
    等式约束和不等式约束的拉格朗日乘子,γ为障碍因子。

    根据KKT条件,当达到最优时,有拉格朗日函数对各变量的一阶导为零,即:


    用牛拉法求解KKT条件表达式,得到最优解。

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